Weronika Kurowska-Nouyrigat

Modelowanie przepływu krwi przez naczynie wieńcowe ze stentem

Abstract:

Jedną z popularnych metod leczenia arteriosklerozy jest angioplastyka i implantacja stentów (na świecie wykonuje się około l mln takich interwencji rocznie). Niestety wokoło 20-30% przypadków wprowadzeniu stentu towarzyszy powikłanie polegające na przeroście śródbłonka, a w konsekwencji powtórne przewężenie naczynia. Zjawisko to zwane jest restenozą i następuje zazwyczaj w okresie 3-6 miesięcy po implantacji stentu. Restenoza jest zjawiskiem złożonym i nie do końca poznanym, wiadomo jednak, że czynniki jej sprzyjające to:

• mechaniczne uszkodzenie śródbłonka przez stent,
• interakcje pomiędzy składnikami krwi a stentem,
• stymulacja śródbłonka przez niskie naprężenia ścinające na ściankach naczynia.

Podstawowym celem pracy było opracowanie modelu numerycznego umożliwiającego przeprowadzenie symulacji komputerowej procesu patologicznego rozrostu komórek wyściełających ścianę naczynia wieńcowego z wszcze­pionym stentem. W modelu tym uwzględniono jedynie czynniki przepływowe, tj. przyjęto, że głównym (w modelu - de facto jedynym) stymulatorem wzrostu komórek śródbłonka są niskie (poniżej 1,5 Pa) wartości naprężeń stycznych na powierzchni ściany naczynia.

Opracowano procedurę symulacyjną bazującą na wykorzystaniu pakietu do obliczeń przepływowych Fluent.

Skonstruowano realistyczny model geometryczny naczynia wieńcowego z wszczepionym stentem. W pierwszym etapie badań określono odpowiednią gęstość siatki obliczeniowej, a także upewniono się co do stosowalności modelu cieczy newtonowskiej. Następnie zaproponowano i przetestowano dwa sposoby powiązania wielkości przyrostu grubości war­stwy śródbłonka ze zmiennym w czasie rozkładem powierzchniowym naprężeń stycznych. Skuteczny obliczeniowo okazał się model oparty na powiązaniu zmian grubości z uśrednionymi w czasie rozkładami naprężeń na ścianie naczy­nia wieńcowego. Przy użyciu tego modelu przeprowadzono symulację rozwoju restenozy na odcinku naczynia wieńco­wego ukształtowanym tak, aby symulował obecność wszczepionego stentu. Uzyskano realistyczny obraz zwężenia na­czynia w wyniku wtórnego wzrostu grubości tkanki wyściełającej. Wykonano również obliczenie rozkładu pola inten­sywności ścinania w przepływie przez zwężone naczynie, określając położenie rejonów, w których intensywność ścina­nia osiąga wartości odpowiadające progowi aktywacji płytek krwi, tj. inicjuje proces krzepnięcia. Wyniki te wskazują na to, że postępującemu procesowi rozwoju restenozy może w zaawansowanej fazie towarzyszyć również zjawisko powstawania skrzeplin.