Un equipo investigador de la URV simula la anatomía abdominal humana para reducir el riesgo de hernias abdominales derivadas de intervenciones quirúrgicas

Una protuberancia blanda bajo la piel de la barriga, más visible o pronunciada cuando hacemos esfuerzo o estamos de pie. Así es, vista desde fuera, una hernia abdominal. Estas protrusiones se producen cuando una parte del contenido abdominal —grasa, vísceras— sobresale a través de la pared abdominal. En los casos más severos la pared abdominal puede estrangular los intestinos, causando una urgencia médica. Entre los diversos factores de riesgo de desarrollar una hernia abdominal están las incisiones quirúrgicas. Con el objetivo de entender cómo surgen estas hernias incisionales y su relación con las intervenciones en el abdomen, un equipo investigador interdisciplinario de la Universidad Rovira i Virgili —con la colaboración de Manuel López Cano, Profesor titular de Cirugía en la Universidad Autónoma de Barcelona y jefe de la Unidad de Cirugía de la Paret Abdominal del hospital Universitario Vall d’Hebron— ha puesto las matemáticas y la ingeniería al servicio de la cirugía.

«La decisión sobre dónde hacer un corte quirúrgico en la pared abdominal depende de la patología de base, pero también de la intuición y la experiencia del cirujano», explica Dolors Puigjaner, investigadora del Departamento de Ingeniería Informática y Matemáticas, miembro del grupo de investigación ASCLEPIUS y coautora del proyecto. En este sentido, el objetivo último del estudio ha sido aportar información a los cirujanos para ayudarles a tomar decisiones en el quirófano, desde el punto de vista de la prevención de hernias. Para ello, el equipo investigador se propuso entender cómo se comporta la pared abdominal bajo el efecto de la propia presión interna en función de la ubicación del corte y cuál tiene más o menos probabilidad de producir hernias postoperatorias. Pero, ¿hay que esperar a que pacientes de operaciones abdominales desarrollen hernias —en todas las partes del abdomen— para estudiarlas?

Una simulación numérica de la anatomía humana

En lugar de eso, el equipo optó por un método mucho más inmediato: simulaciones numéricas basadas en el método de los elementos finitos. Esta práctica permite representar la complejidad de la anatomía humana y simular su comportamiento cuando se la somete a fuerzas y presiones, en un proceso imposible de ejecutar experimentalmente en la vida real. El primer paso es crear un modelo geométrico detallado de la pared abdominal, incluyendo todos los músculos y tejidos relevantes —la línea alba al centro, los músculos oblicuos externos e internos, recto y transverso del abdomen, y la vaina del recto. La geometría del modelo se obtuvo a partir de imágenes médicas de un individuo japonés, de una base de datos pública.

Una vez obtenida la geometría, hay que convertirla en mallas computacionales. Estas fragmentan la geometría en millones de elementos tridimensionales, que conforman su volumen, y bidimensionales, que forman sus superficies. Una vez terminado este laborioso proceso, los investigadores asignaron las características de cada material a los elementos que forman las mallas. Estas características describen el comportamiento en elasticidad y compresibilidad de los tejidos virtuales. «También hemos caracterizado el tejido de la herida quirúrgica, considerando un espectro que abarca todas las fases del proceso de curación», añade Joan Herrero, investigador del Departamento de Ingeniería Química y coautor de la investigación. En este caso, la rigidez y compresibilidad del tejido de la herida es crucial para determinar el riesgo de hernia incisional.

Con el modelo geométrico y las propiedades de los materiales definidas, el equipo de la URV simuló la aplicación de fuerzas internas en la pared abdominal. El objetivo era calcular cómo se deforman y se desplazan los músculos y tejidos que conforman la pared abdominal en respuesta a esta presión, buscando focos con tensiones muy altas, que indican riesgo de ruptura del tejido y, por tanto, susceptibles de que se produzca una hernia.

Las incisiones en la línea alba, las peores

Los resultados de las simulaciones confirmaron una observación empírica que los cirujanos ya sospechaban: la incisión en la línea alba (la del medio del abdomen) es la peor. Esta incisión vertical es la que sufre mayores tensiones, especialmente en situaciones en las que el tejido es blando, y por lo tanto, tiene un mayor riesgo de hernia. Las simulaciones demostraron que cuando el tejido de la herida es blando pueden sufrir deformaciones muy significativas.

Este tejido blando, menos saludable, también indujo niveles de tensión muy altos en los músculos cercanos, aumentando el riesgo de ruptura, un efecto especialmente notable en la incisión de la línea alba. En contraste, las incisiones transversas, es decir horizontales, sobre el ombligo y bajo las costillas presentaron el riesgo más bajo de ruptura cuando el tejido de la herida era demasiado blando. En términos generales, la incisión de la línea alba es la más vulnerable y menos segura, mientras que las paralelas a la línea alba se sitúan en un riesgo intermedio. Estos resultados suponen un apoyo matemático a las recomendaciones derivadas de la observación clínica que aconsejan evitar las incisiones en la línea alba siempre que sea posible, para reducir el riesgo de hernias incisionales.

Este estudio abre la puerta a un futuro donde las intervenciones quirúrgicas puedan ser aún más personalizadas. La aparición de modelos informáticos de inteligencia artificial, muy eficientes en el tratamiento de datos, hacen que en un futuro próximo pueda ser técnicamente posible estudiar el tejido muscular del paciente antes de la intervención para hacer la incisión en el lugar óptimo. Si no a todos, al menos en aquellos pacientes que presenten un riesgo asociado a estas patologías. En cuanto a los pacientes sin un riesgo de hernia aparente, los investigadores creen que, una vez se disponga de suficientes datos, los modelos serán tan precisos que no será necesario modelar el abdomen de cada paciente.

Perfeccionar el modelo

A pesar de los avances de la investigación, los investigadores destacan la necesidad de mejorar el modelo y perfeccionarlo. En primer lugar, hay que determinar con más exactitud las propiedades mecánicas de los tejidos del cuerpo humano, para dotar modelos numéricos como este de más robustez. También se pueden incorporar al sistema de cálculo datos adicionales como la técnica de costura de la herida. Más allá de eso, para hacer recomendaciones más generalizables, habría que incorporar modelos anatómicos precisos de varios individuos, de diversos sexos, edades y complexiones.

Referencia: Tuset, L., López-Cano, M., Fortuny, G. et al. A virtual simulation study of the effects of laparotomy incision location and wound stiffness on abdominal wall mechanics. Sci Rep 15, 18290 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-02760-y