Zaawansowane technologie monitorowania przepływu krwi mogą okazać się pomocne dla otyłych dzieci
Otyłość u dzieci uważa się za jedno z największych wyzwań naszych czasów. Zgodnie z informacjami zawartymi w Europejskim planie działania na rzecz walki z otyłością u dzieci (2014-2020), w samej Europie w 2010 roku 33 % dzieci w wieku 6-9 lat było otyłych lub miało nadwagę, co stanowi wzrost o 8 % w ciągu zaledwie 2 lat. U dzieci z otyłością większe jest prawdopodobieństwo, że gdy dorosną, nadal będą otyłe, przez co są bardziej narażone na szereg przewlekłych chorób niezakaźnych, prowadzących do przedwczesnej śmierci. Częściej niż u dzieci nieotyłych występuje u nich wysoki poziom cholesterolu we krwi oraz pierwsze objawy chorób układu krążenia. Uważa się, że otyłość wpływa negatywnie na hemodynamikę, która jest ściśle związana z takimi chorobami. Zespół projektu CALLIRHEO, realizowanego przy wsparciu badaczy z programu Działania „Maria Skłodowska-Curie” (MSCA), zastosował metodę wieloskanowego modelowania ciągłego danych 3D, aby po raz pierwszy stworzyć wysoce precyzyjne modele wszystkich tętnic konkretnego pacjenta, począwszy od korzenia aorty aż do tętnicy ramiennej. Pozwoli to uczonym zbadać związek pomiędzy przepływem krwi a markerami choroby układu krążenia. Badacze uczestniczący w projekcie uzyskali, metodą rezonansu magnetycznego z kontrastem, u pacjentów nieotyłych oraz tych z otyłością, także dane dotyczące szybkości przepływu krwi. W wyniku połączenia tych danych z kilkoma metodami obliczeniowej mechaniki płynów powstały spersonalizowane, wieloskalowe modele, które mogą być przydatne w praktyce klinicznej. „Po raz pierwszy badacze spojrzeli na otyłość u dzieci z perspektywy hemodynamiki, używając zaawansowanych metod obliczeniowej mechaniki płynów”, mówi Asimina Kazakidi, stypendystka programu MSCA. „Naukowe znaczenie projektu CALLIRHEO będzie prawdopodobnie bardzo duże, zarówno jeśli chodzi o modelowanie numeryczne, jak i inżynierię biomedyczną”.
Znaczenie hemodynamiki
Kwestię hemodynamiki uważa się za podstawowy czynnik odpowiadający za wczesne powstawanie zmiany miażdżycowej, powodującej zwężenie tętnicy z powodu nagromadzenia się tzw. blaszki miażdżycowej, złożonej z tłuszczu, cholesterolu i wapnia. Blaszka uszkadza ściany tętnicy, zaburzając ich funkcję. Jest to jeden ze pierwszych objawów większości chorób układu krążenia. W projekcie CALLIRHEO wykorzystano metody obliczeniowej mechaniki płynów, ponieważ jedynie one umożliwiały przeprowadzenie symulacji złożonej sieci tętnic konkretnego pacjenta w celu analizy zmian naczyniowych wywołanych otyłością. „Obliczeniowa mechanika płynów to metoda warta uwagi, ponieważ umożliwia określenie ilości zmiennych, które trudno policzyć w ludzkich komórkach. Ten rodzaj modelowania numerycznego obecnie z powodzeniem stosuje się do planowania leczenia i zabiegów chirurgicznych, ponieważ pozwala zwizualizować możliwy rezultat i usprawnia proces podejmowania decyzji”, wyjaśnia Kazakidi. Aby sprawdzić opracowaną przez siebie metodę, zespół przeanalizował około 20 zestawów danych konkretnych pacjentów, uzyskanych ze Szpitala Uniwersyteckiego Królowej Elżbiety w Glasgow w Szkocji. W analizie tej wykazano silny związek pomiędzy charakterem przepływu krwi a markerami choroby układu krążenia. Wyniki przedstawiono na kilku krajowych i międzynarodowych konferencjach oraz w czasopismach naukowych.
Zmniejszanie ryzyka choroby układu krążenia
Chociaż otyłość można scharakteryzować jako chorobę na tle żywieniowym wywoływaną spożywaniem dużych ilości kalorii i tłuszczów, to na jej przyczyny składa się wiele czynników, takich jak np. wybory dokonywane w kwestii ochrony środowiska, kultury oraz sposobu życia. Za sprawą inicjatyw angażujących społeczeństwo, takich jak wizyty w szkołach podstawowych i ośrodkach naukowych, projekt przyczynił się do wzrostu u dzieci i dorosłych świadomości na temat skutków zdrowotnych otyłości, w tym zwiększonego ryzyka choroby układu krążenia. „Badanie to może mieć istotne znaczenie dla społeczeństwa, umożliwiając lepsze zrozumienie wywoływanych otyłością zmian naczyniowych u dzieci, a także dla branży opieki zdrowotnej oraz nauk medycznych przy opracowywaniu nowych metod badawczych”, zauważa Kazakidi. Zespół projektu zajmuje się obecnie nawiązywaniem współpracy z kanadyjskimi i brytyjskimi uniwersytetami, aby uzyskać dostęp do większej ilości danych z przypadków konkretnych pacjentów. To pozwoli członkom zespołu kontynuować proces weryfikacji danego modelu oraz poszerzyć zakres analizy badanych grup o kryterium płci, wieku i wskaźnika BMI.
Słowa kluczowe
CALLIRHEO, otyłość u dzieci, choroba układu krążenia, obliczeniowa mechanika płynów, naczyniowa, hemodynamika, cholesterol, tętnica, modele
