Моделирование критических состояний сердечно-сосудистой системы ребенка с дефектом межжелудочковой перегородки

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки математической модели гемодинамики для пациентов детского возраста с врожденным пороком сердца, способной прогнозировать динамику параметров сердечно-сосудистой системы в процессе онтогенеза. Создание такой модели предоставляет возможность идентификации момента возникновения критических состояний и позволяет осуществлять превентивное планирование лечебных мероприятий, что в конечном итоге направлено на снижение показателей детской смертности. Методология прогнозирования состояния сердечно-сосудистой системы основана на применении многомасштабной по времени 0D модели кровообращения, учитывающей наличие дефекта межжелудочковой перегородки. В качестве входных данных используются клинически измеряемые параметры: давление в полостях левого и правого желудочков, минутные объемы кровотока в малом и большом кругах кровообращения, размер анатомического дефекта, а также возраст, пол и антропометрические показатели пациента. Для решения задачи был разработан квазистационарный подход, в рамках которого параметры модели изменяются в зависимости от возраста пациента в соответствии с экспоненциальными закономерностями. Для калибровки модели достаточно располагать актуальными значениями параметров у конкретного пациента и референсными значениями этих же параметров для усредненного индивида соответствующего пола в другой момент времени. Реализация предложенного метода позволяет оценивать состояние сердечно-сосудистой системы у детей с врожденным пороком сердца на любом этапе возрастного развития. Данная модель интегрируется в систему поддержки врачебных решений для оптимизации сроков хирургической коррекции. На основе прогностического потенциала модели была предложена и исследована методика расчета ключевых параметров гемодинамики. В качестве предикторов наступления критического состояния с заданной точностью предложены следующие критерии: отношение минутного объема кровотока в малом круге кровообращения к минутному объему кровотока в большом круге, а также отношение давления в левом желудочке к давлению в правом желудочке.

1. Кузибаева Н.К. Распространенность врожденных пороков сердца у детей. Лечащий врач. 2021;(9):48–52. https://doi.org/10.51793/OS.2021.24.9.009

2. Фролов С.В., Судаков Д.Е., Коробов А.А. Математическое моделирование пульсирующего сердца с дефектом межжелудочковой перегородки. Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2024;(2):82–101. https://doi.org/10.21685/2227-8486-2024-2-6

3. Мангалова Е.С. Исследование линейных нестационарных систем. Решетневские чтения. 2010;2:401–402.

4. Фролов С.В., Судаков Д.Е., Старых Д.Г. Построение зависимостей изменения параметров организма ребенка от возраста. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2024;12(3). https://doi.org/10.26102/2310-6018/2024.46.3.004

5. Pahuja M., Schrage B., Westermann D., Basir M.B., Garan A.R., Burkhoff D. Hemodynamic Effects of Mechanical Circulatory Support Devices in Ventricular Septal Defect. Circulation Heart Failure. 2019;12(7). https://doi.org/10.1161/CIRCHEARTFAILURE.119.005981

6. Kaiser R., Liu D., Arias-Loza P., Hu K., Grotemeyer K., Nordbeck P. Right Ventricular Pressure Overload Directly Affects Left Ventricular Torsion Mechanics in Patients with Precapillary Pulmonary Hypertension. PLoS ONE. 2020;15(5). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0232544

7. Sjöberg P., Stephensen S., Arheden H., Heiberg E., Carlsson M. Patients with Volume-Loaded Right Ventricle – Quantification of Left Ventricular Hemodynamic Response to Intervention Measured by Noninvasive Pressure-Volume Loops. Frontiers in Physiology. 2023;14. https://doi.org/10.3389/fphys.2023.1291119

8. Sabry A.F., Reller M.D., Silberbach M., Rice M.J., Sahn D.J. Comparison of Four Doppler Echocardiographic Methods for Calculating Pulmonary-to-Systemic Shunt Flow Ratios in Patients with Ventricular Septal Defect. The American Journal of Cardiology. 1995;75(8):611–614. https://doi.org/10.1016/s0002-9149(99)80627-4

9. Garg A., Shrivastava S., Radhakrishanan S., Dev V., Saxena A. Doppler Assessment of Interventricular Pressure Gradient Across Isolated Ventricular Septal Defect. Clinical Cardiology. 1990;13(10):717–721. https://doi.org/10.1002/clc.4960131009

10. Ковалев С.А., Быков С.Э. Анализ результатов хирургического лечения дефектов межжелудочковой перегородки в различных возрастных группах. Грудная и сердечно-сосудистая хирургия. 2016;58(5):275–280.