Изучаем кровоток

В рамках Балтийского научно-инженерного конкурса 1 февраля прошел цикл научно-популярных лекций, объединенных названием «Пространство интеллектуального притяжения». Аспирант кафедры гидроаэродинамики СПбПУ Яков Гатаулин рассказал о «Моделировании гидродинамики кровообращения на пути к персонифицированной медицине». Лекцию о молодой науке, которая имеет древние корни, записал Игорь ВЕЛЬЕВ.

Основоположники:
• Леонардо Да Винчи увлекался медициной в молодости, известны его работы в исследовании сердца, показывающие работу органа в разный период времени, образование вихрей.
• Уильям Гарвей систематизировал знания и описал целиком систему кровообращения, включая большой и малый круг.
• Кристиан Доплер открыл эффект, названный в его честь. «Эффект Доплера» используется во многих областях техники, в том числе и медицине, например, в ультразвуковых сканерах.
• Луи Пуазель открыл закон, рассматривая движение крови по сосудам.

Для чего нужна гидродинамика кровообращения?
Это прикладная наука, она находится на стыке нескольких дисциплин: биология, математика, гидродинамика, механика твердого тела, а также некоторых технических наук, касающихся измерительных приборов. Она решает практические задачи, затрагивающие медицину. Гидродинамика позволяет развивать средства для диагностики, лечения болезней сосудов и сердца, предлагает различные способы проведения операций. Изучает кровоток в его естественных и патологических условиях.

Искусственные клапаны
Клапаны бывают двух типов: механические и биологические. Имплантация первых началась в середине XX века, самые первые модели имели громоздкую форму. Они состоят из шаровых, дисковых и двустворчатых клапанов. В состав биологических клапанов входят: каркасные, бескаркасные и полученные тканевой инженерией, — срок их службы от 5 до 10 лет. Недолговечность обусловлена тем, что клапаны не приживаются в организме, происходит тканевая регенерация.

Пульсдупликатор
Пульсдупликатор — по сути дубликатор сердца, имитатор кровотока. Установка служит для испытания клапанов сердца. Специальные датчики давления, расхода, фиксируют поток и позволяют исследовать клапаны  на сопротивление, прочность, и гемолиз — процесс, в результате которого происходит образование тромба.

Перфузионные системы
При операции, когда требуется замена сердца, насос прокачивает кровь по организму, поддерживает постоянную температуру, система должна насыщать кровь кислородом. Все это осуществляется в аппаратах искусственного кровообращения. Один из таких насосов — роликовый, он перекачивает кровь благодаря роликам. Они двигаются, сжимая трубку, тем самым проталкивают кровь и возникает пульсирующее движение. Существуют другие похожие системы. Плазмаферез, занимающийся очисткой крови, и диализ, в котором происходит обработка биологических жидкостей.

Проблемные зоны
• УЗИ диагностика. Современные ультразвуковые приборы позволяют визуализировать течение крови. Однако результат зависит от оператора и интерпретации данных, полученных во время исследования. А квалифицированных специалистов не хватает.
• Послеоперационные осложнения в результате таких операций, как шунтирование — пришивание искусственного сосуда в обход поврежденного, стентирование — операция для лечения стенозов, вместо бляшки устанавливается каркас, пластика — операция, когда при перегибе сосудов или их искривлении, врачи сшивают здоровые части.

Расчет нового клапана сердца
У существующих протезов происходит закупорка сосуда в связи с накоплением холестерина, разрастанием ткани. Поэтому изобретаются новые спиральные протезы, в которых  закрученное течение, большая завихренность.
На сегодняшний день персонифицированность гидродинамики кровообращения состоит в том, что выполняются операции для конкретного пациента. Проводится моделирование, строится геометрическая модель, расчетная сетка. За этим стоит будущее гидродинамики.

Материал опубликован в газете «Мегабайт»