Инженеры обнаружили, что более тонкие ткани в замененных сердечных клапанах создают проблемное трепетание

Вы находитесь в середине аорты, трубопровода организма, по которому проходит богатая кислородом кровь, и смотрите назад на главный насос сердца, левый желудочек.

Мышца желудочка сокращается, три створки аортального клапана сердца взрываются, и кровь течет со скоростью до 200 сантиметров в секунду. А это что?

Эти три листочка колышутся в потоке – с инженерной точки зрения – трепещут. Это проблема. Это может привести к разрыву створок, отложению кальция, усталости и даже повреждению кровотока.

У нас есть взгляд очевидца с физически невозможной точки зрения, благодаря вычислительным моделям взаимодействия жидкости и структуры клапанов сердца и сердца, разработанным инженерами из Университета штата Айова и Техасского университета в Остине.

Инженеры использовали свою технологию, чтобы изучить, что происходит, когда более тонкие и тонкие биологические ткани коров или свиней используются при транскатетерной замене аортального клапана . Эта процедура включает в себя сжатие искусственного клапана в катетер, который продевают через артерию к корню аорты, где он расширяется и фиксируется на месте. При создании замещающих клапанов имеет смысл выбирать тонкие ткани – более тонкие ткани можно сложить в катетеры меньшего размера для облегчения движения по узким трубкам артерий.

Но в параллельных моделях, сравнивающих толщину ткани 100%, 75%, 50% и 25%, вы можете увидеть проблемы с двумя более тонкими вариантами.

Выводы инженеров изложены в статье, только что опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences., Соответствующие авторы: Мин-Чен Сюй, доцент кафедры машиностроения в штате Айова; Томас Дж. Р. Хьюз, заведующий кафедрой вычислительной и прикладной математики Питера О’Доннелла-младшего и профессор аэрокосмической техники и инженерной механики в Техасе и его Институте вычислительной техники и наук Одена; и Майкл С. Сакс, заведующий кафедрой инженерии и науки на основе моделирования, профессор биомедицинской инженерии и директор Центра сердечно-сосудистого моделирования и моделирования Виллерсона в Техасе и Института Одена. Эмили Л. Джонсон, докторант в области машиностроения и программы «Наука, разработка и политика в области ветроэнергетики» в штате Айова, является первым автором. (См. Врезку для других соавторов.)

Сравнение инженеров эффективности более тонких тканей клапана было поддержано грантами Национального института здоровья.

Играть

00:00
00:13
безгласный

настройки
PIP
Войти в полноэкранный режим
Играть
Компьютерные модели протезирования аортальных клапанов сердца. На моделях показаны биологические ткани, встроенные в клапаны, толщиной 100%, 75%, 50% и 25%. Вы можете увидеть трепетание более тонких тканей внизу. Предоставлено: Мин-Чен Сюй, Университет штата Айова.
Годы и годы испытаний

«Нелегко разработать прогнозирующую вычислительную модель сердечного клапана в действии», – сказал Хсу из штата Айова, который моделирует сердечные клапаны более пяти лет.

Постоянное сжатие, давление и поток. Клапаны гибкие. Это очень динамичная система с множеством переменных.

«Мы действительно моделируем всю физиологическую систему», – сказал Сюй. «Вот почему потребовалось несколько лет, чтобы правильно смоделировать потоки крови, которые могут меняться от ламинарных до турбулентных, сердечные клапаны , которые очень тонкие и нелинейные, и мультифизическую связь, которая может быть численно нестабильной».

По словам Хсу, для такого моделирования требуются суперкомпьютерные мощности. Клапаны в этом исследовании были смоделированы с использованием вычислительных ресурсов Техасского центра передовых вычислений, при этом выполнение каждого сердечного цикла на 144 процессорных ядрах занимало около двух дней.

Но это проблема, которая стоит потраченного времени и усилий. Каждый раз, когда заменяемый сердечный клапан изнашивается, пациенты сталкиваются с новой сердечной процедурой. Это делает предотвращение трепета листовок при замене клапана «важнейшим критерием качества», пишут инженеры.

Играть

00:00
00:17
безгласный

настройки
PIP
Войти в полноэкранный режим
Играть
Компьютерные модели показывают эффективность замены сердечных клапанов, включая биологические ткани различной толщины у коров или свиней, в течение типичного сердечного цикла. Предоставлено: Мин-Чен Сюй / Государственный университет Айовы.
Давай тоже исследуем науку

Сюй благодарит Джонсона, докторанта в своей лаборатории, который также занимается моделированием ветряных турбин, за то, что он помог ему развить работу своей лаборатории в новом направлении.

«Я занимаюсь вычислительными методами», – сказал он. «Но студенты предложили, чтобы мы также уделяли больше внимания вопросам науки. Мы больше не просто разрабатываем вычислительные инструменты».

В этом случае компьютерные модели и полученные видео позволяют легко увидеть и понять науку. (Как говорит Сюй: «Я думаю, что видео – лучший способ показать наши результаты»).

Когда бьется сердце, тонкие листочки изгибаются посередине и трепещут в кровотоке. «Это похоже на развевающийся флаг», – сказал Джонсон.

Она сказала, что инженеры смогли количественно измерить хлопанье и обнаружили, что более тонкие ткани имеют в 80 раз больше «энергии трепетания», чем более толстые ткани.

Результирующие выводы ясны, поскольку взгляды инженеров на взаимодействие жидкости и структуры внутри сердечного клапана :

«Учитывая риски, связанные с такими наблюдаемыми явлениями трепетания, включая повреждение крови и ускоренное разрушение створок, это исследование демонстрирует потенциально серьезное влияние введения более тонких и гибких тканей в сердечную систему».

услуги нутрициологаАвтор сайта и статей: Наталья Степанова, нутрициолог-психолог, консультант по питанию и коррекции веса. Подробнее обо мне

Я в соц. сетях: Vk, Instagram.

Рейтинг
Еще статьи нутрициолога:
Adblock
detector