Estudio tiene como objetivo prevenir lesiones deportivas mortales en atletas jóvenes
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Hace 10 años, en un campo de béisbol de Arizona, un jugador de béisbol de 13 años se giró para tocar una pelota que, en cambio, golpeó su pecho. Dando dos pasos hacia la primera base, colapsó y murió de commotio cordis, la segunda causa principal de muerte súbita cardíaca en atletas jóvenes.
Es un resultado Grant Dickey, Ph.D. estudiante de ingeniería biomédica, espera cambiar. Dickey publicó recientemente los resultados de la investigación de su maestría que proporciona nuevas métricas para probar los protectores de pecho de béisbol e identifica las ubicaciones de impacto más vulnerables sobre el pecho que pueden provocar commotio cordis.
Raro pero fatal
«Commotio cordis es muy raro, pero cuando sucede, a menudo es fatal», dijo Dickey. «Puedes imaginar el impacto en los jugadores y las familias en estas situaciones. Es increíblemente trágico».
El fenómeno se produce cuando un objeto pequeño y contundente impacta en el pecho a una velocidad de aproximadamente 40 mph durante un período vulnerable. del ciclo cardiaco llamado onda T. El corazón entra en fibrilación ventricular y se estremece, incapaz de bombear sangre a todo el cuerpo y al cerebro.
El uso inmediato de un desfibrilador automático externo (DEA) puede hacer que el corazón recupere el ritmo. Sin dicha intervención, es probable que el niño lesionado muera.
El registro de commotio cordis de los Estados Unidos en Minneapolis ha confirmado más de 200 casos en todo el mundo desde 1996. Menos del 20 por ciento de los afectados sobrevivieron. Sin embargo, se desconoce el número real de muertes debido a la falta de informes y la clasificación errónea.
Dickey dijo que este raro mecanismo de muerte súbita afecta más comúnmente a los niños pequeños que juegan béisbol, sin embargo, los protectores de pecho de béisbol actuales no previenen la commotio cordis.
«Los niños tienen una caja torácica mucho más débil y estrecha, lo que los hace más vulnerables a estos impactos sobre el corazón», dijo.
Dickey, quien ha amado los deportes desde la infancia, conoce los la mejor defensa protege las áreas vulnerables.
Supervisado por el catedrático de investigación de Canadá y el profesor de ingeniería occidental Haojie Mao, la investigación del máster de Dickey buscó desarrollar nuevas métricas de lesiones de commotio cordis para crear una predicción más precisa de la eficacia del protector de pecho. Su trabajo también analizó las métricas de lesiones actuales utilizadas por el Comité Operativo Nacional de Estándares para Equipos Atléticos (NOCSAE). Luego identificó lugares de impacto potencialmente vulnerables actualmente ignorados por las normas de seguridad y los protectores de pecho disponibles comercialmente.
Investigaciones anteriores de commotio cordis estudiaron el impacto de pelotas de béisbol utilizando corazones de cerdo y analizando la presión cardíaca. El equipo de Dickey adoptó un enfoque novedoso a través del modelado computacional.
Su primer estudio tuvo como objetivo desentrañar la conexión entre la fuerza del pecho y la deformación de las costillas con la presión de distensión del ventrículo izquierdo.
«Creíamos que había una oportunidad única para abordar el vacío en la literatura e introducir nuevos conceptos clave», dijo Dickey. «Uno analizaba la tensión del ventrículo izquierdo, que no se había estudiado anteriormente. El otro era una métrica de lesión por deformación de las costillas que introdujimos, pensando que podría ser beneficiosa según nuestros estudios y resultados».
Adopción de un modelo computacional que representa las características anatómicas y las propiedades biomecánicas de un humano de 10 años, su equipo reprodujo instancias de commotio cordis simulando 128 impactos de béisbol diferentes en el pecho. Adaptaron las velocidades y los distintos grados de rigidez del béisbol.
«Las costillas se colocan sobre el pecho como una caja protectora para los órganos internos», dijo Dickey. «En nuestro estudio, encontramos que las costillas tres, cuatro y cinco estaban directamente sobre el corazón y, en particular, sobre el ventrículo izquierdo».
Estudiar cómo se deformaron las costillas en correlación con el aumento de la tensión del ventrículo izquierdo y la presión del ventrículo izquierdo, Dickey encontró que cuanto mayor es la deformación, mayor es el aumento en los valores de tensión y presión.
Aunque anteriormente se sugirió que las pelotas de béisbol más blandas pueden prevenir la commotio cordis, los hallazgos de Dickey indicaron que la rigidez de la pelota de béisbol no hay diferencia en la tensión o presión del ventrículo izquierdo.
Ubicaciones de impacto vulnerables
El segundo estudio de Dickey creó mapas de calor sobre el tórax para identificar las posiciones más vulnerables.
» Encontramos impactos ligeramente por encima y al costado del corazón, en la cúspide de la parte exterior de la silueta del corazón, que produjeron una tensión muy alta en el ventrículo izquierdo», dijo Dickey. «Cuando la pelota de béisbol impactó en el pecho, justo por encima del corazón, provocó que la caja torácica empujara contra el ventrículo izquierdo del corazón y provocara un alto valor de tensión».
Los protectores de pecho actuales ofrecen un acolchado general en todo el cuerpo. . Dickey ve la oportunidad de aumentar el acolchado por encima de la silueta cardíaca para evitar daños en esas ubicaciones potencialmente vulnerables.
Su tesis de maestría incluyó estudios preliminares de un diseño de almohadilla circular que permitió a su equipo analizar su capacidad para reducir la tensión y la presión en el ventrículo izquierdo del corazón.
Próximos pasos
Dickey espera avanzar en su trabajo mientras realiza su doctorado. en ingeniería biomédica. Está buscando realizar simulaciones futuras que estudien el impacto de los discos de hockey y las pelotas de lacrosse, y llevar su trabajo más allá de las pruebas de simulación al tejido cardíaco humano.
Su grupo también espera acercarse a los fabricantes de equipos pectorales deportivos como posibles colaboradores. . «Esa sería una gran oportunidad no solo para nuestro laboratorio, sino también para las empresas que solo quieren mejorar su producto y su seguridad», dijo Dickey.
Mao aplaude el trabajo novedoso de Dickey como el primer investigador en emplear modelos computacionales. para estudiar la biomecánica de la commotio cordis.
«La investigación de Grant para comprender la commotio cordis es relevante para todos los niños que practican deportes como el béisbol», dijo Mao. «Aunque todavía está en el programa de doctorado, Grant podría estar justificado entre unos pocos de los mejores expertos del mundo en la comprensión del problema de la commotio cordis».
Explore más
Se descubre el mecanismo detrás de las muertes cardíacas súbitas en los deportes Más información: Grant J. Dickey et al, Identificación de ubicaciones de impacto vulnerable para reducir la ocurrencia de eventos mortales Commotio Cordis en el béisbol infantil : un enfoque computacional, Revista de ingeniería biomecánica (2021). DOI: 10.1115/1.4052886
Grant J. Dickey et al, Desarrollo de métricas de lesiones de commotio cordis para la seguridad del béisbol: desentrañar la conexión entre la fuerza del pecho y la deformación de las costillas para la tensión y la presión del ventrículo izquierdo, Métodos informáticos en biomecánica y biomédica Ingeniería (2021). DOI: 10.1080/10255842.2021.1948022 Información de la revista: Revista de Ingeniería Biomecánica