Mô phỏng số về việc tái cấu trúc động mạch trong các mảnh ghép phổi tự thân

Thủ thuật Ross là một phương pháp phẫu thuật trong đó van động mạch chủ bị bệnh được thay thế bằng van phổi của chính người bệnh. Phân đoạn gần của động mạch phổi do đó được đặt ở vị trí động mạch chủ và do đó đột ngột bị phơi bày trước sự gia tăng áp lực máu gấp bảy lần. Dãn nở quá mức của mảnh ghép tự thân từ động mạch phổi là một biến chứng phổ biến và đã gây ra sự quan tâm về sự thích ứng cơ học sinh học trong những tình huống như vậy. Mô hình toán học về sự tăng trưởng và tái cấu trúc là một phương pháp thích hợp để cải thiện những hiểu biết về hiện tượng này.

Chúng tôi đã giới thiệu một thuật toán mô hình hóa sự phân hủy và lắng đọng liên tục của ma trận ngoại bào trong một động mạch theo thuyết hỗn hợp có ràng buộc. Để tính toán những biến đổi theo thời gian của khối lượng collagen và elastin, cũng như suy ra các tính chất cơ học liên quan của động mạch đã tái cấu trúc, chúng tôi đã phân tách thời gian và xác định một số lượng hữu hạn các nhóm cho mỗi gia đình sợi collagen. Tốc độ phân hủy và sản xuất của mỗi nhóm được trung gian hóa bởi sự chênh lệch giữa căng thẳng môi trường và căng thẳng cân bằng trong mỗi nhóm sợi.

Chúng tôi đã áp dụng thuật toán này để dự đoán sự thích ứng của một mảnh ghép tự thân từ động mạch phổi trong một khoảng thời gian dài và so sánh kết quả với dữ liệu thực nghiệm thu được trên cừu. Chúng tôi đã có thể tái tạo nhất quán các hiệu ứng tái cấu trúc được quan sát thực nghiệm như dãn nở và chậm trễ trong việc thu hút sợi collagen. Các mô phỏng của chúng tôi đã tiết lộ cách mà elastin hấp thụ áp lực quá mức tại các vùng mô bị kéo dài quá mức.

Cuối cùng, thuật toán mang lại những kết quả rất hứa hẹn liên quan đến sự thích ứng của mảnh ghép tự thân trong các điều kiện kéo dài quá mức. Công việc tương lai sẽ tập trung vào các tình huống thích ứng mạch máu khác mà trong đó các biến dạng liên quan đến sự tăng trưởng sẽ được xem xét.