Diseño y evaluación hidrodinámica de una microválvula intravesical para tratar afecciones en la vía urinaria masculina

Abstract

En el ser humano se presentan diversas patologías que pueden alterar el normal funcionamiento del tracto urinario desembocando en trastornos de la micción entre ellos la incontinencia o retención urinaria. Estas patologías afectan actualmente a más del 4% de la población mundial disminuyendo la calidad de vida e incluso llevando a la exclusión social a más de 300 millones de personas. Con esto en mente y con el asesoramiento de especialistas en urología y clínica general, luego de analizar el espectro de patologías que causan la incontinencia o la retención urinaria, se diseñó un dispositivo biomecánico denominado “microválvula intravesical” (MVI) que al ser ubicado en una zona específica de control en la uretra, permitiría al paciente recuperar parcialmente el control de la micción funcionando en complemento con el aparato urinario devolviéndole al paciente funciones seminaturales mejorando su condición de vida. Este dispositivo inicialmente fue pensado para ser utilizado por hombres, mujeres y niños, pero se enfocó el diseño en un modelo específico para pacientes masculinos de edad media. Para su diseño se utilizó el software SolidWorks® en un modelo paramétrico que permite estudiar varios casos como así también estudiar alternativas para su fabricación. En cuanto a su funcionalidad, la metodología de validación se basó en simulaciones numéricas de fluidos para comparar el gasto energético que implica la inserción de la válvula en la uretra en comparación con obstrucciones generadas por patologías como la hiperplasia prostática. Estas simulaciones fueron realizadas en SolidWorks® Flow Simulation y, adicionalmente, se planteó la metodología a futuro para mejorar la precisión de los resultados en a través de un estudio SFI en Ansys® Fluent. Para validar el concepto de funcionamiento se postuló que el gasto de energía de la válvula debería ser menor al de una obstrucción en el tracto urinario que no causara trastornos posteriores en el paciente a través de la resolución de las ecuaciones de fluido de Navier-Stokes. Para ello se desarrolló una herramienta de diagnóstico comparativo (HDC) basada en uretras masculinas tridimensionales reales con diferentes grados de hipertrofia prostática para estudiar las presiones, velocidades y otros factores del acto miccional. Los resultados se volcaron en prototipos a escala real los cuales se ensayaron en un banco de pruebas para evaluar su desempeño en condiciones de presión intravesical simuladas basadas en estudios urodinámicos obtenidos de la práctica y de bibliografía. Al analizar los resultados experimentales y los numéricos se observó que, para lograr un correcto funcionamiento de la MVI, el paciente debe retener algunas funciones naturales básicas como ser el control del músculo detrusor, el cual debe ser capaz de generar la presión necesaria no solo para abrir la válvula sino para mantener la apertura un tiempo suficiente para lograr una descarga continua, dejando un remanente aceptable desde el punto de vista clínico. Como trabajo complementario se buscaron alternativas de fabricación basadas en las capacidades del mercado que pudieran dar cumplimiento a normas de aplicación para “productos médicos invasivos” en el cuerpo humano según la autoridad de aplicación nacional (ANMAT).