Оценка эффективности установки модифицированного шунта Блэлок-Тауссиг у детей с врожденным пороком сердца

Оценка эффективности установки модифицированного шунта Блэлок-Тауссиг у детей с врожденным пороком сердца

Автор: Кучумов А.Г., Хайрулин А.Р., Биянов А.Н., Породиков А.А., Арутюнян В.Б., Синельников Ю.С.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 1 (87) т.24, 2020 года.

Бесплатный доступ

Проблема врожденных пороков сердца с обструкцией выводного тракта правого желудочка является актуальной, что обусловлено тяжелым течением заболевания и необходимостью многоэтапного хирургического лечения. Первым этапом хирургической коррекции является создание системно-легочных шунтов (модифицированный шунт Blalock - Taussig ). Однако в настоящее время нет единой точки зрения по выбору оптимального диаметра шунта и места его имплантации. Анастомоз должен обеспечить достаточный, но не избыточный легочной кровоток без снижения сердечного выброса, повреждения легочных сосудов и объемной перегрузки желудочка, а также способствовать равномерному росту легочных артерий. В данной работе рассмотрена модель течения крови «аорта-шунт-легочная артерия». Был получен набор геометрических образов у четырех пациентов для последующего импорта в конечно-элементный решатель ANSYS CFX с целью решения задачи гемодинамики. Анализировались три варианта установки модифицированного шунта Blalock - Taussig с помощью распространенных гемодинамических показателей (пристеночные касательные напряжения, осредненные за сердечный цикл пристеночные касательные напряжения, индекс колебаний касательных напряжений, относительное время пребывания). Было выявлено, что варианты формирования шунта должны быть индивидуальны, т.е. учитывать анатомо-физиологические особенности конкретного пациента. Отмечена несимметричность кровотока в легочных артериях в различных местах имплантации шунта. Также было проведено сравнение работоспособности гемодинамических показателей для оценки эффективности модифицированного шунта Blalock - Taussig . Объективизированный и персонализированный подход к особому лечению каждого конкретного пациента позволит значительно снизить детскую смертность и улучшить качество реабилитации.

Еще

Модифицированный шунт blalock-taussig, кровь, аорта

Короткий адрес: https://sciup.org/146282161

IDR: 146282161   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2020.1.08

Список литературы Оценка эффективности установки модифицированного шунта Блэлок-Тауссиг у детей с врожденным пороком сердца

  • Ивонина Е.В., Кучумов А.Г. Течение патологической желчи как жидкости Каро в трубке с сужающимися стенками // Прикладная математика, механика и процессы управления. - 2014. -Т. 1. - С. 40-41.
  • Кучумов А.Г., Няшин Ю.И., Самарцев В.А., Гаврилов В.А., Менар М. Биомеханический подход к моделированию билиарной системы как шаг в направлении к построению виртуальной модели физиологии человека // Российский журнал биомеханики. - 2011. - Т. 15, № 2. - С. 32-48.
  • Кучумов А.Г. Математическое моделирование перистальтического течения литогенной желчи через проток при рубцовом стенозе, рассматриваемый в виде трубки с сужающимися стенками конечной длины // Российский журнал биомеханики. - 2016. - Т. 20, № 2. - С. 96-115.
  • Кучумов А.Г., Самарцев В.А., Няшин Ю.И., Породиков А.А. Применение методов вычислительной гидродинамики в решении актуальных задач хирургии // Современный мир, актуальные вопросы биоэтики, молекулярной и персонализированной медицины: материалы Международного евроазиатского конгресса по вопросам биоэтики, молекулярной и персонализированной медицины "Biomed-inn-2019" / под ред. И.П. Корюкиной, Ю.В. Каракуловой, В.Ю. Мишланова, Е.Г.Фурмана. -2019. - С. 92-96.
  • Кучумов А.Г., Няшин Ю.И., Самарцев В.А., Гаврилов В.А., Ивонина Е.В. Перистальтическое течение патологической желчи при рубцовом стенозе большого дуоденального сосочка // Российский журнал биомеханики. - 2014. - Т. 18, № 4. - С. 441-451.
  • Перетягин М.А., Кучумов А.Г. Исследование течения желчи в желчевыводящих путях с учетом взаимодействия "жидкость - твердое тело" // Математическое моделирование в естественных науках. - 2016. - Т. 1. - С. 524-525.
  • Самарцев В.А., Кучумов А.Г., Няшин Ю.И. Биомеханическое моделирование течения желчи в холедохе при холедохолитиазе в рамках проекта "VIRTUAL PHYSIOLOGICAL HUMAN" // Пермский медицинский журнал. - 2015. - Т. 32, № 4. - С. 51-56.
  • Хайрулин А.Р., Кучумов А.Г., Породиков А.А. Персонализированная модель кровообращения у детей с врождённым пороком сердца для оценки эффективности шунтирования // XII Всерос. съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: сб. тр. - 2019. -С. 240-242.
  • Ahmad U., Fatimi S.H., Naqvi I. Modified Blalock-Taussig shunt: immediate and short-term follow-up results in neonates // Heart Lung Circ. - 2008. - Vol. 17. - P. 54-58.
  • Alsoufi B., Gillespie S., Mori M., Clabby M., Kanter K., Kogon B. Factors affecting death and progression towards next stage following modified Blalock-Taussig shunt in neonates // Eur. J. Cardiothorac. Surg. -2016. - Vol. 50. - 169-77.
  • Amaya R., Cancel L.M., Tarbell J.M. Interaction between the stress phase angle (SPA) and the oscillatory shear index (OSI) affects endothelial cell gene expression. - 2016. - Vol. 11. DOI: 10.1371/journal.pone.0166569
  • Birchall D., Zaman A., Hacker J., Davies G., Mendelow D. Analysis of haemodynamic disturbance in the atherosclerotic carotid artery using computational fluid dynamics // Eur. Radiol. - 2006. - Vol. 16. - P. 10741083.
  • Bove T., Vandekerckhove K., Panzer J., De Groote K., Wolf D., François K. Disease-specific outcome analysis of palliation with the modified Blalock-Taussig shunt // World J. Pediatr. Congenit. Heart Surg. -2015. - Vol. 6. - P. 67-74.
  • Caro C.G. Discovery of the role of wall shear in atherosclerosis // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. -2009. - Vol. 29. - P. 158-161.
  • Ceresnak S.R., Quaegebeur J.M., Pass R.H. The palliative arterial switch procedure for single ventricles: are these patients suitable Fontan candidates? // Ann. Thorac. Surg. - 2008. - Vol. 86(2). - P. 583-587.
  • Chen Z., Yu H., Shi Y., Zhu M., Wang Y., Hu X., Zhang Y., Chang Y., Xu M., Gao W. Vascular remodelling relates to an elevated oscillatory shear index and relative residence time in spontaneously hypertensive rats // Scientific Reports. - 2017. - Vol. 7(1). - P. 1-10.
  • Chittithavorn V., Duangpakdee P., Rergkliang C., Pruekprasert N. Risk factors for in-hospital shunt thrombosis and mortality in patients weighing less than 3 kg with functionally univentricular heart undergoing a modified Blalock-Taussig shunt // Interact. Cardiovasc. Thorac. Surg. - 2017. - Vol. 25(3). - P. 407-413.
  • Corsini C., Migliavacca F., Hsia T., Pennati G. The influence of systemic-to-pulmonary arterial shunts and peripheral vasculatures in univentricular circulations: focus on coronary perfusion and aortic arch hemodynamics through computational multi-domain modeling // J. Biomech. - 2018. - Vol. 79. - P. 97-104.
  • Curzon C.L., Milford-Beland S., Li J.S. Cardiac surgery in infants with low birth weight is associated with increased mortality: analysis of the Society of Thoracic Surgeons Congenital Heart Database // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. - 2008. - Vol. 135. - P. 546 -555.
  • Dave H.H. Modified Blalock-Taussig shunt: simple but unpredictable // Eur. J. Cardiothorac. Surg. -2016. - Vol. 50(1). - P. 178-179.
  • de Leval M.R., McKay R., Jones M., Stark J., Macartney F.J. Modified Blalock-Taussig shunt. Use of subclavian artery orifice as flow regulator in prosthetic systemic-pulmonary artery shunts // Thorac. Cardiovasc. Surg. - 1981. - Vol. 81(1). - P. 112-119.
  • DeCampli W.M., Ricardo Argueta-Morales I., Divo E., Kassab A.J. Computational fluid dynamics in congenital heart disease // Cardiol. Young. - 2012. - Vol. 22(6). - P. 800-808.
  • Driscoll D.J., Michels V.V., Gersony W.M. Occurrence risk for congenital heart defects in relatives of patients with aortic stenosis, pulmonary stenosis, or ventricular septal defect // Circulation. - 1993. -Vol. 87. - P. 114-120.
  • Findlow D., Doyle E. Congenital heart disease in adults // British Journal of Anaesthesia. - 1997. -Vol. 78. - P. 416-430.
  • Gedicke M., Morgan G., Parry A., Martin R., Tulloh R. Risk factors for acute shunt blockage in children after modified Blalock-Taussig shunt operations // Heart Vessels. - 2010. - Vol. 25(5). - P. 405-409.
  • Gold J.P., Violaris K., Engle M.A. A five-year clinical experience with 112 Blalock-Taussig shunts // J. Card. Surg. - 1993. - Vol. 8. - P. 9-17.
  • Hanley F.L., Sade R.M., Blackstone E.H., Kirklin J.W., Freedom R.M., Nanda N.C. Outcomes in neonatal pulmonary atresia with intact ventricular septum. A multiinstitutional study // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. -1993. - Vol. 105. - P. 406 -423.
  • Heresi G.A., Minai O.A., Tonelli A.R., Hammel J.P., Farha S., Parambil J.G., Dweik R.A. Clinical characterization and survival of patients with borderline elevation in pulmonary artery pressure // Pulmonary Circulation. - 2013. - Vol. 3(4). - P. 916-925.
  • Himburg H.A., Grzybowski D.M., Hazel A.L. Spatial comparison between wall shear stress measures and porcine arterial endothelial permeability // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. - 2004. - Vol. 33. - P. 19161922.
  • Kuchumov A.G., Selyaninov A. Application of computational fluid dynamics in biofluids simulation to solve actual surgery tasks // Advances in intelligent systems and computing. - 2020. - Vol. 1018. - P. 576-580.
  • Kuchumov A. Patient-specific bile flow simulation to evaluate cholecystectomy outcome // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - P. 012022.
  • Kuchumov A.G., Nyashin Y.I., Samartsev V.A. Modelling of peristaltic bile flow in the papilla ampoule with stone and in the papillary stenosis case: application to reflux investigation // IFMBE Proceedings 7th WACBE World Congress on Bioengineering. - 2015. - P. 158-161.
  • Kuchumov A. Biomechanical modelling of bile flow in the biliary system // MATEC Web of Conferences. -2018. - Vol. 13. - P. 04004.
  • Kuchumov A., Tuktamyshev V., Kamaltdinov M. Peristaltic flow of lithogenic bile in the Vateri's papilla as non-Newtonian fluid in the finite-length tube: analytical and numerical results for reflux study and optimization // Lekar a Technika. - 2017. - Vol. 47(2). - P. 35-42.
  • Kuchumov A.G., Gilev V., Popov V., Samartsev V., Gavrilov V. Non-Newtonian flow of pathological bile in the biliary system: experimental investigation and CFD simulations // Korea-Australia Rheology Journal. - 2014. - Vol. 26. - P. 81-90.
  • Kuchumov A.G., Nyashin Y.I., Samarcev V.A., Gavrilov V.A. Modelling of the pathological bile flow in the duct with a calculus // Acta of Bioengineering and Biomechanics. - 2013. - Vol. 15(4). - P. 9-17.
  • Li J.S., Yow E., Berezny K.Y. Clinical outcomes of palliative surgery including a systemic-to-pulmonary artery shunt in infants with cyanotic congenital heart disease: does aspirin make a difference? // Circulation. - 2007. - Vol. 116. - P. 293-307.
  • Liu J., Sun Q., Umezu M., Qian Y., Hong H., Du Z. Influence of conduit angles on hemodynamics of modified Blalock-Taussig shunt: Computational analysis of patient-specific virtual procedures // Commun. Comput. Inf. Sci. - 2014. - Vol. 461. - P. 62-71.
  • Liu J., Sun Q., Hong H., Sun Y., Liu J., Qian Y. Medical image-based hemodynamic analysis for modified Blalock-Taussig shunt // J. Mech. Med. Biol. - 2015. - Vol. 15(3). - P. 1-17.
  • Madhavan S., Kemmerling E. The effect of inlet and outlet boundary conditions in image-based CFD modeling of aortic flow // Biomedical Engineering Online. - 2018. - Vol. 17(1). - P. 66-72.
  • Malek A.M., Jackman R., Rosenberg R.D., Izumo S. Endothelial expression of thrombomodulin is reversibly regulated by fluid shear stress // Circ. Res. - 1994. - Vol. 74. - P. 852-860.
  • Malek A.M., Alper S.L., Izumo S. Hemodynamic shear stress and its role in atherosclerosis // JAMA. -1999. - Vol. 282. - P. 2035-2042.
  • McKenzie E.D., Khan M.S., Samayoa A.X. The Blalock-Taussig shunt revisited: a contemporary experience // J. Am. Coll. Surg. - 2013. - Vol. 216(4). - P. 699-704.
  • Morbiducci U., Gallo D., Massai D., Consolo F., Ponzini R., Antiga L., Bignardi C., Deriu M.A., Redaelli A. Outflow conditions for image-based haemodynamic models of the carotid bifurcation. implications for indicators of abnormal flow // J. Biomech. Eng. - 2010. - Vol. 132. - P. 1-11.
  • Moulton A.L., Brenner J.I., Ringel R. Classic versus modified Blalock-Taussig shunts in neonates and infants // Circulation. - 1985. - Vol. 72. - P. 35- 44.
  • Myers J.W., Ghanayem N.S., Cao Y. Outcomes of systemic to pulmonary artery shunts in patients weighing less than 3 kg: analysis of shunt type, size, and surgical approach // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. - 2014. -Vol. 147. - P. 672-677.
  • Papaioannou T.G., Stefanadis C. Vascular wall shear stress: basic principles and methods // Hellenic J. Cardiol. - 2005. - Vol. 46(1). - P. 9-15.
  • Petrucci O., O'Brien S.M., Jacobs M.L., Jacobs J.P., Manning P.B., Eghtesady P. Risk factors for mortality and morbidity after the neonatal Blalock-Taussig shunt procedure // Ann. Thorac. Surg. - 2011. -Vol. 92(2). - P. 642-651.
  • Pinto S.S., Campos J. Numerical study of wall shear stress-based descriptors in the human left coronary artery // Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. - 2016. - Vol. 19(13). -P. 1443-1455.
  • Piskin S., Altin H.F., Yildiz O., Bakir I., Pekkan K. Hemodynamics of patient-specific aorta-pulmonary shunt configurations // J. Biomech. - 2017. - Vol. 50. - Vol. 166-171.
  • Shibata M., Itatani K., Oka N., Yoshii T., Nakamura Y., Kitamura T., Horai T., Miyaji K. Optimal graft size of modified Blalock-Taussig shunt for biventricular circulation in neonates and small infants // Int. Heart J. - 2015. - Vol. 56(5). - P. 533-536.
  • Sugiyama S.I., Niizuma K., Nakayama T., Shimizu H., Endo H., Inoue T., Fujimura M., Ohta M., Takahashi A., Tominaga T. Relative residence time prolongation in intracranial aneurysms: a possible association with atherosclerosis // Neurosurgery. - 2013. - Vol. 73, No. 5. - P. 767-776.
  • Tempe D.K., Virmani S. Coagulation abnormalities in patients with cyanotic congenital heart disease // J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. - 2002. - Vol. 16(6). - P. 752-765.
  • Toloui M., Firoozabadi B., Saidi M.S. A numerical study of the effects of blood rheology and vessel deformability on the hemodynamics of carotid bifurcation // Scientia Iranica B. - 2012. - Vol. 19(1). -P. 119-126.
  • Traub O., Berk B.C. Laminar shear stress: mechanisms by which endothelial cells transduce an atheroprotective force // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. - 1998. - Vol. 18(5). - P. 677-685.
  • Watanabe M., Aoki M., Fujiwara T. Thrombotic occlusion of Blalock- Taussig shunt in a patient with unnoticed protein C deficiency // Gen. Thorac. Cardiovasc. Surg. - 2008. - Vol. 56. - P. 544-546.
  • Williams J.A., Bansal A.K., Kim B.J. Two thousand Blalock-Taussig shunts: a six-decade experience // Ann. Thorac. Surg. - 2007. - Vol. 84. - P. 2070-2075.
  • Zahorec M., Hrubsova Z., Skrak P., Poruban R., Nosal M., Kovacikova L. A comparison of Blalock-Taussig shunts with and without closure of the ductus arteriosus in neonates with pulmonary atresia // Ann. Thorac. Surg. - 2011. - Vol. 92(2). - P. 653-658.
  • Zhang N., Yuan H., Chen X., Liu J., Zhou C., Huang M. Hemodynamic of the patent ductus arteriosus in neonates with modified Blalock-Taussig shunts // Comput. Methods Programs Biomed. - 2020. -Vol. 186. - P. 105223.
  • Zhao X., Liu Y., Ding J., Ren X., Bai F., Zhang M. Hemodynamic effects of the anastomoses in the modified Blalock-Taussig shunt: a numerical study using a 0D/3D coupling method // J. Mech. Med. Biol. - 2015. -Vol. 15(1). - P. 1-19.
  • Zhou T., Wang Y., Liu J., Wang Y., Wang Y., Chen S., Zhou C., Dong N. Pulmonary artery growth after modified Blalock-Taussig shunt: A single center experience // Asian Journal of Surgery. - 2020. - Vol. 43(2). - P. 428-437.
  • Younis H.F., Kaazempur-Mofrad M.R., Chung C., Chan R.C., Kamm R.D. Computational analysis of the effects of exercise on hemodynamics in the carotid bifurcation // Annals of Biomedical Engineering. -2003. - Vol. 31. - P. 995-1006.
  • Wells W.J., Yu R.J., Batra A.S., Monforte H., Sintek C., Starnes V.A. Obstruction in modified Blalock shunts: a quantitative analysis with clinical correlation // Ann. Thorac. Surg. - 2005. - Vol. 79. - P. 2072-2076.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp