По данным Всемирной организации здравоохранения, каждый год в мире погибает около 18 миллионов людей от сердечно-сосудистых заболеваний. Эта цифра продолжает расти. Более 15% взрослых людей в возрасте от 70 лет страдают аортальным стенозом, из-за которого сужается устье аорты клапана, что не дает нормальному течению крови в сердце. И ежегодно в мире проводится более 275 тысяч реконструктивных операций по его замене. Стандартной практикой является установка механического импланта, однако это влечет пожизненный прием препаратов. Решение проблем видится в методике, предложенной в 2014 году японским хирургом Озаки, где клапаны изготавливаются из собственной сердечной ткани пациента (перикарда). Долгосрочных результатов о том, как использование такого метода скажется в будущем, еще нет. Также осталась проблема в выборе оптимального размера створки, которые подбираются для каждого человека индивидуально. Исследователи Пермского Политеха разработали математическую модель, которая поможет врачам при операции по замене сердечных клапанов спрогнозировать ее последствия.
— В данной работе мы провели комплексный анализ движения крови в аортальном клапане в норме, при патологии и после операции Озаки. В дальнейшем, в планах разработка модели, которая в перспективе поможет определить самый оптимальный вариант замены аортального клапана из всех возможных вариаций протезирования, — рассказал профессор кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» Пермского Политеха, доктор физико-математических наук Алексей Кучумов.
Статья с результатами исследования опубликована в международном журнале «Mathematics». В работе также принимали сотрудники пермского Федерального центра сердечно-сосудистой хирургии им. С.Г. Суханова.
Створки аортального клапана во время сердечного цикла открываются от течения крови через них и закрываются из-за ее оттока. Открытие и закрытие с механической точки зрения — это деформация. Чтобы описать зависимость этой механики от нагрузки со стороны течения крови, и понять, почему при стенозе устье аорты сужается, ученые рассмотрели поведение створок при 3 различных условиях: в нормальном состоянии, при патологии (аортальном стенозе) и после операции Озаки, когда поврежденный клапан изготавливается из собственной сердечной ткани пациента. С помощью материальных моделей удалось рассчитать механику створок для каждого отдельного случая. После этого исследователям удалось объединить полученные результаты в единую математическую модель.
— Мы создали математическую модель, которая дает более полную картину, как работает сердечный клапан. Благодаря этому мы сможем прогнозировать появление неблагоприятных последствий будущем. Это значительно упростит задачу врачам при выборе метода операции, — сообщает аспирант кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Пермского Политеха Никита Пиль.
Описание физиологических процессов, установление новых зависимостей и лучшее понимание их биомеханики может дать мощный толчок к созданию программного обеспечения для помощи принятия решений хирургам при проведении операций, а также прогнозированию последствий.
— Моделирование физиологии человека и развитие персонализированных подходов позволит повысить качество лечения и проведения операций благодаря учету индивидуальных параметров пациента, — пояснил сердечно-сосудистый хирург Федерального центра сердечно-сосудистой хирургии им. С.Г. Суханова, доктор медицинских наук Бакытбек Кадыралиев.
Кроме того, полученные результаты могут помочь при создании отечественных искусственных клапанов. На основе математической модели можно оптимизировать конструкцию устройства с целью улучшения его эксплуатационных характеристик. Ученые считают изучения свойств аортального клапана перспективным, поэтому планируют продолжить свои исследования в этом направлении.