Symulowanie mechaniki serca
Choroby sercowo-naczyniowe są główną przyczyną zgonów na całym świecie. Zawał mięśnia sercowego (MI), popularnie zwany zawałem lub atakiem serca, będący jedną z głównych przyczyn chorób układu krążenia, powoduje często nieodwracalną martwicę mięśnia sercowego ze względu na brak dopływu krwi. W finansowanym przez UE projekcie COMPCARDMECH (Computational tools for cardiac mechanics) wykorzystano modelowanie teoretyczne w połączeniu z nowymi metodami obrazowania i nowoczesnymi narzędziami symulacyjnymi, aby zapewnić lepszy wgląd w chorobę serca. Ostatecznym założeniem projektu było zaprojektowanie nowych skutecznych strategii w leczeniu chorób. Badacze opracowali narzędzia obliczeniowe, w tym ramy symulacji mechaniki serca. Stosując obrazy rezonansu magnetycznego pacjentów, naukowcy podzielili komory serca i utworzyli spersonalizowane modele. Do śledzenia ruchu oraz odkształcenia serca wykorzystano mapy orientacji syntetycznych włókien i arkuszy mięśniowych. Dzięki temu połączono dane anatomiczne, dane o obciążeniu i żywotności. Ramy te zostały w pierwszej kolejności zastosowane do uzyskania typowych właściwości mechanicznych ludzkiego mięśnia sercowego w krzywych skurczowych i rozkurczowych. Dzięki temu utworzono mapy normalnego ludzkiego stresu mięśnia sercowego, które można później wykorzystać w optymalizacji leczenia chorób serca in silico. Następnie naukowcy zastosowali przewód rurkowy u pacjentów cierpiących na zapalenie mięśnia sercowego, określając w ten sposób charakterystykę mechaniki komorowej w obszarach zawału mięśnia sercowego oraz obszarach granicznych. Podobne modele komór sercowych zostały użyte do analizy wpływu podania biopolimeru. Kolejne ramy zostały zastosowane do modelowania rozwoju serca i przemodelowania pod ciśnieniem lub naprężeniem resztkowym, sugerując, że naprężenie resztkowe miało korzystny wpływ na funkcję rozkurczową. Ten sam model wzrostu odtworzył główne funkcje hipertrofii serca spowodowanej nadciśnieniem systemowym, rozszerzając dalej jego pierwotne zastosowanie. Znaczenie predykcyjne narzędzi COMPCARDMECH in silico wskazuje na możliwość uzyskania spersonalizowanych informacji ilościowych dotyczących serc pacjentów oraz odpowiednich wytycznych dla przyszłej terapii.
Słowa kluczowe
Mechanika serca, choroba sercowo-naczyniowa, zapalenie mięśnia sercowego, narzędzie obliczeniowe, model
