Челнокова Наталья Олеговна

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖЕЛУДОЧКОВ
СЕРДЦА ПРИ НАЛИЧИИ ИШЕМИИ РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ
А.А. Голядкина, А.В. Полиенко, Н.О. Челнокова1
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
1
Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского
E-mail: [email protected]
Среди многочисленных причин патологических состояний миокарда
(сердечной мышцы) первое место занимает ишемическая болезнь сердца, которая, в свою очередь, может приводить к инфаркту миокарда. Нередко, до
35% инфаркт миокарда осложняется развитием постинфарктной аневризмы
[1]. Аневризма в большинстве случаев развивается после обширного инфаркта миокарда, сопровождающегося некрозом мышечной ткани и замещением
ее рубцовой. Формирование аневризмы связанно с выраженным изменением
геометрии желудочков сердца, увеличением левого и прямо пропорционального уменьшения объемов правого желудочков, массы миокарда, нарушением насосной функции [2, 3]. Таким образом, важным является изучение вопросов возникновения и формирования постинфарктных аневризм желудочков сердца человека.
Построение моделей желудочков сердца и соответствующих им объемов крови осуществлялось по данным компьютерной томографии с использованием программного пакета 3D Slicer и системы автоматизированного
проектирования SolidWorks (рис. 1). Численный эксперимент проведен в расчетном комплексе Ansys Workbench методом конечных элементов. Кровь
предполагалась однородной, несжимаемой и ньютоновской жидкостью с заданными плотностью ρ=1050 кг/м3 и динамической вязкостью η=0.004 Па∙с,
определёнными по результатам общего и биохимического анализа крови пациента. Материал стенок (миокард) – однородным, изотропным, гиперупругим (механические характеристики получены в результате натурного эксперимента) [4]. На основе данных ультразвукового исследования определены
начальные и граничные условия, соответствующие конкретному пациенту.
Рис. 1. Этапы построения моделей желудочков сердца человека
В результате численного эксперимента были получены картины гемодинамики с учетом напряженно-деформированного состояния стенок желудочков сердца по фазам сердечного цикла, а также проведена оценка конечно-диастолического объема и фракции выброса. Выявлено, что при ишемии
переднебоковой стенки и верхушки желудочков скорости течения крови не
превосходит 0,5 м/с, поток является ламинарным. Максимальные значения
давления жидкости в полости левого желудочка не превосходят 10 600 Па (80
мм рт.ст.) при ишемии переднебоковой стенки и 9 600 Па (72 мм рт.ст.) при
ишемии верхушки желудочка. При наличии ишемии межжелудочковой перегородки, в полости левого желудочка наблюдается закрученный поток на
протяжении всей систолической фазы. Максимальные значения скорости
также не превосходят 0,5 м/с. Максимальные значения модуля вектора перемещения и минимальные значения эквивалентных напряжений стенки локализуются в центре патологического участка (рис. 2, 3). И так как данная область практически не участвует в сокращении сердечной мышцы, то происходит формирование будущего купола аневризмы.
Рис. 2. Распределение значений модуля вектора перемещения при ишемии межжелудочковой перегородки, м
Рис. 3. Распределение значений эквивалентных напряжений при ишемии межжелудочковой перегородки, Па
Анализ показателей конечно-диастолического объема и фракции выброса желудочков сердца позволил сделать вывод, что наличии ишемии, не
зависимо от зоны локализации, значимо не изменяет данные показатели гемодинамики (рис. 4, 5).
Рис. 4. Показатели фракции выброса желудочков сердца
Рис. 5. Показатели конечно-диастолического объема желудочков сердца
Проведенное исследование позволит комплексно оценить влияние
биомеханических факторов на процесс возникновения и развития постинфарктных аневризм желудочков сердца человека. Предложенный метод исследования может быть востребован в дооперационной диагностике конкретного пациента для выявления условий, при которых наиболее вероятно формирование постинфарктной аневризмы и ее разрыв.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ (проект
№14-01-31383-мол_а).
Библиографический список
1. Бокерия Л.А. Хирургическое лечение постинфарктной аневризмы сердца: прошлое,
настоящее и будущее // Анналы хирургии, 2002. №3. С. 23–31.
2. Бокерия Л.А. Ишемическое ремоделирование левого желудочка (методологические аспекты, вопросы диагностики и лечения). – М.: Изд-во НЦССХ им. А.Н. Бакулева
РАМН, 2002. 152 с.
3. Белов, Ю.В. Постинфарктное ремоделирование левого желудочка. От концепции к хирургическому лечению. – М.: ДеНово, 2002. – 194с.
4. Островский Н.В., Челнокова Н.О., Голядкина А.А., Другакова Ю.С., Басенкова Е.В.
Биомеханические параметры желудочков сердца человека // Фундаментальные исследования, 2015. №1-10, С. 2070–2075.
Сведения об авторах
Голядкина Анастасия Александровна – к.ф.-м.н., доцент, дата рождения:
14.03.1983г
Полиенко Асель Валерьевна – ведущий инженер, дата рождения:
20.09.1987г.
Челнокова Наталья Олеговна – к.м.н., доцент, дата рождения 12.06.1976г.
Вид доклада: устный (/ стендовый)