Proyectos
Modelado dinámico de base fenomenológica del proceso cardiorrespiratorio en humanos adultos sanos
Resumen
El sistema cardiorrespiratorio es uno de sistemas más importantes del cuerpo humano debido a que es el encargado de captación del oxígeno en el aire y su respectiva distribución hacia todas las partes del cuerpo, garantizando el metabolismo celular y con ello la vida del organismo. El sistema cardiorrespiratorio está conformado por los sistemas cardiovascular y respiratorio. El sistema cardiovascular, está compuesto por el corazón y las vías del sistema circulatorio, y es el encargado del trasporte de nutrientes, oxígeno y dióxido de carbono dentro del cuerpo. Por su parte, el sistema respiratorio es el encargado de intercambiar gases con el medio ambiente, en los humanos está constituido por las vías áreas superiores y los pulmones (John E. Hall & Guyton, 2011). Los seres humanos han evolucionado para desarrollar mecanismos de control sofisticados que les permiten ajustar sus tasas de absorción de oxígeno a sus tasas de metabolismo aeróbico. El control de la tasa de absorción de oxígeno reside en las interacciones cardiorrespiratorias manipuladas por el sistema nervioso central, el cual coordina el ritmo respiratorio y determina la variabilidad de la frecuencia cardíaca (Taylor et al., 1999). En otras palabras, tanto el sistema circulatorio como el sistema respiratorio han evolucionado para desarrollar un comportamiento dinámico cíclico que opera de forma sincrónica. En esta investigación se propone desarrollar un modelo dinámico de los procesos fisiológicos de captación y distribución de oxígeno en el cuerpo vinculados en el sistema cardiorrespiratorio, con la finalidad de mejorar el entendimiento del acople dinámico cíclico y sincrónico de los sistemas cardiovascular y respiratorio. El modelo será ajustado y validado usando datos experimentales propios de frecuencia cardiaca y ritmo respiratorio, y se espera que el desarrollo sirva de insumo para proponer mejores prácticas de salud y del cuidado de sí. JUSTIFICACIÓN El modelo desarrollado aportará conocimiento sobre el proceso cardiorrespiratorio, pues si bien existe abundante bibliografía sobre el modelado del sistema respiratorio y el sistema cardiaco, a la fecha no se ha encontrado ningún modelo matemático que vincule el comportamiento dinámico sincrónico del proceso desde una perspectiva fenomenológica. Además, como lo resalta el National Academy of Engineering (NAE, 2008), uno de los grandes retos de la ingeniería para el siglo XXI radica en lograr una aproximación sistémica de los procesos biológicos y fisiológicos. En este contexto, el modelado dinámico de base fenomenológica es precisamente una herramienta que facilita este acercamiento entre la ingeniería y las ciencias biológicas y de salud (Sobie et al., 2011). ANTECEDENTES Existe una extensa bibliografía dedicada al modelado dinámico de los procesos del sistema cardiorrespiratorios, no obstante, casi todos se enfocan sólo en uno de los sistemas que lo componen (Ghafarian et al., 2016; Zhou et al., 2019). Los pocos modelos encontrados en la literatura que estudian la sincronización dinámica de ambos sistemas lo hacen desde una perspectiva que carece de interpretabilidad fenomenológica y paramétrica (Kotani et al., 2002; Smelyanskiy et al., 2005). El Grupo de investigación en procesos dinámicos ­ KALMAN, es un grupo de investigación enfocado en el modelado y control de procesos. Desde hace más de 5 años en el grupo KALMAN se han desarrollado diversos proyectos en el modelado de sistemas fisiológicos. Algunos ejemplos recientes de estos trabajos se pueden apreciar en las publicaciones del modelo del rol del estómago en el metabolismo de la glucosa en humanos (Lema-Perez et al., 2019) y el modelo de la dinámica de trasferencia de oxígeno en el proceso respiratorio (Álvarez et al., 2019). Además, en el grupo de investigación se han adelantado siete practicas académicas especiales con estudiantes de pregrado, una tesis de maestría, y un proyecto Hermes (39469) que se relacionan con el sistema cardior
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:Convocatoria para el Apoyo a Proyectos de Investigación y Creación Artística en la Universidad Nacional de Colombia-Sede Medellín 2020
Modalidad:Modalidad Única
Responsable