По данным Всемирной организации здравоохранения, каждый год в мире погибает около 18 миллионов человек от сердечно-сосудистых заболеваний. Эта цифра продолжает расти. Более 15 процентов взрослого населения 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, ещё 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 этой 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 имени 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 трех различных условиях: в нормальном состоянии, при патологии (аортальном стенозе) и после операции Озаки, когда повреждённый 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 даёт 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 имени 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. Учёные считают изучения свойств аортального клапана перспективным, поэтому планируют продолжить свои исследования в этом направлении.