О влиянии установки внутрисосудистого стента в бифуркацию коронарной артерии со стенозом на перераспределение в ней кровотока: эксперимент и моделирование

Ишемическая болезнь сердца является широко распространенной причиной смерти и инвалидизации в популяции. Стентирование коронарных артерий представляет собой один из наиболее распространенных способов устранения причины ишемии – стенозов коронарных артерий. В результате установки стента, как правило, происходит изменение угла сосудистой бифуркации, а также перераспределение объемного кровотока в системе коронарных артерий. Учитывая высокую вариабельность ветвистой ангиоархитектоники этих артерий, а также структуры их окружения, задача о предсказании конкретного перераспределения кровотока в этих артериях остается до сих пор не решенной; основными способами ее реализации является вычислительная и экспериментальная гемодинамика.
Материал и методы. В данной работе в экспериментальном подходе исследовано влияние установки стента в модель стеноза коронарных артерий и выполнен анализ современного уровня осведомленности научного сообщества в этом вопросе.
Результаты и их обсуждение. В ходе эксперимента показано, что пропускная способность модели увеличивается на 14 % по сравнению с моделью со стенозом, а перераспределение потоков в модели зависит не от диаметров, а от анатомии конкретной сосудистой сети. Данные проведенного математического моделирования в целом согласуются с результатами эксперимента до установки стента, когда коронарное дерево состоит из нескольких несущих ветвей, однако имеют количественные различия для дистальных ветвей модели коронарных артерий при наличии установленного стента.
Заключение. Результаты работы могут быть использованы для накопления экспериментального массива данных о перестройке кровотока при ангиопластике и для верификации численной гемодинамики коронарных артерий при виртуальной установке в них стента для разрешения стеноза.

1. Mozaffarian D., Benjamin E.J., Go A.S., Arnett D.K., Blaha M.J., Cushman M., de Ferranti S., Després J.P., Fullerton H.J., Howard V.J., … American Heart Association Statistics Committee and Stroke Statistics Subcommittee. Heart disease and stroke statistics – 2015 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 2015;131(4):e29–322. doi: 10.1161/CIR.0000000000000152

2. Liu X., Wang M., Zhang N., Fan Z., Fan Y., Deng X. Effects of endothelium, stent design and deployment on the nitric oxide transport in stented artery: a potential role in stent restenosis and thrombosis. Med. Biol. Eng. Comput. 2015;53(5):427–439. doi: 10.1007/s11517-015-1250-6

3. Botas J. Bifurcation lesions: the last great frontier for coronary interventions. Rev. Esp. Cardiol. 2008;61(9):911–913. doi: doi: 10.1016/S1885-5857(08)60249-2

4. Eshtehardi P., McDaniel M.C., Suo J., Dhawan S.S., Timmins L.H., Binongo J.N., Golub L.J., Corban M.T., Finn A.V., Oshinski J.N., Quyyumi A.A., Giddens D.P., Samady H. Association of coronary wall shear stress with atherosclerotic plaque burden, composition, and distribution in patients with coronary artery disease. J. Am. Heart. Assoc. 2012;1(4):e002543. doi: 10.1161/JAHA.112.002543

5. Shishikura D., Sidharta S.L., Honda S., Takata K., Kim S.W., Andrews J., Montarello N., Delacroix S., Baillie T., Worthley M.I., Psaltis P.J., Nicholls St.J. The relationship between segmental wall shear stress and lipid core plaque derived from near-infrared spectroscopy. Atherosclerosis. 2018;275:68–73. doi: 10.1016/j.atherosclerosis.2018.04.022

6. Geerlings-Batt J., Sun Z. Evaluation of the relationship between left coronary artery bifurcation angle and coronary artery disease: a systematic review. J. Clin. Med. 2022; 11(17):5143. doi: 10.3390/jcm11175143

7. Feng J., Wang N., Wang Y., Tang X., Yuan J. Haemodynamic mechanism of formation and distribution of coronary atherosclerosis: A lesion-specific model. Proc. Inst. Mech. Eng. H. 2020;234(11):1187–1196. doi: 10.1177/0954411920947972

8. Murasato Y., Meno K., Mori T., Tanenaka K. Impact of coronary bifurcation angle on the pathogenesis of atherosclerosis and clinical outcome of coronary bifurcation intervention-A scoping review. PLoS One. 2022;17(8):e0273157. doi: 10.1371/journal.pone.0273157

9. Baskurt O.K., Hardeman M.R., Rampling M.W., Meiselman H.J. Handbook of hemorheology and hemodynamics biomedical and health research. IOSPress, 2007. 468 p.

10. Chen R., Wang B., Liu Y., He J., Lin R., Li D. Gelatin-based perfusable, endothelial carotid artery model for the study of atherosclerosis. Biomed. Eng. Online. 2019;18(1):87. doi: 10.1186/s12938-019-0706-6

11. Geers A.J., Larrabide I., Morales H.G., Frangi A.F. Approximating hemodynamics of cerebral aneurysms with steady flow simulations. J. Biomech. 2014;47(1):178–185. doi: 10.1016/j.jbiomech.2013.09.033

12. Каро К., Педли Т., Шротер Р., Сид У. Механика кровообращения. М.: Мир, 1981. 624 с.

13. Hu X., Liu X., Wang H., Xu L., Wu P., Zhang W., Niu Zh., Zhang L., Gao Q. A novel physics-based model for fast computation of blood flow in coronary arteries. Biomed. Eng. OnLine. 2023;22(1):56. doi: 10.1186/s12938-023-01121-y

14. Taylor D.J., Feher J., Halliday I., Hose D.R., Gosling R., Aubiniere-Robb L., van ‘t Veer M., Keulards D., Tonino P.A.L., Rochette M., Gunn J., Morris P.D. Refining our understanding of the flow through coronary artery branches; revisiting Murray’s law in human epicardial coronary arteries. Front. Physiol. 2022;13:871912. doi: 10.3389/fphys.2022.871912

15. Schoenenberger A.W., Urbanek N., Toggweiler S., Seelos R., Jamshidi P., Resink Th.J., Erne P. Deviation from Murray’s law is associated with a higher degree of calcification in coronary bifurcations. Atherosclerosis. 2012;221(1):124–130. doi: 10.1016/j.atherosclerosis.2011.12.040

16. Painter P.R., Edén P., Bengtsson H.U. Pulsatile blood flow, shear force, energy dissipation and Murray’s Law. Theor. Biol. Med. Model. 2006;3:31. doi: 10.1186/1742-4682-3-31

17. Tikhvinskii D.V., Merzhoeva L.R., Chupakhin A.P., Karpenko A.A., Parshin D.V. Computational analysis of the impact of aortic bifurcation geometry to AAA haemodynamics. Russ. J. Num. Anal. Math. Modell. 2022;37(5):311–329. doi: 10.1515/rnam-2022-0026

18. Sciubba E. A critical reassessment of the Hess–Murray law. Entropy. 2016;18(8):283. doi: 10.3390/e18080283

19. Huang Q.H., Wu Y.F., Xu Y., Hong B., Zhang L., Liu J.M. Vascular geometry change because of endovascular stent placement for anterior communicating artery aneurysms. AJNR Am. J. Neuroradiol. 2011;32(9):1721–1725. doi: 10.3174/ajnr.A2597

20. Yao L., Wu Q., Yuan B., Wen L., Yi R., Zhou X., He W., Zhang R., Chen Sh., Zhang X. Correlation between vascular geometry changes and long-term outcomes after enterprise stent deployment for intracranial aneurysms located on small arteries. World Neurosurg. 2021;153:e96-e104. doi: 10.1016/j.wneu.2021.06.038

21. Niu Yu., Sun A., Wang Z., Yao Ch., Song J. A hypothetical vascular stent with locally enlarged segment and the hemodynamic evaluation. Cardiol. Res. Pract. 2020;2020:7041284. doi: 10.1155/2020/7041284

22. Zhang B.C., Tu S.X., Karanasos A., van Geuns R.J., de Jaegere P., Zijlstra F., Regar E. Association of stent-induced changes in coronary geometry with late stent failure: Insights from three-dimensional quantitative coronary angiographic analysis. Catheter Cardiovasc. Interv. 2018;92(6):1040–1048. doi: 10.1002/ccd.27520

23. Silva M.V., Costa J.R., Abizaid A., Staico R., Taiguara D., Borghi T.C., Costa R., Chamié D., Sousa A.G.M.R., Sousa J.E. Changes in coronary angulation after bioresorbable vascular scaffold and cobalt-chromium and stainless steel stent implantation. Revista Brasileira de Cardiologia Invasiva (English Edition). 2013;21(4):332–337. doi: 10.1016/S2214-1235(15)30155-1

24. Zhang B., Shengxian T.U. Does the stent induced change in coronary geometry affect prognosis? Insights from 3-dimensional quantitative coronary angiographic analysis on the impact of vessel bending on coronary in-stent resten. European Heart Journal. 1973;38(1):ehx502.1973. doi: 10.1093/eurheartj/ehx502.1973

25. Üveges Á., Jenei C., Kiss T., Szegedi Z., Tar B., Szabó G.T., Czuriga D., Kőszegi Z. Three-dimensional evaluation of the spatial morphology of stented coronary artery segments in relation to restenosis. Int. J. Cardiovasc. Imaging. 2019;35(10):1755–1763. doi: 10.1007/s10554-019-01628-3

26. Bocharnikov M.V. Relationship between phytocenotic diversity of the Northeastern Transbaikal orobiome and bioclimatic parameters. Dokl. Biol. Sci. 2022;507(1):281–300. doi: 10.1134/S0012496622060011

27. Bahrami S., Norouzi M. A numerical study on hemodynamics in the left coronary bifurcation with normal and hypertension conditions. Biomech. Model. Mechanobiol. 2018; 17(6):1785–1796. doi: 10.1007/s10237-018-1056-1

28. Bangalore S., Bhatt D.L. Coronary intravascular ultrasound. Circulation. 2013; 127(25):e868–е874. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.113.003534

29. Araki M., Park S.J., Dauerman H.L., Uemura S., Kim J.S., di Mario C., Johnson T.W., Guagliumi G., Kastrati A., Joner M., … Jang I.K. Optical coherence tomography in coronary atherosclerosis assessment and intervention. Nat. Rev. Cardiol. 2022;19(10):684–703. doi: 10.1038/s41569-022-00687-9

30. Candreva A., Gallo D., Munhoz D., Rizzini M.L., Mizukami T., Seki R., Sakai K., Sonck J., Mazzi V., Ko B., … Collet C. Influence of intracoronary hemodynamic forces on atherosclerotic plaque phenotypes. Int. J. Cardiol. 2023;131668. doi: 10.1016/j.ijcard.2023.131668