Forteza, A.

Guinea Tortuero, Gustavo V.

Rojo Pérez, Francisco Javier

Tobaruela, A.

Spanish

Archivo Digital UPM

Propiedades mecánicas y resistencia de aortas ascendentes patológicas

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

PROPIEDADES MECÁNICAS Y RESISTENCIA DE AORTAS ASCENDENTES PATOLÓGICAS 
A. Tobaruela1, F.J. Rojo1, G.V. Guinea1, A. Forteza2
1Departamento de Ciencia de Materiales. E.T.S.I. de Caminos, Canales y Puertos 
Universidad Politécnica de Madrid. C/ Profesor Aranguren s/n E-28040-Madrid 
2 Servicio de Cirugía Cardíaca. Hospital Universitario 12 de Octubre 
 Avda. de Córdoba s/n, 28041, Madrid, España. 
RESUMEN
El síndrome de Marfan es una patología hereditaria del tejido conectivo que afecta, entre otros, al sistema 
cardiovascular y al musculoesquelético. En los vasos sanguíneos el síndrome de Marfan hace que la pared de la 
aorta se debilite y se dilate, pudiendo provocar su rotura. Con el fin de mejorar el conocimiento de la respuesta de la 
pared arterial, el presente trabajo estudia el comportamiento mecánico y las condiciones de rotura de la aorta 
ascendente en pacientes con dicho síndrome, comparándolo con el de los vasos sanos. 
ABSTRACT
Marfan syndrome is a genetic disease of the connective tissue. This syndrome affects some systems, including the 
cardiovascular and the skeletal muscle. In blood vessel, the disease makes the aortic wall to become weak and to 
dilate. It may cause, after some time, a perforation in the aortic wall. In order to improve the knowledge of arterial 
response, this work studies the mechanical behaviour and rupture conditions of ascending aorta from patients with 
Marfan syndrome comparing them with those of healthy blood vessels. 
PALABRAS CLAVE: Arteria aorta, Síndrome de Marfan, Tensión de rotura, Comportamiento mecánico. 
1. INTRODUCCIÓN
Cada vez son más las patologías que afectan al sistema 
cardiovascular y constituyen una de las principales 
causas de muerte en las sociedades occidentales 
industrializadas. Aunque la biomecánica de la aorta se 
viene estudiando desde hace aproximadamente un siglo, 
no ha sido hasta los últimos años cuando se ha 
empezado a estudiar detalladamente cómo las 
propiedades mecánicas están relacionadas con dichas 
patologías [1]. Con el fin de mejorar el conocimiento de 
la respuesta de la pared arterial, el presente trabajo 
estudia el comportamiento mecánico y las condiciones 
de rotura de la aorta ascendente en pacientes con 
síndrome de Marfan, comparándolo con el de vasos 
sanos.
Las arterias son vasos sanguíneos que transportan la 
sangre desde el corazón a los tejidos. La pared arterial 
se puede dividir en tres capas. En primer lugar, desde el 
interior hacia el exterior, se encuentra la túnica interna 
(íntima) que consta de endotelio, membrana basal y 
lámina elástica interna; en segundo lugar, se halla la 
túnica media que es una capa muscular y de fibras 
elásticas y, por último, la túnica externa que consta de 
fibras elásticas y de colágeno. Una de las principales 
funciones de las arterias es acumular la presión que 
llega de la contracción ventricular (sístole) y liberarla a 
través del sistema vascular durante la diástole. La aorta 
ascendente, que es objeto de este estudio, es 
especialmente importante en el cumplimiento de esta 
función como acumulador de presión. [2] 
La patología objeto de este estudio es el síndrome de 
Marfan. Se produce por una mutación de los genes 
encargados de la síntesis de fibrilina, proteína necesaria 
para la síntesis de las fibras del tejido conjuntivo [3]. Se 
trata de una patología que afecta, de forma estimada, a 1 
por cada 5000-10000 habitantes [4]. Es una enfermedad 
hereditaria del tejido conjuntivo que afecta al sistema 
cardiovascular. En la aorta, el síndrome de Marfan hace 
que la pared de la misma se debilite y se dilate, 
provocando con el paso del tiempo y si no se interviene 
convenientemente, su rotura [3].  
La supervivencia de estos pacientes viene determinada 
por la gravedad de la afectación cardiovascular. La 
rotura o disección de la aorta es la causa más frecuente 
Anales de Mecánica de la Fractura 28, Vol. 1 (2011)
69
de muerte. Se estima que la esperanza de vida en el 
síndrome de Marfan sin un correcto seguimiento y 
tratamiento es de 30 años, frente a 70 años si se trata 
[4].  
Actualmente, no existe ningún trabajo en el que se 
documenten ensayos mecánicos ni resultados en 
relación con la aorta ascendente afectada por este 
síndrome. 
En este estudio se llevaron a cabo ensayos uniaxiales de 
tracción in vitro sobre muestras sanas y patológicas de 
aorta ascendente con el fin de determinar la tensión y el 
alargamiento de rotura, y la rigidez.  
2. MATERIALES.
Se obtuvieron segmentos de aorta ascendente 
pertenecientes a cinco pacientes con síndrome de 
Marfan procedentes del Hospital Universitario Doce de 
Octubre de Madrid. Asimismo se extrajeron muestras 
sanas también de aorta ascendente de ocho donantes de 
órganos procedentes del Hospital Universitario Puerta 
de Hierro de Madrid. Dichos segmentos se obtuvieron 
de personas que fallecieron por causas ajenas a 
patologías cardiovasculares. En ambos casos, las 
muestras se obtuvieron de acuerdo con el protocolo 
aprobado por el Comité de Ética de ambos hospitales 
que incluye el consentimiento de los familiares. 
Los segmentos de aorta ascendente, después de 
extraerse de los donantes, se conservaron en solución 
salina a 4°C hasta que se ensayaron, siempre dentro de 
las 24 horas siguientes a su extracción. 
Independientemente de su origen, se realizaron análisis 
histológicos en las muestras sanas para confirmar la 
ausencia de patologías vasculares. 
Los segmentos de aorta analizados son ocho para 
donantes sanos y pertenecen a cuatro varones (V) y 
cuatro mujeres (M). Para los pacientes con el síndrome 
de Marfan se han analizado cinco, cuatro varones y una 
mujer. Todos ellos comprendidos en un rango de edad 
entre los 18 y los 40 años. No hay muestras patológicas 
procedentes de pacientes mayores afectados por el 
síndrome de Marfan, puesto que éstos, o han sido 
operados con anterioridad, o han fallecido. 
Las muestras se han dividido en dos grupos: “Sanos” y 
“Marfan”, en función de su patología (tablas 1 y 2).  
Tabla 1. Donantes sanos. 
Ref. Edad Sexo Altura (m) 
BSA
(m2)
Nº
segmentos 
PH21 32 M 1.64 1.68 3 
PH43a 35 V 1.65 1.82 2 
PH48 20 V 1.80 2.05 2 
PH65 18 V 1.81 1.70 3 
PH77 36 M 1.75 1.69 2
PH80 25 V 1.83 2.12 4 
PH82 20 M 1.65 1.53 3 
PH86 39 M - - 4 
Tabla 2.  Pacientes con Síndrome de Marfan. 
Ref. Edad Sexo Altura (m) 
BSA
(m2)
Nº
segmentos 
DOCE07b 25 V 1.87  2.18  4 
DOCE08 24 M 1.80 1.75 2
DOCE08b 33 V 1.94 2.30 4 
DOCE09b 24 V 1.79 1.90 5 
DOCE13 37 V 1.89 2.29 1
3. MÉTODOS.
3.1. Preparación de probetas. 
Se han realizado ensayos de tracción uniaxial en una 
máquina electromecánica Instron 5866 con el fin de 
caracterizar el comportamiento de la pared aórtica en 
dos direcciones perpendiculares: circunferencial y 
longitudinal.  
Se realizaron probetas en forma de hueso de perro con 
una zona central de 10 mm de longitud y 2 mm de 
anchura. El grosor de la muestra se midió por medio de 
un medidor Mitutoyo 7301 que tiene una precisión de 
10 μm. El espesor medio de las probetas estuvo 
alrededor de 1.8 mm en vasos con síndrome de Marfan 
y 2 mm en vasos sanos. 
3.2. Realización del ensayo. 
Todas las muestras se fijaron a las mordazas de tal 
forma que sólo la zona central más estrecha pudiera 
deformarse. En materiales muy flexibles, como es la 
pared de la aorta, se puede considerar que el 
desplazamiento del cabezal es igual a la deformación de 
la muestra (el resto de los elementos son mucho más 
rígidos que la muestra), por lo que puede ser un buen 
estimador del desplazamiento aplicado. Las muestras se 
fijaron mecánica y químicamente (pegadas con 
cianocrilato) a la máquina [5].  
Anales de Mecánica de la Fractura 28, Vol. 1 (2011)
70
Las condiciones de ensayo fueron las siguientes: 
- Medio físico: Los ensayos se llevaron a cabo con las 
muestras sumergidas en solución salina (9 g/l de cloruro 
sódico con pH 5.0) a 37° C. La temperatura en el 
recipiente fue monitorizada por un termopar tipo K 
localizado a una distancia de la arteria menor de 4 mm. 
- Fuerza y desplazamiento: La fuerza se midió por 
medio de una célula de carga de 10 N, con una 
precisión > 5mN, y el desplazamiento del cabezal de la 
máquina se tomó como una medida directa del 
alargamiento de la muestra. El sensor interno de la 
máquina (LVDT con una precisión mayor de 10 μm) se 
utilizó para medir el desplazamiento del cabezal. 
- Los ensayos se llevaron a cabo es un estado pasivo, 
sin activación eléctrica o química de la pared arterial 
para evitar que las células del músculo liso pudiesen 
contribuir activamente (contrayendo o relajando) al 
comportamiento mecánico. La velocidad de ensayo fue 
de 0.03 mm/s [6]. 
3.3. Parámetros mecánicos. 
Tanto para arterias sanas como enfermas, se obtuvieron 
los siguientes parámetros relacionados con el 
comportamiento mecánico de su pared:  
- Tensión de rotura  
- Alargamiento en rotura 
- Rigidez 
La máquina proporciona los valores “carga” y 
“desplazamiento”. A partir de ellos, se han calculado la 
tensión verdadera y el alargamiento, que son los 
parámetros que van a proporcionar más información 
sobre el comportamiento del segmento arterial.  
- La tensión verdadera se ha obtenido dividiendo la 
carga aplicada entre el valor medio de la sección 
transversal del segmento ensayado. Para ello se ha 
considerado que el material es incompresible, y por lo 
tanto su volumen no cambia durante el ensayo. 
- El alargamiento se ha calculado dividiendo la longitud 
instantánea de la probeta entre la longitud inicial de la 
misma. 
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 
4.1. Estudio de tensión de rotura y alargamiento en 
función de la edad 
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
15 20 25 30 35 40
Sanos longitudinal
Sanos circunferencial
Marfan circunferencial
Marfan longitudinal
T
en
si
ón
 d
e 
ro
tu
ra
 (
M
P
a)
EDAD (años)
Figura 1. Valor medio de la tensión de rotura en función de la 
edad, de aorta ascendente de donantes sanos y pacientes con 
Síndrome de Marfan. Las barras representan el error 
estándar.
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
15 20 25 30 35 40
Sanos circunferencial
Sanos longitudinal
Marfan circunferencial
Marfan longitudinal
A
la
rg
am
ie
nt
o 
en
 r
ot
ur
a
EDAD (años)
Figura 2. Valor medio del alargamiento en rotura en función 
de la edad, de aorta ascendente de donantes sanos y pacientes 
con Síndrome de Marfan. Las barras representan el error 
estándar.
La figura 1 muestra la tensión de rotura de la pared 
arterial en función de la edad, tanto para la dirección 
circunferencial como longitudinal. De forma general, se 
puede afirmar que tanto para los vasos sanos como para 
los patológicos, en sentido circunferencial la resistencia 
es mayor que en sentido longitudinal. Esto es coherente 
con que las mayores tensiones que se producen en la 
pared arterial debido a la presión sanguínea sean en la 
dirección circunferencial.
Anales de Mecánica de la Fractura 28, Vol. 1 (2011)
71
Se observa además que a medida que aumenta la edad 
del paciente, no existe tanta diferencia en este 
comportamiento, haciéndose muy similares las 
resistencias en ambas direcciones: cuando aumenta la 
edad, aumenta la isotropía del material.  
Por último, se puede decir que a medida que aumenta la 
edad del paciente, la arteria es capaz de soportar menos 
tensión, tanto en sanos como en enfermos.  
En la figura 2, en la que se representa el alargamiento 
de rotura frente a la edad, se puede apreciar cómo a 
medida que aumenta la edad, disminuye el alargamiento 
de rotura. 
Concretando para los vasos con síndrome de Marfan, de 
la figura 1 se observa que la tensión de rotura de las 
muestras patológicas es inferior que la de las sanas. En 
la figura 2 se observa cómo también el alargamiento de 
rotura es mayor en las muestras sanas que en las 
patológicas. Sin embargo, en este caso la diferencia 
entre ambas no es tan clara. 
4.2. Comparación del alargamiento de rotura y la 
tensión de rotura 
En los siguientes gráficos de barras se muestra con 
mayor claridad la diferencia que existe entre muestras 
sanas y patológicas en los parámetros de alargamiento y 
tensión de rotura. 
Se han representado las medias de los valores obtenidos 
para “Alargamiento rotura” y “Tensión rotura” tanto 
para los casos patológicos como para los sanos. Son los 
valores correspondientes a la dirección circunferencial 
puesto que dicha dirección se considera más interesante 
a efectos de la integridad del vaso.  
Los valores de las gráficas se han obtenido 
homogeneizando edades y haciendo la media del 
alargamiento y la tensión de rotura, respectivamente, 
para sanos y para Marfan. La edad media de los vasos 
sanos fue de 28 ± 8 y de los patológicos de 29 ± 6.  
En la figura 3 se puede observar que la diferencia en el 
alargamiento de rotura en muestras sanas y en 
patológicas, siendo algo superior en las sanas, no es 
estadísticamente significativo. 
En la figura 4 se puede comprobar que las muestras 
sanas resisten una mayor tensión que las patológicas, 
siendo en este caso, la diferencia entre ambas 
significativa.
1
1.5
2
2.5
Sanos
A
la
rg
am
ie
nt
o 
de
 r
ot
ur
a
Marfan
p= 0.34
Figura 3. Valor medio del alargamiento de rotura en la 
dirección circunferencial de aorta ascendente de donantes 
sanos y pacientes con Síndrome de Marfan. Las barras 
representan el error estándar y “p” es la significación 
estadística de la distribución t de Student. 
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Sanos Marfan
p= 0.03
T
en
si
ón
 d
e 
ro
tu
ra
 (
M
P
a)
Figura 4. Valor medio de la tensión rotura en la dirección 
circunferencial de aorta ascendente de donantes sanos y 
pacientes con Síndrome de Marfan. Las barras representan el 
error estándar y “p” es la significación estadística de la 
distribución t de Student. 
4.3. Estudio de las curvas tensión - deformación 
Se han representado las curvas de tensión verdadera 
frente al alargamiento en la dirección circunferencial 
tanto para los pacientes sanos como para aquellos 
afectados por el síndrome de Marfan. En la figura 5, se 
han trazado las áreas envolventes de dichas curvas. 
Se observa que los vasos sanos sufren un menor 
alargamiento y soportan más tensión, situándose en la 
gráfica por encima de los patológicos, que se alargan 
más pero soportan menos tensión. 
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72
01
2
3
4
5
1 1.5 2 2.5 3
T
en
si
ón
 v
er
da
de
ra
 (
M
P
a)
Alargamiento
Sanos
Marfan
Figura 5. Áreas envolventes de las curvas “Alargamiento – 
tensión verdadera” en la dirección circunferencial de aorta 
ascendente de donantes sanos y pacientes con Síndrome de 
Marfan.
4.4. Estudio de la rigidez 
Se ha analizado la rigidez de la curva “tensión 
verdadera – alargamiento” en la segunda zona de la 
misma, es decir, una vez superado la zona del codo que 
marca la separación entre la zona inicial, más flexible, 
de la zona más rígida antes del punto de rotura [7]. En 
la primera zona, son las fibras de elastina las que 
actúan, a partir del codo son las fibras de colágeno. [8] 
0
1
2
3
4
5
Sanos
R
ig
id
ez
 (
M
P
a)
Marfan
p= 0.04
Figura 6. Valor medio de la rigidez en la dirección 
circunferencial de aorta ascendente de donantes sanos y 
pacientes con Síndrome de Marfan. Las barras representan el 
error estándar y “p” corresponde con el valor de la t de 
Student.
Como se observa en la figura 6 que recoge los valores 
medios de la rigidez para las arterias sanas y las 
patológicas, la diferencia en este parámetro es 
significativa entre ambos grupos. Las muestras sanas 
presentan mayor rigidez que las patológicas, en 
concordancia con la observación clínica, puesto que uno 
de los síntomas del síndrome de Marfan es la 
hiperlaxitud. 
5. CONCLUSIONES
En el presente artículo se han ensayado bajo las mismas 
condiciones segmentos de aorta ascendente que 
corresponden a pacientes sanos y a pacientes con 
síndrome de Marfan que se encuentran en el rango de 
edad entre los 18 y los 40 años. Se han analizado tres 
parámetros relacionados con el comportamiento 
mecánico de la pared aórtica: tensión de rotura, 
alargamiento de rotura y rigidez. 
Comparando dichos parámetros, se puede observar que 
el comportamiento mecánico en muestras patológicas y 
sanas es diferente: 
- Los segmentos procedentes de muestras sanas 
tienen un mejor comportamiento mecánico puesto 
que ofrecen una mayor resistencia que las 
patológicas para un determinado alargamiento.  
- En cuanto a la tensión de rotura, hay una 
diferencia significativa entre ambos grupos, 
rompiendo antes las muestras patológicas que las 
sanas.
- Sin embargo, la diferencia no se aprecia con tanta 
claridad al analizar el parámetro de alargamiento 
de rotura, aunque sufren un mayor alargamiento 
las sanas antes de romper. 
- Por último, se ha analizado la rigidez y se ha 
comprobado que las arterias aortas sanas muestran 
mayor rigidez que aquellas patológicas.  
AGRADECIMIENTOS
Los autores desean agradecer la colaboración por la 
financiación prestada, a la Fundación Marcelino Botín a 
través del proyecto “Diseño y desarrollo de nuevos 
biomateriales para medicina regenerativa” y al 
Ministerio de Ciencia e Innovación a través del 
proyecto MAT2009-10258. 
REFERENCIAS
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man. Circulation Research 10, 778-781, 1962. 
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anatomía y fisiología, 11ª edición, 1154 pag., 
Panamericana – UNAM, 2006. 
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Humana, 8ª edición, 972 pag., S.A. Elsevier, 2008. 
Anales de Mecánica de la Fractura 28, Vol. 1 (2011)
73
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Guía del paciente. 15 pag. Hospital Universitario 
12 de Octubre. Comunidad de Madrid. 
[5] Guinea, G. et al, Factors influencing the 
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thoracic aorta, Physiological measurement, 31, 
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plaque instability. Annals of Biomedical 
Engineering, 36, 66 – 76, 2008. 
[7] Claes, E. Estudio mecánico de las arterias 
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304 pag. Tesis doctoral. Universidad Politécnica 
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[8] Roach, M. R., y Burton, A. C., The reason for the 
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Canadian Journal of Biochemistry and Physiology, 
35, 681 – 90, 1957. 
Anales de Mecánica de la Fractura 28, Vol. 1 (2011)
74


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