Un equipo de ingenieros ha identificado los procesos físicos “violentos” que operan dentro de los pulmones y que causan sibilancias, una condición que afecta hasta a una cuarta parte de la población mundial.

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, utilizaron técnicas de video y modelado de alta velocidad para mostrar las causas de las sibilancias y cómo predecirlas. Sus resultados se pueden utilizar como base para un diagnóstico más barato y rápido de enfermedades pulmonares que solo requieren un estetoscopio y un micrófono.

Mejorar la comprensión del mecanismo físico responsable de generar los sonidos de sibilancias puede proporcionar un mejor vínculo causal entre los síntomas y la enfermedad, y ayudar a mejorar el diagnóstico y el tratamiento. Los resultados se informan en la revista Royal Society for Open Science.

En algún momento, la mayoría de nosotros hemos experimentado sibilancias, que es un silbido agudo que se produce al respirar. Para la mayoría de las personas, este fenómeno es temporal y generalmente es el resultado de un resfriado o una reacción alérgica leve. Sin embargo, las sibilancias regulares o crónicas suelen ser un síntoma de afecciones más graves, como el asma y el enfisema. Pulmonar obstructiva crónica (EPOC) o algunos tipos de cáncer.

“Dado que las sibilancias dificultan la respiración, ejercen una enorme presión sobre los pulmones”, dijo el primer autor, el Dr. Alistair Gregory, del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Cambridge. “Los sonidos asociados con las sibilancias se han utilizado en el diagnóstico durante siglos, pero los mecanismos físicos responsables de iniciar las sibilancias no se comprenden bien y no existe un modelo para predecir cuándo se producirán las sibilancias”.

El coautor, el Dr. Anurag Agarwal, jefe del laboratorio de acústica en el departamento de ingeniería, dijo que la primera vez que se le ocurrió la idea de estudiar las sibilancias después de unas vacaciones familiares hace varios años. Dijo: “Empecé a respirar con dificultad la primera noche que estuvimos allí, lo que no me había pasado antes”. “Como ingeniero que estudia acústica, lo primero que pensé fue lo increíble que mi cuerpo estaba haciendo estos sonidos. Sin embargo, después de unos días, realmente estaba teniendo problemas para respirar, lo que hizo que la abuela se desvaneciera rápidamente.

Es probable que el zumbido del agarwal sea causado por una alergia a los ácaros del polvo, que se ha tratado fácilmente con antihistamínicos de venta libre. Sin embargo, tras hablar con su vecino que también es especialista respiratorio, se enteró de que aunque es común, los mecanismos físicos que provocan las sibilancias son algo misteriosos.

“Dado que las sibilancias se asocian con tantas afecciones, es difícil determinar qué le pasa a un paciente basándose únicamente en las sibilancias, por lo que estamos trabajando para comprender cómo se producen las sibilancias para que los diagnósticos puedan ser más específicos”, dijo Agarwal.

Las vías respiratorias en el pulmón son una red ramificada de tubos flexibles, llamados bronquiolos, que gradualmente se vuelven más cortos y más estrechos a medida que avanzan hacia el pulmón.

Para simular esta configuración en el laboratorio, los investigadores modificaron una pieza de equipo llamada resistencia Starling, en la que el flujo de aire se fuerza a través de tubos delgados y flexibles de varias longitudes y espesores.

El coautor y especialista en visión artificial, el profesor Joan Lasenby, desarrolló una técnica holográfica multicámara para visualizar el aire empujado a través de tubos con diferentes grados de tensión, con el fin de observar los mecanismos físicos que provocan las sibilancias.

“Nos sorprendió lo violento que era el mecanismo de las sibilancias”, dijo Gregory, quien también es investigador junior en Magdalene College. “Descubrimos que existen dos condiciones para que ocurran las sibilancias: la primera es que la presión sobre los tubos casi colapsa uno o más de los bronquiolos, y la segunda es que el aire es forzado a pesar de la vía aérea colapsada con suficiente fuerza de la conducción. vibraciones “.

Una vez que se cumplen estas condiciones, las oscilaciones crecen y continúan con un mecanismo de aleteo en el que las ondas que viajan de adelante hacia atrás tienen la misma frecuencia de apertura y cierre del tubo. “Se observó un fenómeno similar en las alas de las aeronaves cuando fallaron, o en los puentes cuando colapsaron”, dijo Agarwal. “Cuando las vibraciones ascendentes y descendentes tienen la misma frecuencia que las vibraciones torsionales en sentido horario y antihorario, obtenemos un aleteo que hace que la estructura colapse. El mismo proceso funciona dentro del sistema respiratorio”.

Usando estas observaciones, los investigadores desarrollaron una “ley del tubo” para predecir cuándo podría ocurrir esta fluctuación potencialmente dañina, dependiendo del tubo. Propiedades materialesGeometría y cantidad de tensión.

“ Luego usamos esta ley para construir un modelo que puede predecir la aparición de sibilancias y puede ser la base para un diagnóstico más barato y rápido. Enfermedades pulmonares“En lugar de métodos costosos y que consumen mucho tiempo como los rayos X o las resonancias magnéticas, no necesitaríamos nada más que un micrófono y un estetoscopio”, dijo Gregory.

Los diagnósticos basados ​​en este método funcionarán mediante el uso de un micrófono (las primeras pruebas se realizaron con el micrófono incorporado en un teléfono inteligente normal) para registrar la frecuencia del silbido y usarlo para determinar qué bronquiolos están a punto de colapsar y si el las vías respiratorias son inusualmente rígidas o flexibles desde el orden hasta la terapia objetivo. Los investigadores esperan que al encontrar cambios en las propiedades materiales de las fresas y las ubicaciones de las que proviene el zoom, la información adicional facilitará la distinción entre los diferentes estados, aunque se necesita más trabajo en esta área.