[en] Cardiovascular diseases are currently one of the main causes of mortality globally. They include atherosclerosis disease, which is a pathology that consists of the development of lipid deposits in the arterial wall, called atheroma plaques, that cause a reduction in the space available for blood circulation. Depending on the artery in which this disease is developed, it can lead to severe consequences, such as ischaemia or stroke. However, the process by which these plaques are developed is not completely understood, so a y advances in the understanding of this process will have an important relevance. Therefore, this thesis studies the process of atheroma plaques formation in arteries through the development of a mechanobiological model, which is applied to carotid arteries models, with the aim of predicting the areas of plaque growth, as well as their development. Since there are different types of plaque according to their vulnerability, a model of vulnerable atheroma plaques in an axisymmetric geometry has been developed and considered as the reference model. Additionally, by modifying some of the equations of this reference model, a non-vulnerable plaques growth model has also been developed. Due to the large variability in the values of the parameters involved in the inflammatory process of the arterial wall found in the literature, a sensitivity analysis of the model to variations in these parameters has been performed. With this sensitivity analysis, it has been concluded that the parameters of the model have a large influence in the results. The validation of the vulnerable plaque model has been performed with three dimensional patient-specific geometries, which correspond to bifurcations of the carotid arteries of four pathological patients and one healthy volunteer. To perform this validation, the area of the real arteries with atheroma plaque was artificially repaired to obtain the equivalent healthy geometries on which the mechanobiological model of plaque growth has been simulated. Finally, the simulated plaques in each of the geometries have been compared with the real plaques of the patients, also validating that the geometry of the healthy patient does not develop any atheroma plaque. In addition, the validation of the non-vulnerable model has been carried out attending to the composition of the plaques by comparison with real images of atheroma plaques obtained by intravascular ultrasound of the literature. In addition, since it is widely accepted that the initiation of atheroma plaques depends on some haemodynamic factors, the influence of the two most commonly used stimuli (TAWSS and OSI) has been analysed on the real patient geometries. A new stimulus that combines the action of both stimuli has been developed and also modelled. It has been observed that this new stimulus predicts the resulting plaques more accurately than the use of only one of the two stimuli commonly used in the literature, because it combines the strengths of both of them. On the other hand, it has been observed that some of the plaques present in real patients were not predicted by any of the haemodynamic stimuli analysed, which is caused, as observed in the obtained results, by not considering the fluid-structure interaction of the blood flow with the arterial wall. For this reason, two different models of fluid-structure interaction have been performed, considering different properties for endothelial repair produced by changes in the haemodynamic stimuli caused by plaque growth. Finally, it has been concluded that the effect of fluid-structure interaction on atheroma plaques cannot be neglected. During this Thesis, two mechanobiological models capable of predict atheroma plaques development attending to their vulnerability have been developed and validated. This could contribute to improve the knowledge and diagnosis of the disease in clinical practice in the future.

[es] Actualmente, las enfermedades cardiovasculares son una de las principales causas de mortalidad a nivel global. Entre ellas se encuentra la aterosclerosis, una patología que consiste en el desarrollo de depósitos lipídicos en la pared arterial, denominados placas de ateroma, que causan una reducción del espacio disponible para la circulación de la sangre. Dicha patología puede derivar en consecuencias muy graves, dependiendo de la arteria en la cual se desarrolle, como isquemias o infartos. Sin embargo, el proceso de desarrollo de estas placas todavía no se conoce completamente, por lo cualquier avancer en el conocimiento del proceso de formación de placas de ateroma resulta de una gran importancia. Por ello, a lo largo de esta Tesis se estudia el proceso de formación de placas de ateroma en arterias mediante el desarrollo de un modelo mecanobiológico, el cual se aplica a diferentes modelos computacionales de arteria carótida, con el objetivo de predecir las zonas de crecimiento de placas, así como su desarrollo. Dado que existen diferentes tipos de placa atendiendo a su vulnerabilidad, se ha desarrollado un modelo de placa de ateroma vulnerable en una geometría axisimétrica, considerado como modelo de referencia. Adicionalmente, mediante modificaciones en algunas de las ecuaciones del modelo de referilidad del modelo ante variaciones en los mismos. Con este análisis de sensibilidad se ha concluído que los parámetros del mencia, se ha desarrollado también un modelo de crecimiento de placas no vulnerables. Debido a la gran variabilidad de los valores de los parámetros involucrados en el proceso inflamatorio de la pared arterial que se ha encontrado en la literatura, se ha realizado un análisis de sensibodelo tienen una gran influencia en los resultados obtenidos. La validación del modelo de placa vulnerable se ha realizado con geometrías en tres dimensiones de paciente específico, las cuales corresponden a bifurcaciones de arteria carótida de cuatro pacientes patológicos y un voluntario sano. Para realizar dicha validación, se ha reparado artificialmente la zona de las arterias reales con presencia de placa para obtener las geometrías sanas equivalentes sobre las cual se ha aplicado el modelo mecanobiológico de crecimiento de placa. Finalmente, se han contrastado las placas obtenidas mediante la simulación en cada una de las geometrías con las placas reales de los pacientes, comprobando además que la geometría correspondiente al paciente sano no desarrolla placa de ateroma. Por otra parte, la validación del modelo de placa no vulnerable se ha realizado atentiendo a la composición de las placas obtenidas mediante su comparación con imágenes reales de placas de ateroma de la literatura, obtenidas mediante ultrasonido intravascular. Dado que está ampliamente aceptado que el inicio de las placas de ateroma depende de factores hemodinámicos, se ha analizado la influencia sobre las geometrías de paciente real de los dos estímulos más empleados (TAWSS y OSI), realizando también un modelo con un nuevo estímulo que combina la acción de ambos. Se puede concluir que este nuevo estímulo predice las placas resultantes de una manera más precisa que el uso de únicamente uno de los dos estímulos empleados comúnmente en la literatura, debido a que combina las fortalezas de ambos. Por otra parte, se ha observado que algunas de las placas presentes en los pacientes reales no se lograban predecir con ninguno de los estímulos hemodinámicos analizados, lo cual se debe, como se observa en los resultados obtenidos, a que no se considera una actualización de las variables hemodinámicas durante el proceso de crecimiento. Por ello, se han realizado dos modelos diferentes de interacción fluido-estructura, considerando distintas propiedades para la reparación endotelial producida por los cambios en los estímulos hemodinámicos ocasionados por el crecimiento de la placa. Finalmente, se concluye que el efecto de la actualización de las variables hemodinámicas sobre las placas de ateroma no puede ser despreciado. A lo largo de esta Tesis se han desarrollado dos modelos mecanobiológicos capaces de predecir el crecimiento de placas de ateroma, atendiendo a su vulnerabilidad. Esto podría contribuir en el futuro a mejorar el conocimiento y diagnóstico de la enfermedad en la práctica clínica.