В России создали методику моделирования клапанов сердца из тканей животных
Ученые из Университета "Сириус", Пермского политеха и ЮАР разработали метод численного моделирования биопротезов аортального клапана, который учитывает архитектуру волокон створок. Это стало возможным благодаря новой технологии, которая включает в себя методику проведения экспериментальных исследований и определения параметров математических моделей. Об этом сообщает сайт ТАСС.
Согласно словам Алексея Кучумова, соавтора исследования, данная методика является важным шагом в описании поведения биопротезов, созданных из тканей животных, что позволит прогнозировать их долговечность и управление поведением аортального клапана. Результаты работы могут также послужить основой для создания полимерных створок с использованием ротационной 3D-печати.
В ходе исследования образцы свиного перикарда подвергались растяжению в двух направлениях, имитируя нагрузки, возникающие в работающем сердце. Полученные данные были описаны с помощью десяти математических моделей, из которых две оказались наиболее точными, связывая свойства материала с его структурой и учитывая распределение волокон в разных направлениях.
Обе модели продемонстрировали схожие значения клинических показателей, однако различия в расчетах локальных характеристик были значительными. Например, напряжение сдвига на поверхности створок и вихревые структуры в потоке крови варьировались. Модель с распределением волокон в четырех направлениях показала лучшие результаты.
Напряжение сдвига, которое представляет собой силу трения крови о створки, может повредить ткань и ускорить ее износ, если оно слишком высокое или неравномерное. В расчетах наибольшее значение этого показателя наблюдалось в момент закрытия клапана, особенно на краях створок и в местах их крепления к стенке аорты.
Биопротезы аортальных клапанов, изготовленные из тканей животных, в частности свиного перикарда, применяются для лечения сердечных пороков. В отличие от механических, они не требуют постоянного приема разжижающих кровь препаратов, однако со временем биологическая ткань теряет эластичность и может перестать плотно смыкаться.
Компьютерное моделирование позволяет на этапе проектирования оценивать поведение ткани под нагрузкой, движение створок и течение крови. Исследователи подчеркивают, что выбор математической модели критически важен для предсказания долговечности протеза. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology и выполнены при поддержке государственной программы научно-технологического развития федеральной территории "Сириус".
