Метод оценки нарушений фетального кровотока при синдроме ограничения роста плода с помощью вычислительного компьютерного моделирования

ВВЕДЕНИЕ 3
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПЕРИНАТОЛОГИИ 5
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 14
ЛИТЕРАТУРА 15
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 15

Весь текст будет доступен после покупки

Кровеносная система плода, несущая важные функции по обеспечению его развития, имеет свои особенности, отличающиеся от системы взрослого человека. В частности, она служит источником кислорода и питательных веществ для плода. Связь между кровообращением и развитием плода тесна: нарушения в этой системе могут нарушить обмен газов и питательных веществ, а также спровоцировать структурные аномалии сердца и сосудов за счет изменения нагрузки на сердце. Синдром ограничения роста плода, который проявляется в 3-7% случаев беременности, может возникнуть из-за нарушений поступления кислорода через плаценту, что ведет к нарушениям в кровообращении плода и недостаточной доставке питательных веществ к различным его частям.
Основная часть наших знаний о фетальном кровообращении млекопитающих базируется на инвазивных экспериментах, проведенных на плодах крупных животных и опубликованных в начале XX века. Современные методы, такие как ультразвуковое исследование и магнитно-резонансная томография, позволяют проводить более оперативную клиническую оценку гемодинамики и морфологии сосудов плода. Однако у них есть свои ограничения, такие как недостаточное пространственно-временное разрешение и ограниченные прогностические возможности.
В некоторых исследованиях удалось выявить взаимосвязь между незначительными изменениями плацентарного кровотока и увеличенным риском неонатальной патологии, а также задержкой нервно-психического развития у детей.
Компьютерное моделирование, в сочетании с данными, полученными в результате математического моделирования, дополняет клинические измерения, что позволяет более глубоко понять патофизиологию заболевания и оптимизировать клиническую помощь. Моделирование кровотока позволяет исследовать различные вариации параметров в виртуальной среде, начиная от диаметров сосудов до соединений потоков и углов имплантации. Учитывая сложность геометрии и деликатную природу исследований кровообращения у плода, их выигрыш от вычислительного моделирования, будь то прогностического или исследовательского характера, может быть особенно значительным. Применение упрощенных вычислительных моделей, включающих идеализированные или уменьшенные модели сосудов, уже привело к более глубокому пониманию фетальных заболеваний.

Весь текст будет доступен после покупки

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПЕРИНАТОЛОГИИ
Изучение осложнений гестационного процесса сегодня в значительной мере опирается на методы вычислительного моделирования, которые предоставляют возможность анализа динамического взаимодействия различных факторов, влияющих на развитие плацентарной дисфункции. В последние десятилетия наблюдается значительный прогресс в этой области, который обусловлен, в частности, применением вычислительных методов для оценки состояния сосудистой системы в контексте беременности. Новые подходы к визуализации процессов, происходящих в организме плода, существенно расширяют наши возможности в создании многомасштабных моделей, включающих в себя как матку и плаценту, так и организмы матери и плода в целом. Многомасштабность таких моделей предоставляет новые перспективы для понимания патологических процессов, происходящих во время беременности, а также определяет те области, где различные научные дисциплины могут объединиться с помощью вычислительных подходов.
Один из важных вкладов вычислительного моделирования в изучение осложнений гестационного процесса состоит в интерпретации клинических данных допплерометрии, полученных при анализе кровотока в системе мать-плацента-плод на различных уровнях. Большинство математических моделей, связанных с кровотоком в маточной артерии, основаны на теории передачи волн, представляющей сосуды как пару резисторов и аналогично генерирующей "волны", как в контуре переменного электрического тока. Это позволяет нам трактовать модели в контексте кровотока через различные сети кровеносных сосудов.
Первоначальные вычислительные модели, разработанные в последние десятилетия прошлого века, показали первые существенные структурные изменения в спиральных артериях. Эти изменения, сопровождаемые повышением сопротивления в нисходящих потоках в маточных артериях и порождением высоких пульсовых индексов и выемки, были рассмотрены исследователями как характеристика патологических процессов, связанных с неадекватной перестройкой спиральных артерий. Однако ранние математические модели упрощали анатомию маточного кровотока, объединяя все его компоненты в единый импеданс, что не отражало всей сложности васкулярной анатомии матки.
С учетом идеи о необходимости учета точной анатомии кровеносных сосудов матки в математических моделях кровотока, исследователи отказались от теории передачи волн и предложили применение линейного уравнения Навье-Стокса для прогнозирования формы допплерометрических волн. Этот подход позволил учесть анатомические особенности маточного кровотока и показать, что высокая резистентность спиральных артерий не является первопричиной изменений в допплерометрических волнах. Кроме того, возникли идеи о том, что патологически измененные допплерометрические волны кровотока маточной артерии скорее всего связаны с плохой адаптацией других маточных сосудов, имеющих повышенный мышечный тонус по сравнению с нормальными сосудами. Это акцент на анатомических деталях привел к созданию одной из самых полных математических моделей сети сосудов матки, включающей все возможные структуры и артериовенозные анастомозы.
До завершения второго триместра беременности плацента продолжает свой рост, формируя новые ворсины, что приводит к увеличению ее общего объема и поверхности, что в свою очередь повышает ее потенциал для обмена веществ. В это же время кровеносные сосуды внутри ворсинок развиваются поэтапно. В течение первых 7 недель беременности происходит васкулогенез, при котором из примитивных эндотелиальных трубок, находящихся внутри существующих ворсинчатых структур, формируются новые сосуды. Эта васкулярная сеть постепенно расширяется благодаря разветвленному ангиогенезу, который доминирует с 6 до 24 недель беременности. В плаценте при СОРП наблюдаются заметные различия между ворсинчатой и васкулярной архитектурой: она обычно меньше по размерам, с редукцией ветвления ворсинок, снижением их плотности, а также уменьшением ветвления крупных хориальных сосудов и капиллярных петель в терминальных ворсинах. Эти анатомические изменения сопровождаются снижением обменного потенциала.
Сердечная функция плода, по всеобщему и очевидному мнению, является чувствительным индикатором различных патологических процессов, включая СОРП, когда сердечная мышца плода подвергается серьезным морфологическим и функциональным изменениям. Исследования показали, что развитие сердца плода может значительно зависеть от патологических процессов, которые повышают плацентарное сопротивление, и, наоборот, плацента может подвергаться серьезным изменениям при наличии сердечной патологии у плода.
Последние исследования также подтвердили, что для наилучшей интерпретации допплерометрических волн сосудов матки и понимания патофизиологии гестационных осложнений необходимо обращать внимание не только на спиральные артерии, но и на всю сосудистую систему. Кроме того, при математическом моделировании маточно-плацентарной гемодинамики важно учитывать, что кровоток в этой системе является частью общего кровотока беременной женщины.
Среди широко используемых маркеров здоровья фето-плацентарной системы включаются допплерометрические показатели пупочной артерии. Как и в случае с маточной артерией, исследование кровотока в пупочной артерии может предоставить нам косвенные данные о степени сосудистого сопротивления в плаценте.
Однако до сих пор остается неразрешенной проблема функционального взаимодействия различных компонентов плацентарного кровообращения при различных степенях его нарушения.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Boss A. L., Chamley L. W., James J. L. Placental formation in early pregnancy: how is the centre of the placenta made? // Hum Reprod Update. -- 2018. -- Nov 1. -- T. 24, № 6. -- C. 750-760.
2. Burton G. J., Jauniaux E. Pathophysiology of placental-derived fetal growth restriction // Am J Obstet Gynecol.-- 2018. -- Feb. -- T. 218, № 2s. -- C. S745-s761.
3. Burton G. J., Redman C. W., Roberts J. M. et. al. Pre-eclampsia: pathophysiology and clinical implications //BMJ. -- 2019. -- Jul 15. -- T. 366. -- C. l2381.
4. Carson J., Lewis M., Rassi D. et. al. A data-driven model to study utero-ovarian blood flow physiology during pregnancy // Biomech Model Mechanobiol. -- 2019. -- Aug. -- T. 18, № 4. -- C. 1155-1176.
5. Carson J., Warrander L., Johnstone E. et. al. Personalising cardiovascular network models in pregnancy: A two -tiered parameter estimation approach // Int J Numer Method Biomed Eng. -- 2019. -- Dec 4. -- C. e3267.
6. Clark A. R., James J. L., Stevenson G. N. et. al. Understanding abnormal uterine artery Doppler waveforms: A novel computational model to explore potential causes within the utero-placental vasculature // Placenta. --2018. -- Jun. -- T. 66. -- C. 74-81.
7. Huppertz B. The Critical Role of Abnormal Trophoblast Development in the Etiology of Preeclampsia // Curr Pharm Biotechnol. -- 2018. -- T. 19, № 10. -- C. 771-780.
8. Mirbod P. Analytical model of the feto-placental vascular system: consideration of placental oxygen transport // R Soc Open Sci. -- 2018. -- Apr. -- T. 5, № 4. -- C. 180219.
9. Plitman Mayo R. Advances in Human Placental Biomechanics // Comput Struct Biotechnol J. -- 2018. -- T. 16.-- C. 298-306.
10. Ratiu D., Hide-Moser K., Morgenstern B. et. al. Doppler Indices and Notching Assessment of Uterine Artery Between the 19th and 22nd Week of Pregnancy in the Prediction of Pregnancy Outcome // In Vivo. -- 2019. --Nov-Dec. -- T. 33, № 6. -- C. 2199-2204.

Весь текст будет доступен после покупки