Анатомический механизм формирования гидродинамических условий организации потоков крови в полостях сердца
https://doi.org/10.24884/1682-6655-2023-22-4-4-10
Аннотация
Изучение закономерностей организации гемодинамических условий в полостях сердца является трудным вопросом, так как данный орган имеет сложную геометрическую конфигурацию и применение классических теорий гидродинамики приводит к значительным противоречиям, являющимся объектом дискуссий. В настоящее время исследователи склоняются к вихревой (смерчеообразной) организации движения потоков крови в сердце. Под вихревой организацией понимают структуру течения с круговым или закрученным перемещением крови вокруг виртуальной центральной оси, что обеспечивает ей способность накапливать кинетическую энергию (КЭ) во время закручивания. При этом закрученное движение крови следует отличать от турбулентного, для которого характерно хаотическое движение вихрей разных величин и диссипация КЭ. Целью настоящего обзора является обобщение результатов и выводов исследований, посвященных анатомическому механизму формирования условий организации закрученного движения потоков крови в левом желудочке (ЛЖ), а также клиническая оценка и способы исследования закрученных потоков у пациентов.
Об авторах
В. Е. Милюков
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
Милюков Владимир Ефимович – д-р. мед. наук, профессор, исполняющий обязанности зав. кафедрой топографической анатомии и оперативной хирургии
117997, Москва, ул. Островитянова, д. 1
В. А. Брюханов
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова» Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет)
Россия
Россия
Брюханов Валерий Александрович – студент института клинической медицины им. Н. В. Склифосовского
119991, Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2
К. К. Нгуен
Уиверситет им. Йерсена
Вьетнам
Вьетнам
Нгуен Као Кыонг – канд. мед. наук, декан факультета фармако-медсестринского дела
г. Далат, ул. Тон Тхат Тунг, д. 27
Список литературы
1. Гатаулин Я.А., Смирнов Е.М., Молочников В.М., Михеев А.Н. Структура трехмерного течения с локальной турбулентностью в области разветвления канала круглого сечения // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Сер.: Физико-математические науки. – 2022. – Т. 15, № 4. – С. 81–94.
2. Parker LP, Svensson Marcial A, Brismar TB, Broman LM, Prahl Wittberg L. Computational Fluid Dynamics of the Right Atrium: A Comparison of Modeling Approaches in a Range of Flow Conditions. ASME J of Medical Diagnostics. 2022;5(3):031108. Doi: 10.1115/1.4054526.
3. Saqr KM, Tupin S, Rashad S et al. Physiologic blood flow is turbulent. Sci Rep. 2020;10(1):15492. Doi: 10.1038/s41598-020-72309-8.
4. The Hydrodynamics of a Swirling Blood Flow in the Left Heart and Aorta / Agafonov AV, Talygin EA, Bockeria LA, Gorodkov AYu. Acta Naturae. 2021;13(4):4-16. Doi: 10.32607/actanaturae.11439.
5. Kilner P, Yang GZ, Wilkes A et al. Asymmetric redirection of flow through the heart. Nature. 2000;404(6779):759-776. Doi: 10.1038/35008075.
6. Kheradvar A, Pedrizzetti G. Vortex formation in the heart. Vortex formation in the cardiovascular system. London, Springer. 2012:45-53. Doi: 10.1007/978-1-4471-2288-3_3.
7. Mele D, Smarrazzo V, Pedrizzetti G et al. Intracardiac Flow Analysis: Techniques and Potential Clinical Applications. J Am Soc Echocardiogr. 2019;32(3):319-332. Doi: 10. 1016/j.echo.2018.10.018.
8. Baysan O, Ocakli EP, Saglam Ya, Altuner TK. Advances in echocardiography: global longitudinal strain, intra-cardiac multidirectional flow imaging and automated 3d volume analysis. Heart, Vessels and Transplantation. 2018;2(4):113-122. Doi: 10.24969/hvt.2018.83.
9. Sperlongano S, D’Andrea A, Mele D et al. Left Ventricular Deformation and Vortex Analysis in Heart Failure: From Ultrasound Technique to Current Clinical Application. Diagnostics (Basel). 2021;11(5):892. Doi: 10.3390/diagnostics11050892.
10. Pedrizzetti G, La Canna G, Alfieri O, Tonti G. The vortex--an early predictor of cardiovascular outcome? Nat Rev Cardiol. 2014;11(9):545-553. Doi: 10.1038/nrcardio.2014.75.
11. Rodríguez Muñoz D, Moya Mur JL, Fernández-Golfín C et al. Left ventricular vortices as observed by vector flow mapping: main determinants and their relation to left ventricular filling. Echocardiography. 2015;32(1):96-105. Doi: 10.1111/echo.12584.
12. Vedula V, Seo JH, Lardo AC, Mittal R. Effect of trabeculae and papillary muscles on the hemodynamics of the left ventricle. Theor Comput Fluid Dyn. 2016;30:3-21. Doi: 10.1007/s00162-015-0349-6.
13. Sacco F, Paun B, Lehmkuhl O et al. Left Ventricular Trabeculations Decrease the Wall Shear Stress and Increase the Intra-Ventricular Pressure Drop in CFD Simulations. Front Physiol. 2018;9:458. Doi: 10.3389/fphys.2018.00458.
14. Paun B, Bijnens B, Butakoff C. Relationship between the left ventricular size and the amount of trabeculations. Int J Numer Method Biomed Eng. 2018;34(3). Doi: 10.1002/cnm. 2939.
15. Yamada T, Hayase T, Miyauchi S et al. Numerical analysis of the effect of trabeculae carneae models on blood flow in a left ventricle model constructed from magnetic resonance images. JBSE. 2018;13(2):00517-00597. Doi: 10.1299/jbse.17-00597.
16. Miyauchi S, Hosoi K et al. Numerical analysis of hemodynamic changes and blood stagnation in the left ventricle by internal structures and torsional motion. AIP Advances. 2023;13(4):045105. Doi: 10.1063/5.0143833.
17. Föll D, Taeger S, Bode C, Jung B, Markl M. Age, gender, blood pressure, and ventricular geometry influence normal 3D blood flow characteristics in the left heart. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 2013;14(4):366-373. Doi: 10.1093/ehjci/jes196.
18. Chan JSK, Lau DHH, Fan Y, Lee AP. Age-Related Changes in Left Ventricular Vortex Formation and Flow Energetics. J Clin Med. 2021;10(16):3619. Doi: 10.3390/jcm 10163619.
19. Rutkowski DR, Barton GP, François CJ, Aggarwal N, Roldán-Alzate A. Sex Differences in Cardiac Flow Dynamics of Healthy Volunteers. Radiol Cardiothorac Imaging. 2020; 2(1):e190058. Doi: 10.1148/ryct.2020190058.
20. Fiorencis A, Pepe M, Smarrazzo V et al. Noninvasive Evaluation of Intraventricular Flow Dynamics by the HyperDoppler Technique: First Application to Normal Subjects, Athletes, and Patients with Heart Failure. J Clin Med. 2022; 11(8):2216. Doi: 10.3390/jcm11082216.
21. Elliott P, Andersson B, Arbustini E et al. Classification of the cardiomyopathies: a position statement from the European Society of Cardiology Working Group on Myocardial and Pericardial Diseases. Eur Heart J. 2008;29:270-276. Doi: 10. 1093/eurheartj/ehm342.
22. Mangual JO, Kraigher-Krainer E, De Luca A et al. Comparative numerical study on left ventricular fluid dynamics after dilated cardiomyopathy. J Biomech. 2013;46(10):16111617. Doi: 10.1016/j.jbiomech.2013.04.012.
23. Bermejo J, Benito Y, Alhama M et al. Intraventricular vortex properties in nonischemic dilated cardiomyopathy. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2014;306(5):H718-H729. Doi: 10.1152/ajpheart.00697.2013.
24. Nabeta T, Itatani K, Miyaji K, Ako J. Vortex flow energy loss reflects therapeutic effect in dilated cardiomyopathy. Eur Heart J. 2015;36(11):637. Doi: 10.1093/eurheartj/ehu394.
25. Глазкова Е.Ю., Дарий О.Ю., Александрова С.А. и др. 4D flow МРТ в оценке диастолического кровотока в левом желудочке у пациентов с гипертрофической кардиомиопатией // Мед. визуализация. – 2019. – Т. 23, № 4. – С. 42–49.
26. Demirkiran A, Hassell MECJ, Garg P et al. Left ventricular four-dimensional blood flow distribution, energetics, and vorticity in chronic myocardial infarction patients with/without left ventricular thrombus. Eur J Radiol. 2022;150:110233. Doi: 10.1016/j.ejrad.2022.110233.
27. Agati L, Cimino S, Tonti G et al. Quantitative analysis of intraventricular blood flow dynamics by echocardiographic particle image velocimetry in patients with acute myocardial infarction at different stages of left ventricular dysfunction. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 2014;15(11):1203-1212. Doi: 10.1093/ehjci/jeu106.
28. Son JW, Park WJ, Choi JH et al. Abnormal left ventricular vortex flow patterns in association with left ventricular apical thrombus formation in patients with anterior myocardial infarction: a quantitative analysis by contrast echocardiography. Circ J. 2012;76(11):2640-2646. Doi: 10.1253/circj.cj-12-0360.
29. Arvidsson PM, Kovács SJ, Töger J et al. The shape of the healthy heart is optimized for vortex ring formation. J Cardiovasc Magn Reson. 2016;18(1):O23. Doi: 10.1186/1532-429X18-S1-O23.
30. Sarashina-Motoi M, Iwano H, Motoi K et al. Functional significance of intra-left ventricular vortices on energy efficiency in normal, dilated, and hypertrophied hearts. J Clin Ultrasound. 2021;49(4):358-367. Doi: 10.1002/jcu.22938.
31. Chan JSK, Lau DHH, Fan Y, Lee AP. Fragmented Vortex in Heart Failure With Reduced Ejection Fraction: A Prospective Vector Flow Mapping Study. Ultrasound Med Biol. 2023;49(4):982-988. Doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2022.12.001.
32. Suwa K, Saitoh T, Takehara Y et al. Intra-left ventricular flow dynamics in patients with preserved and impaired left ventricular function: Analysis with 3D cine phase contrast MRI (4D-flow). J Magn Reson Imaging. 2016;44(6):1493-1503. Doi: 10.1002/jmri.25315.
33. Carlhäll CJ, Bolger A. Passing strange: flow in the failing ventricle. Circ Heart Fail. 2010;3(2):326-331. Doi: 10.1161/CIRCHEARTFAILURE.109.911867.
34. Kim IC, Hong GR, Pedrizzetti G, Shim CY, Kang SM, Chung N. Usefulness of Left Ventricular Vortex Flow Analysis for Predicting Clinical Outcomes in Patients with Chronic Heart Failure: A Quantitative Vorticity Imaging Study Using Contrast Echocardiography. Ultrasound Med Biol. 2018;44(9):1951-1959. Doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2018.05.015.
35. Faludi R, Szulik M, D’hooge J et al. Left ventricular flow patterns in healthy subjects and patients with prosthetic mitral valves: an in vivo study using echocardiographic particle image velocimetry. J Thorac Cardiovasc Surg. 2010;139(6): 1501-1510. Doi: 10.1016/j.jtcvs.2009.07.060.
36. Nakashima K, Itatani K, Kitamura T et al. Energy dynamics of the intraventricular vortex after mitral valve surgery. Heart Vessels. 2017;32(9):1123-1129. Doi: 10.1007/s00380017-0967-6.
37. Gooden SC, Hatoum H, Boudoulas KD, Vannan MA, Dasi LP. Effects of MitraClip Therapy on Mitral Flow Patterns and Vortex Formation: An In Vitro Study. Ann Biomed Eng. 2022;50(6):680-690. Doi: 10.1007/s10439-022-02944-x.
38. Marchese P, Cantinotti M, Van den Eynde J et al. Left ventricular vortex analysis by high-frame rate blood speckle tracking echocardiography in healthy children and in congenital heart disease. Int J Cardiol Heart Vasc. 2021;37:100897. Doi: 10.1016/j.ijcha.2021.100897.
39. Li Y, Shi G, Du J, Wang J, Bian P. Analysis and preparation of rotational flow mechanism of artificial blood vessel with spiral folds on inner wall. Biomech Model Mechanobiol. 2019;18(2):411-423. Doi: 10.1007/s10237-018-1092-x.
40. Kim I-C, Hong G-R. Intraventricular Flow: More than Pretty Pictures. Heart failure clinics. 2019;15(2):257-265. Doi: 10.1016/j.hfc.2018.12.005.
41. Suwa K, Saitoh T, Takehara Ya et al. Characteristics of intra-left atrial flow dynamics and factors affecting formation of the vortex flow – analysis with phase-resolved 3-dimensional cine phase contrast magnetic resonance imaging. Circulation journal: official journal of the Japanese Circulation Society. 2015;79(1):144-152. Doi: 10.1253/circj.CJ-14-0562.
42. Elbaz MS, Calkoen EE, Westenberg JJ, Lelieveldt BP, Roest AA, van der Geest RJ. Vortex flow during early and late left ventricular filling in normal subjects: quantitative characterization using retrospectively-gated 4D flow cardiovascular magnetic resonance and three-dimensional vortex core analysis. J Cardiovasc Magn Reson. 2014;16(1):78. Doi: 10.1186/s12968-014-0078-9.
Рецензия
Для цитирования:
Милюков В.Е., Брюханов В.А., Нгуен К.К. Анатомический механизм формирования гидродинамических условий организации потоков крови в полостях сердца. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2023;22(4):4-10. https://doi.org/10.24884/1682-6655-2023-22-4-4-10
For citation:
Milyukov V.E., Bryukhanov V.A., Nguyen K.K. Anatomical mechanism for forming hydrodynamic conditions of the blood flow organization in heart cavities. Regional blood circulation and microcirculation. 2023;22(4):4-10. (In Russ.) https://doi.org/10.24884/1682-6655-2023-22-4-4-10
Просмотров:
442
Послать статью по эл. почте 
