Гемодинамика поверхностной бедренной артерии: клинический случай

Автор: Куянова Ю.О., Гостев А.А., Паршин Д.В.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 2 (104) т.28, 2024 года.

Бесплатный доступ

Поверхностная бедренная артерия, в отличие от глубокой артерии бедра, наиболее часто поражается атеросклерозом с формированием гемодинамически значимых стенозов или окклюзий, что приводит к возникновению ишемии нижней конечности. В последних российских и европейских рекомендациях по заболеванию периферических артерий в настоящее время рекомендуют эндоваскулярную стратегию (ангиопластику и стентирование) для всех поражений короче 25 см. Исследование гемодинамики поверхностной бедренной артерии затруднено тем, что она подвергается выраженной деформации (сжатие, растяжение, кручение) при физиологических движениях в тазобедренном и коленном суставах. В связи с этим весьма актуальной задачей является численное моделирование гемодинамики до и после ангиопластики и стентирования пораженной артерии для оценки перераспределения кровотока в магистральных сосудах нижней конечности. В работе выполнено численное исследование гемодинамики артерий нижних конечностей в норме, при окклюзии и с установленными виртуальными стентами различной пористости для конкретного пациента. Установлено, что в зависимости от выбранного стента объем кровотока по поверхностной бедренной артерии может изменяться до 15 %, а в целом перераспределение кровотока может достигать до 50 %, по сравнению со здоровой конечностью. Для стентов с показателем 0,1-0,2 пористости касательные напряжения в зоне стента до 5 раз выше, чем у стентов, для которых эта величина составляет 0,8, хотя значения максимальных пристеночных касательных напряжений по всей конфигурации остаются сопоставимыми, что говорит о возможных существенно различных сценариях эндотелизации стента. Более глубокое понимание этих процессов позволит определиться с выбором тактики лечения и видом имплантируемого устройства, что в конечном счете может улучшить ближайшие и отдаленные результаты хирургического лечения, а также повысить статус реабилитации пациента.

Еще

Атеросклероз, ангиопластика, гемодинамика, бедренная артерия

Короткий адрес: https://sciup.org/146282980

IDR: 146282980   |   УДК: 531/534:   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2024.2.08

Hemodynamics of the superficial femoral artery: clinical case study

The superficial femoral artery, in contrast to the deep femoral artery, is most often affected by atherosclerosis with the formation of hemodynamically significant stenoses or occlusions, which leads to ischemia of the lower limb. The latest Russian and European guidelines for peripheral arterial disease currently recommend an endovascular strategy (angioplasty and stenting) for all lesions shorter than 25 cm. The study of the hemodynamics of the superficial femoral artery is complicated by the fact that it is subject to severe deformation (compression, stretching, torsion) during physiological movements in the hip and knee joints. In this regard, a very urgent task is the numerical modeling of hemodynamics before and after angioplasty and stenting of the affected artery to assess the redistribution of blood flow in the great vessels of the lower limb. The work performed a numerical study of the hemodynamics of the arteries of the lower extremities under normal conditions, with occlusion, and with installed virtual stents of various porosities for a specific patient. It has been established that, depending on the chosen stent, the volume of blood flow through the superficial femoral artery can vary up to 15 %, and in general, the redistribution of blood flow can reach up to 50 % compared to a healthy limb. For stents with a porosity index of 0.1-0.2, the shear stresses in the stent area are up to 5 times higher than for stents for which this value is 0.8, although the maximum WSS over the entire configuration remains comparable, which indicates possible significantly different stent endothelialization scenarios. A deeper understanding of these processes will make it possible to determine the choice of treatment tactics and the type of implanted device, which can ultimately improve the immediate and long-term results of surgical treatment, as well as improve the patient’s rehabilitation status.

Еще

Список литературы Гемодинамика поверхностной бедренной артерии: клинический случай

  • Сердечно-сосудистая хирургия - 2021. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения / Л. А. Бокерия, Е. Б. Милиевская, В. В. Прянишников. -М: Национальный медицинский исследовательский центр сердечно-сосудистой хирургии имени А.Н. Бакулева, 2022. - C. 322.
  • Epidemiology of cardiovascular disease in Europe / N. Townsend, D. Kazakiewicz, W.F. Lucy, A. Timmis, R. Huculeci, A. Torbica, C.P. Gale, S. Achenbach, F. Weidinger, P. Vardas // Nature Reviews Cardiology. -2022. - no. 19. - P. 133-143. DOI: 10.1038/s41569-021-00607-3
  • Atherosclerotic cardiovascular disease risk assessment: An American Society for Preventive Cardiology clinical practice statement / N.D. Wong, M.J. Budoff, K. Ferdinand, I.M. Graham, E.D. Michos, T. Reddy, M.D. Shapiro, P.P. Toth // American Journal of Preventive cardiology. -2022. - No. 15. - P. 100335. DOI: 10.1016/j.ajpc.2022.100335
  • Национальные рекомендации по диагностике и лечению заболеваний артерий нижних конечностей / А.В. Покровский, Р.С. Акчурин, Б.Г. Алекян // Ангиология и сосудистая хирургия. - 2019. - С. 63-66.
  • Clinical practice guidelines on the management of asymptomatic lower limb peripheral arterial disease and intermittent claudication / J. Nordanstig, C.A. Behrendt, I. Baumgartner, J. Belch, M. Bäck, R. Fitridge, R. Hinchliffe, A. Lejay, J.L. Mills, U. Rother, B. Sigvant, K. Spanos, Z. Szeberin, W. Water // European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. - 2024. - no. 67. - P. 9-96. DOI: 10.1016/j.ejvs.2023.08.067
  • Stent fractures after superficial femoral artery stenting: risk factors and impact on patency / Y. Lin, X. Tang, W. Fu, R. Kovach., J.C. George, D. Guo // Journal of Endovascular Therapy. - 2015. - no. 22. - P. 319-326. DOI: 10.1177/1526602815580783
  • Сравнительный ретроспективный анализ результатов бедренно-подколенного шунтирования и стентирования плетеным биомиметическим стентом у пациентов с пролонгированными окклюзиями артерий бедренно-подколенного сегмента / А.А. Гостев, О.С. Осипова, С.В. Бугуров, Ш.Б. Саая, А.А. Рабцун, А.В. Чебан, П.В. Игнатенко, А.А. Карпенко // Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. - 2022. -№ 37. - С. 96-107.
  • Drug-eluting and bare nitinol stents for the treatment of atherosclerotic lesions in the superficial femoral artery: long-term results from the SIROCCO trial / S.H. Duda, M. Bosiers, J. Lammer, D. Scheinert, T. Zeller, V. Oliva, A. Tielbeek, J. Anderson, B. Wiesinger, G. Tepe, A. Lansky, M.R. Jaff, C. Mudde, H. Tielemans, J.P. Beregi // Journal of Endovascular Therapy. - 2006. - no. 13. - P. 701-710. DOI:10.1583/05-1704.1
  • Nitinol stent implantation vs. balloon angioplasty for lesions in the superficial femoral and proximal popliteal arteries of patients with claudication: three-year follow-up from the RESILIENT randomized trial / J.R. Laird, B.T. Katzen, D. Scheinert, J. Lammer, J. Carpenter, M. Buchbinder, R. Dave, G. Ansel, A. Lansky, E. Cristea, T.J. Collins, J. Goldstein, A.Y. Cao, M.R. Jaff // Journal of Endovascular Therapy. -2012. - no. 19. - P. 1-9. DOI:10.1583/11-3627.1
  • Computing patient-specific hemodynamics in stented femoral artery models obtained from computed tomography using a validated 3D reconstruction method // M. Colombo, M. Bologna, M. Garbey, S. Berceli, Y. He, J.F. Rodriguez Matas, F. Migliavacca, C. Chiastra // Medical Engineering & Physics. - 2020. - No. 75. - P. 23-35. DOI: 10.1016/j.medengphy.2019.10.005
  • User-guided 3D active contour segmentation of anatomical structures: Significantly improved efficiency and reliability / P.A. Yushkevich, J. Piven, H.C. Hazlett, R.G. Smith, S. Ho, J.C. Gee, G Gerig. // Neuroimage. - 2006. - No. 31. - P. 1116-1128. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2006.01.015
  • On the impact of flow-diverters on the hemodynamics of human cerebral aneurysms / D. Parshin, Yu. Kuyanova, D. Kislitsin, U. Windberger, A. Chupakhin // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. - 2018. - No. 59. - P. 963-970. DOI:10.1134/S0021894418060019.
  • Handbook of hemorheology and hemodynamics. biomedical and health research / O.K. Baskurt, M.R. Hardeman., M.W. Rampling, H.J. Meiselman. - IOS Press: Amsterdam, 2007. - P. 468.
  • Stenting as porous media in anatomically accurate geometries. A comparison of models and spatial heterogeneity / N. Dazeo, J. Dottori, G. Boroni, A.P. Narata, I. Larrabide // Journal of Biomechanics. - 2020. - no. 110. - P. 109945. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2020.109945
  • О влиянии установки внутрисосудистого стента в бифуркацию коронарной артерии со стенозом на перераспределение в ней кровотока: эксперимент и моделирование / Р.А. Гайфутдинов, Ю.О. Куянова, Д.А. Хелимский, О.В. Крестьянинов, А.А. Тулупов, Д.В. Паршин // Сибирский научный медицинский журнал. - 2024. - № 44. - С. 23-31. DOI:/10.18699/S SMJ20240103
  • Seiler, C. The human coronary collateral circulation / C. Seiler // Heart. - 2003. - Vol. 11, no. 89. - P. 1352-1357. DOI: 10.1136/heart.89.11.1352.
  • Numerical assessment of the risk of abnormal endothelialization for diverter devices: clinical data driven numerical study / D. Tikhvinskii, J. Kuianova, D. Kislitsin, K. Orlov, A. Gorbatykh, D. Parshin // Journal of Personalized Medicine. - 2022. - no. 12. - P. 652.
  • Swift, H. Anatomy, bony pelvis and lower limb: femoral artery / H. Swift, B. Bordoni. - StatPearls Publishing: 24. Treasure Island, 2023.
  • Pollock, J.D. Amgad N.M. Physiology, Cardiovascular Hemodynamics / J.D. Pollock, I.V. Murray, S.J. Bordes. -StatPearls Publishing: Treasure Island, 2023.
  • Artery buckling: new phenotypes, models, and applications / H.C. Han, J.K. Chesnutt, J.R. Garcia, Q. Liu, Q. Wen // Annals of Biomedical Engineering. - 2013. - no. 41. - 25. P. 1399-410. DOI: 10.1007/s10439-012-0707-0
  • The arterial folding point during flexion of the hip joint / S. Park, J. Won, B. Kim, J.K. Kim, D.Y Lee. // Cardiovascular and Interventional Radiology. - 2005. - no. 28. - P. 173-177. D0I:10.1007/s00270-004-0190-6
  • Marei, I., Biofunctionalization of cardiovascular stents to 26. induce endothelialization: Implications for in- stent thrombosis in diabetes. / I. Marei, B. Ahmetaj-Shala, C.R. Triggle // Frontiers in Pharmacology. - 2022. - no. 13. - P. 982185. DOI: 10.3389/fphar.2022.982185
  • Hemodynamic characteristics of cardiovascular system in simulated zero and partial gravities based on CFD modeling and simulation / L. Sun, L. Ding, L. Li, N. Yin, N. Yang, Y. Zhang, X. Xing, Z. Zhang, C. Dong. // Life. - 2023. - no. 13. - P. 407. D01:10.3390/life13020407
  • Digital astronaut project biomechanical models: biomechanical modeling of squat, single-leg squat and heel raise exercises on the hybrid ultimate lifting kit / W.K. Thompson, Ch.A. Gallo, C. Lawton, B.E. Lewandowski, Br.T. Humphreys, J.K. DeWitt, R.S. Fincke, L. Mulugeta // Technical Reports Server. -2015. - P. -19114.
  • Effect of active muscles on astronaut kinematics and injury risk for piloted lunar landing and launch while standin / M. Lalwala, K.S. Devane, B. Koya, F.C. Hsu, K.M. Yates, N.J. Newby, J.T. Somers, F.S. Gayzik, J.D. Stitzel, A.A. Weaver // Annals of Biomedical Engineering. - 2023. -No. 51. - P. 1408-1419. DOI: 10.1007/s10439-023-03143-y
  • Vascular and microvascular dysfunction induced by microgravity and its analogs in humans: mechanisms and countermeasures / N. Navasiolava, M. Yuan, R. Murphy, A. Robin, M. Coupé, L. Wang, A. Alameddine, G. Gauquelin-Koch, C. Gharib, Y. Li, M.A. Custaud // Frontiers in Physiology. - 2020. - no. 11. - P. 1-13.
Еще