- Suport de curs -
An 1, semestrul 1, an universitar 2018-2019
Master -specializare „Implanturi, Proteze și
Evaluare Biomecanică”
As.dr.ing. Alin TOTOREAN
HEMODINAMICĂ
1. Introducere în hemodinamică
HEMODINAMICA
www.edah-hospital.com
www.nhlbi.nih.gov
= Ramură a dinamicii fluidelor care studiază curgerea sângelui în sistemul cardiovascular
= Ramura fiziologiei care studiază curgerea sângelui
1. Introducere în hemodinamică
Din punct de vedere al modului în care se obțin parametrii hemodinamici se
poate realiza următoarea clasificare:
Hemodinamică clinică (/paraclinică, in vivo) – parametrii hemodinamici
sunt măsurați direct pe pacient, utilizând metode și tehnici invazive sau
non-invazive (măsurarea presiunii arteriale cu sfigmanometrul, angiografia,
IVUS, RMN cardiac, etc);
Hemodinamică numerică (in silico) – parametrii hemodinamici sunt
determinați computațional în urma soluționării ecuațiilor de curgere a
fluidelor prin segmentul de interes utilizând aplicații software dedicate
specifice Mecanicii Fluidelor numerice (ANSYS Fluent, CFX, OpenFOAM);
Hemodinamică experimentală (in vitro) – parametrii hemodinamici sunt
determinați experimental prin realizarea de experimente în laborator, și
măsurarea parametrilor utilizând echipamente de măsură specifice
Mecanicii Fluidelor experimentale.
1. Introducere în hemodinamică Comparativ, principalele diferențele dintre cele 3 direcții ale hemodinamicii
sunt reprezentate tabelul de mai jos:
Factor comparat Hemodinamică clinică Hemodinamică
numerică
Hemodinamică
experimentală
Necesită prezența
fizică a pacientului DA NU NU
Tipuri de
echipamente
utilizate
Echipamente specifice
investigațiilor medicale
(EKG, angiograf, CT, RMN,
ecograf, etc.)
Echipamente de calcul și
softuri dedicate pentru
proiectarea geometriei,
discretizare, analiza propriu-
zisă și postprocesare
Echipamente specifice
standurilor experimentale
în Mecanica Fluidelor
experimentală
Numărul de
parametrii
hemodinamici
investigați
Limitat, depinde de
echipamentul de investigare
utilizat
Se pot interpreta toți
parametrii hemodinamici
asociați curgerii
Limitat, depinde de
echipamentele de măsură
utilizate
Durata unei
analize/investigații
De la câteva minute la câteva
ore, în funcție de
complexitatea investigației
De la câteva minute la
săptămâni sau luni, în
funcției de complexitatea
geometriei și analizei
De la câteva zile la
săptămâni sau luni, în
funcției de complexitatea
analizei
Utilizarea clinică a
rezultatelor
DA, cu grad ridicat de
încredere
Limitat, necesită validare cu
rezultate experimentale și de
preferabil și clinice
Limitat, necesită corelare
cu rezultate de preferabil
clinice
1. Introducere în hemodinamică Din punct de vedere al informațiilor obținute în urma unei analize
hemodinamice (clinice, numerice sau experimentale) se pot distinge:
Analiza calitativă – presupune vizualizarea aspectului curgerii prin
segmentul de interes (angiocoronarografii, etc.) sau prezența unui anumit
fenomen (recirculări, etc.) fără a obține informații concrete referitoare la
parametrii hemodinamici;
Analiza cantitativă – presupune determinarea parametrilor hemodinamici
prin segmentul investigat (debite, viteze, presiuni, etc.).
1. Introducere în hemodinamică
Scurt istoric Leonardo da Vinci (1452-1519)
– primele studii legate de inimă, vase de sânge, fiziologie cardiovasculară (1508-1513)
Joao Martins e Silva, Leonardo Da Vinci e as primeiras observacoes hemodinamicas, Rev Port Cardiol 2008; 27(2):243-272,
1. Introducere în hemodinamică
Scurt istoric Leonardo da Vinci (1452-1519)
– primele studii legate de inimă, vase de sânge, fiziologie cardiovasculară (1508-1513)
Joao Martins e Silva, Leonardo Da Vinci e as primeiras observacoes hemodinamicas, Rev Port Cardiol 2008; 27(2):243-272,
1. Introducere în hemodinamică
Scurt istoric Leonardo da Vinci (1452-1519)
– primele studii legate de inimă, vase de sânge, fiziologie cardiovasculară (1508-1513)
Joao Martins e Silva, Leonardo Da Vinci e as primeiras observacoes hemodinamicas, Rev Port Cardiol 2008; 27(2):243-272,
1. Introducere în hemodinamică
Scurt istoric Leonardo da Vinci (1452-1519)
– primele studii legate de inimă, vase de sânge, fiziologie cardiovasculară (1508-1513)
Curgerea peste obstacole / la schimbarea directie de curgere
vartejuri Joao Martins e Silva, Leonardo Da Vinci e as primeiras observacoes hemodinamicas, Rev Port Cardiol 2008; 27(2):243-272,
1. Introducere în hemodinamică
Scurt istoric Leonardo da Vinci (1452-1519)
– primele studii legate de inimă, vase de sânge, fiziologie cardiovasculară (1508-1513)
Leonardo da Vinci (1515) Gharib (2002)
Bogren (2004)
Joao Martins e Silva, Leonardo Da Vinci e as primeiras observacoes
hemodinamicas, Rev Port Cardiol 2008; 27(2):243-272,
1. Introducere în hemodinamică
Scurt istoric Momente de referință în evoluția hemodinamicii
1628 – William Harvey – conceptul de continuitate a curgerii sângelui
1661 – Marcello Malpighi descrie complet patul capilar al plâmânilor de broască,
putându-se descrie acum complet conceptul și direcția de curgere a sângelui
1773 – Stephen Hales introduce măsurarea directă a presiunii arteriale
Thomas Young (1773-1829) introduce relația dintre proprietățile elastice ale
arterelor și viteza de propagare a pulsului arterial
1846 – J.L.M. Poiseuille introduce relația dintre debit de curgere a fluidului și
diametrul vasului prin care curge
1950 – John R. Womersley și Donal A. McDonald analizează efectele curgerii
sangvine pulsatile (nestaționare, variabile în timp) în vase elastice
Timothy W. Secomb, Hemodynamics, Compr Physiol 6(2): 975-1003, 2017.
1. Introducere în hemodinamică
Scurt istoric Momente de referință în evoluția hemodinamicii
1903 – Willem Einthoven – prima măsurătoare EKG
1929 – Werner Forssmann – prima cateterizare (introduce prima dată un cateter în
atriul drept, prin vena basilica)
1952 – Paul Zoll – descrie efectele stimulării externe în caz de aritmie ventriculară
1954 – Inge Edler și Helmut Hertz – prima ecocardiografie
1958 – Mason Sones – prima angiocoronarografie
Eugene Barunwald, The ten advances that have defined modern cardiology, Trends in Cardiovascular Medicine 24 (2014) 179-183.
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară
http://www.heartandstroke.com/atf/cf/%7B99452D8B-E7F1-4BD6-A57D-
B136CE6C95 BF%7D/heart_in_web.jpg, Accesat 16.05.2011.
http://www.bendo.ro/wp-content/uploads/2014/11/artere-coronariene.jpg,
Accesat 18.05.2015. http://www.medipedia.ro/Portals/0/Articles/AnatomiePhotos/Sistemul%20circulator.jpg
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară
http://www.heartandstroke.com/atf/cf/%7B99452D8B-E7F1-4BD6-A57D-B136CE6C95 BF%7D/heart_in_web.jpg, Accesat 16.05.2011.
Inima este un organ tetracameral
format din:
- 2 atrii (cu rol în colectarea
sângelui de la organism prin
venele cave și pulmonare);
- 2 ventriculi (cu rol în pomparea
sângelui către țesuturile
organismului prin aortă și artera
pulmonară).
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară
Parametru Aorta Arteră Arteriolă Capilar Venulă Venă Venă
cavă
Diametru 25 mm 4 mm 30 μm 7 μm 20 μm 5 mm 30 mm
Grosime
perete 2 mm 1 mm 20 μm 1 μm 2 μm 0.5 mm 1.5 mm
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară
Sistemul cardiovascular poate fi
asemănat unui sistem hidraulic în
care circuitul este realizat de:
- Pompa reprezentată de inimă;
- Traseul hidraulic (tubulatura)
reprezentat de vasele de sânge;
- Conexiunea și controlul curgerii
sângelui între inimă și vase este
asigurată prin valve;
- Fluidul vehiculat - sângele.
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară Funcțiile principale ale
sistemului cardiovascular sunt:
- de a asigura necesarul de
oxigen și de substanțe
nutritive tuturor țesuturilor
organismului uman (circulația
sistemică realizată prin
componenta stângă a inimii,
caracterizată de rezistențe
vasculare mari);
- de a elimina dioxidul de
carbon și metaboliții obținuți
în urma proceselor celulare
(circulația pulmonară realizată
prin componenta dreaptă a
inimii, caracterizată de
rezistențe vasculare mici).
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară Parametrii hemodinamici principali care
caracterizează funcția cardiacă sunt:
- Presiunile intracardiace;
- Presiunile intravasculare;
- Debitele intracardiace;
- Debitele intravasculare;
- Viteze de curgere ale sângelui prin
segmentele sistemului cardiovascular.
Parametrii hemodinamici sunt variabili în timp, și
variază pe perioada unui ciclu cardiac (având o
perioadă cuprinsă în mod normal între 0,8s și
1s).
Ciclul cardiac descrie evoluția presiunii și
vitezelor în cavitățile cardiace în funcție de timp.
Parametrii hemodinamici variază în funcție de patologiile asociate inimii și vaselor de
sânge.
Orice modificare, fie de natură electrică (exemplu: aritmii) sau mecanică (exemplu:
stenoze ale arterelor coronare) conduc la alterarea parametrilor hemodinamici.
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară Ciclul cardiac are o durată medie de 0,8s, cuprinzând trei faze:
sistola atrială, sistola ventriculară şi diastola generală.
- sistola atrială durează 0,1s şi reprezintă contracţia
miocardului atrial cu efect al creşterii presiunii în atrii cu aproximativ
8mmHg în cel stâng, respectiv 4mmHg în cel drept. Sistola atrială
determină umplerea completă a ventriculului. La finalul sistolei atriale,
valvele atriventriculare se închid.
- sistola ventriculară durează 0,27s. Valvele sigmoide se deschid, iar sângele
din ventricule este pompat în sistemul arterial. Sistola ventriculară cuprinde următoarele
faze: faza contracţiei izovolumice şi faza de ejecţie, cu două componente: faza de
ejecţie rapidă şi lentă. În timpul fazei contracţiei izovolumice, presiunea arterială atinge
valoarea minimă de 80mmHg în aortă. O dată cu pomparea sângelui în artere, în cadrul
fazei de ejecţie rapidă, presiunea arterială creşte la 120mmHg în aortă.
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară - diastola ventriculară, caracterizată prin relaxarea
musculaturii ventriculare. Presiunea ventriculară scade
iar valvele sigmoidiene se închid. Diastola ventriculară
are următoarele etape: protodiastola (scăderea presiunii
intraventriculare şi închiderea valvelor sigmoidiene),
relaxarea izovolumetrică (ventriculul devine o cavitate
închisă, valvele atrioventriculare se deschid şi sângele
începe să curgă din atrii în ventricule), faza umplerii
rapide (valvele atrioventriculare sunt deschise şi
sângele curge rapid din atrii în ventriculi), faza
umplerii lente (faza cuprinsă între momentul în care
presiunile dintre atrii şi ventriculi se egalizează şi
începutul unei noi sistole atriale) şi sistola atrială
(ultima fază a diastolei ventriculare).
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară Funcția sistolică poate fi evaluată prin intermediul parametrului hemodinamic debit
cardiac.
Debitul cardiac descrie volumul de sâne expulzat în aortă pe unitatea de timp.
În repaus, la un adult sănătos, debitul cardiac este de aproximativ 5-6 L/min, iar în
condiții de efort fizic, debitul poate crește până la valori de 25 L/min
Distribuția sângelui la nivelul organismului uman în
condiții de repaus și de efort.
Debitul cardiac se calculează
ca fiind produsul dintre
volumul sistolic și frecvența
cardiacă. DC = VS x FC
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară
Presiunea sângelui scade o dată
cu depărtarea sângelui de la
inimă către extremitățile
organismului și are valori mai
mare la nivel arterial, comparativ
cu cel venos.
Viteza de curgere a sângelui
scade o dată cu depărtarea de la
inimă către țesuturi, având valori
maxime în aortă și valoare
minimă la nivelul capilarelor.
Viteza de curgere în artere este
mai mare comparativ cu cea din
vene.
2. Anatomie și fiziologie cardiovasculară
3. Proprietățile fluidelor
Fluidul este un mediu continuu, omogen şi izotrop, lipsit de formă proprie, in
interiorul căruia, în stare de repaus, pe suprafeţele de contact ale diferitelor
particule se exercită numai eforturi normale, iar sub acţiunea unor forţe care nu
tind să modifice volumul se deformează uşor
Starea de agregare a fluidelor: lichidă, gazoasă (vapori), plasmă.
Proprietăţi fizice specifice:
- Densitatea;
- Vâscozitatea.
3. Proprietățile fluidelor
Densitatea într-un punct al unui fluid este definită ca fiind limita raportului
dintre masa Δm a unui element de volum ΔV din jurul punctului considerat
şi volumul ΔV al elementului, când acest tinde la 0, conform ecuaţiei
Densitatea unui fluid depinde de presiune şi de temperatură.
În cazul unui fluid omogen, densitatea este numeric egală cu masa unităţii
de volum, şi are aceeaşi valoare în toate punctele fluidului, fiind descrisă
de ecuaţia.
Unitatea de măsură a densităţii în Sistemul Internaţional este kg/m3.
1. Densitatea
3. Proprietățile fluidelor
Densitatea unui fluid este denumită şi masa specifică a fluidului.
Mărimea fizică derivată din densitate este greutatea specifică.
Definită ca greutatea conţinută în unitatea de volum dV, greutatea specifică γ
a unui fluid, calculată într-un punct al său, reprezintă limita raportului dintre
greutatea ΔG a unui element de volum ΔV din jurul punctului considerat şi
volumul elementului, când acesta tinde la 0, conform ecuaţiei:
1. Densitatea
3. Proprietățile fluidelor
În cazul unui fluid omogen, greutatea specifică γ a fluidului este numeric
egală cu greutatea unităţii de volum, şi are aceeaşi valoare în orice punct al
fluidului, fiind descrisă de ecuaţia:
unde, g reprezintă acceleraţia gravitaţională [m/s2].
Densitatea specifică a aerului este ρ=1,225kg/m3, iar a apei este ρ=1000
kg/m3.
Densitatea fiziologică a sângelui are valori între 1050 şi 1070 kg/m3 şi
variază în funcţie de starea patologică a pacienţilor.
1. Densitatea
3. Proprietățile fluidelor
2. Vâscozitatea
Vâscozitatea este proprietatea unui fluid de a prezenta tensiuni interioare
tangenţiale de frecare τ pe orice element de suprafaţă care separă două
porţiuni de fluid aflate în mişcare relativă de alunecare una faţă de cealaltă.
Mişcarea între două straturi de fluid paralele şi vecine este descrisă de
gradientul de viteză şi tensiunea tangenţială dată de legea lui Newton.
μ reprezintă coeficientul de vâscozitate, denumit vâscozitate dinamică [Pa.s];
Vâscozitatea cinematică
3. Proprietățile fluidelor
2. Vâscozitatea
Vâscozitatea sângelui variază în funcţie de: hematocrit, proteinemie,
temperatură şi viteza de curgere a sângelui.
3. Proprietățile fluidelor
2. Vâscozitatea
Vâscozitatea sângelui variază în funcţie de: hematocrit, proteinemie,
temperatură şi viteza de curgere a sângelui.
3. Proprietățile fluidelor
2. Vâscozitatea
Rezistenţa la curgerea fluidelor vâscoase printr-o conductă dreaptă
Vâscozitatea = rezistenţa fluidului la curgere.
Rezistenţa la curgere a unui fluid printr-o conductă dreaptă - legea lui Poisseuille
F – debitul volumic în zona investigată;
P1, P2 – presiunea la intrarea, respectiv ieşirea din zona analizată;
R – rezistenţa la curgere
Forţa de rezistenţă vâscoasă
μ – vâscozitatea dinamică;
L – lungimea conductei;
Vm – viteza de curgere maximă, măsurată în centrul conductei.
3. Proprietățile fluidelor
Tixotropia
Sângele prezintă proprietatea de tixotropie, suferind o transformare
reversibilă.
Prin agitare, la tensiune de forfecare constantă în timp, vâscozitatea sângelui
scade.
Curba de histerezis
a tixotropiei sângelui
(Dintenfass, 1985)
3. Proprietățile fluidelor
Tixotropia
Studiul tixotropiei sangvine este important pentru a caracteriza starea
fiziologică sau patologică a pacienţilor.
Tixotropia sângelui variază în funcţie de vâscozitatea plasmei,
concentraţia de fibrinogen, hematocrit, agregarea suspensiilor din
sânge (elementele figurate), temperatură, tensiunea de forfecare.
3. Proprietățile fluidelor
Fluidul este un mediu continuu, omogen şi izotrop, lipsit de formă proprie, in
interiorul căruia, în stare de repaus, pe suprafeţele de contact ale diferitelor
particule se exercită numai eforturi normale, iar sub acţiunea unor forţe care nu
tind să modifice volumul se deformează uşor
În funcție de comportarea vâscozității fluidului în cazul aplicării forțelor, fluidele se
pot clasifica:
-Fluide Newtoniene;
-Fluide neNewtoniene.
3. Proprietățile fluidelor
- dependenţă liniară între tensiunea de forfecare şi deformaţie;
Vâscozitatea acestor fluide rămâne constantă la aplicarea forţelor.
Vâscozitatea poate varia în funcţie de alţi parametrii exteriori (temperatura,
presiunea).
Exemple de fluide Newtoniene sunt: apa, aerul.
a. Fluid Newtonian
3. Proprietățile fluidelor
- dependenţă neliniară între tensiunea de forfecare
şi deformaţie;
Vâscozitatea acestor fluide se modifică la aplicarea forţelor.
a. Fluid neNewtonian
Fluide neNewtoniene independente de timp
- Fluide pseudoplastice (vâscozitatea scade o dată cu creşterea tensiunii şi a
deformaţiei); exemplu: vopsele emulsii;
- Fluide dilatante (vâscozitatea creşte o dată cu creşterea tensiunii şi a deformaţiei);
exemplu: amestec apă-nisip, soluţie apoasă de amidon de porumb;
- Fluide Bingham (sunt fluide care se comportă ca un solid în condiţii statice;
curgerea acestor fluide are loc doar după aplicarea unei forţe); exemplu:
ketchup, maioneza;
Fluide neNewtoniene dependente de timp
- Fluide tixotrope (sub acţiunea unei forţe constante în timp, vâscozitatea scade);
exemplu: sânge, maioneza, ketchup;
- Fluide rectopice (sub acţiunea unei forţe constante în timp, vâscozitatea creşte);
exemplu: soluţia pentru ghipsare, tuşul pentru imprimante.
3. Proprietățile fluidelor
Variaţia proprietăţilor sângelui în funcţie de secţiunea domeniului de
curgere
Proprietăţile sângelui variază în sistemul circulator, în funcţie de diametrul
vaselor prin care acesta trece.
Astfel, în vase cu diametru mare, artere, unde rata de forfecare este ridicată,
sângele poate fi tratat ca un fluid Newtonian, comparativ cu vase de dimensiuni
medii şi mici, arteriole şi capilare, unde sângele este tratat ca fluid non-
Newtonian.
3. Proprietățile fluidelor Variaţia proprietăţilor sângelui în funcţie de secţiunea domeniului de
curgere
Efectul care stă la baza modificării vâscozităţii o dată cu diametrul vasului este
Fahraeus-Lindquist.
În acest caz, la vasele cu un diametru mai mic de 0,3mm, eritrocitele se
acumulează în axul vasului (fenomenul de deviaţie axială), iar plasma circulă
între eritrocite şi peretele vasului. Vâscozitatea sângelui scade la nivelul acestor
vase, permiţând astfel vehicularea unui volum ridicat de sânge la nivelul patului
vascular capilar, unde are loc schimbul de substanţă cu ţesuturile irigate
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Fluidul este un mediu continuu, omogen şi izotrop, lipsit de formă proprie, in
interiorul căruia, în stare de repaus, pe suprafeţele de contact ale diferitelor
particule se exercită numai eforturi normale, iar sub acţiunea unor forţe care nu
tind să modifice volumul se deformează uşor.
Principiile fizice care stau la baza curgerii fluidelor, sunt:
•Principiul conservării masei;
•Legea a II-a a dinamicii (Newton);
•Principiul conservării energiei.
Exprimarea matematică a acestor principii
este realizată cu ajutorul următoarelor ecuaţii:
•Ecuaţia de continuitate;
•Ecuaţia de mişcare;
•Ecuaţia energiei.
Principiul conservării masei
Masa conţinută într-un volum V, mărginit de suprafaţa S, rămâne constantă
în timpul mişcării, dacă nu are loc niciun schimb de substanţă cu exteriorul.
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Principiul conservării masei
Masa conţinută într-un volum V, mărginit de suprafaţa S, rămâne constantă
în timpul mişcării, dacă nu are loc niciun schimb de substanţă cu exteriorul.
forma integrală
V - elementul de volum;
ρ - densitatea fluidului,
t – timpul;
- viteza; - operatorul nabla
forma locală
pentru fluide incompresibile (ρ=constant)
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Principiul conservării masei
Masa conţinută într-un volum V, mărginit de suprafaţa S, rămâne constantă
în timpul mişcării, dacă nu are loc niciun schimb de substanţă cu exteriorul.
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Legea a II-a a dinamicii --- Ecuația de mișcare
Asupra unui volum de fluid acţionează forţe masice şi superficiale, care
determină deplasarea fluidului cu viteza.
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Ecuația de mișcare
Asupra unui volum de fluid acţionează forţe masice şi superficiale, care
determină deplasarea fluidului cu viteza.
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Ecuația de mișcare
Asupra unui volum de fluid acţionează forţe masice şi superficiale, care
determină deplasarea fluidului cu viteza.
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Ecuația de mișcare
Asupra unui volum de fluid acţionează forţe masice şi superficiale, care
determină deplasarea fluidului cu viteza.
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Ecuația de mișcare
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Ecuația energiei
Ecuaţia energiei este o ecuaţie cu derivate parţiale care face legătura între
fenomenele mecanice şi termodinamice care au loc în fluide. Ecuaţia energiei
reprezintă expresia matematică a principiului întâi al termodinamicii, fiind aplicată
atât fluidelor ideale, cât şi reale.
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Aplicații ale principiului lui Bernoulli
- Caracterizarea hemodinamică a stenozelor arteriale
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Evoluția parametrilor hemodinamici
(viteza v și presiunea p) în cazul unei stenoze
arteriale
Se consideră secțiunea 1 de arie A1 amonte de
stenoză, și secțiunea 2 de arie A2 corespunzătoare
îngustării maxime, A1>A2. În acest caz:
V1<V2 (rezultă din calculul de debit Q1=Q2
P1>P2
Aplicații ale principiului lui Bernoulli
- Calculul ariei un valve cardiace -
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Parametrii adimensionali în mecanica fluidelor
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Numărul Reynolds
Parametrii adimensionali în mecanica fluidelor
Numărul Reynolds
Curgerea laminară, pentru un fluid ideal, într-o ţeavă dreaptă netedă, are loc în situaţii în
care Re<2300. Este o curgere în care liniile de curent sunt paralele, neproducând zgomot.
Regimul de curgere turbulent apare la valori Re>4000, este o curgere rotaţională, cu
formarea de zone de recirculare, însoţită de zgomot. Trecerea de la curgerea laminară la
cea turbulentă este realizată prin intermediul regimului tranzitoriu, corespunzător valorilor
numărului Reynolds situate între 2300 şi 4000.
În sistemul cardiovascular, parametrul Reynolds variază între 1, în cazul vaselor mici,
arteriole, capilare, la 4000 în cazul vaselor mari, aorta [10]. La nivelul sistemului circulator,
curgerea laminară apare la nivelul vaselor de dimensiuni mici, în timp ce regimul turbulent
apare în vasele de diametre medii şi mari. Caracterul turbulent este influenţat de existenţa
următoarele particularităţi morfologice şi patologice: curburi spaţiale, destinderi ale vaselor
(trecerea de la secţiuni cu diametre mici la secţiuni cu diametre mari), existenţa unor
afecţiuni vasculare(stenoze, anevrism), precum şi a caracterului nestaţionar pulsatil al
curgerii. Profilul de viteză în cazul curgerii laminare este parabolic, respectiv la curgerea
turbulentă profilul este tip palier
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Parametrii adimensionali în mecanica fluidelor
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
Parametrii adimensionali în mecanica fluidelor
4. Ecuații care guvernează curgerea fluidelor
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
În funcție de modul în care se realizează investigația se pot distinge:
- Metode non-invazive care nu provoacă discomfort și nu ―lezează‖ pacientul pe
durata investigației (EKG, ecocardiografia transtoratică, etc.)
- Metode invazive care provoacă discomfort și ―lezează‖ pacientul pe durata
investigației (angiocoronarografia, ecocardiografia transesofagiană, IVUS,
OCT, etc.)
Scopul de metodelor de investigare este de a obține informații legate de:
- Structura inimii și a vaselor de sânge (tehnicile ecografice, CT, RMN, etc.)
- Parametrii hemodinamici asociați curgerii prin segmentele investigate prin
măsurarea de debite, presiune, viteze (IVUS, RMN cardiac, etc.)
- Parametrii electrici asociați modulul în care se realizează funcția cardiacă
(EKG)
- Analiza funcțională metabolică a inimii (tehnicile de medicină nucleară).
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular EKG Holter EKG
Electrocardiograma descrie activitatea electrică a inimii, prin înregistrarea unei
succesiuni de unde și segmente corespunzătoare proceselor de depolarizare și
repolarizare miocardică.
Are rol principal în indentificarea aritmiilor și prezenței ischemiei cardiace.
Se poate realiza în repaus, instantaneu în cabinetul medical, sau poate fi
realizată prin monitorizare continuă de înregistrare a activității electrice a inimii
timp de 24 ore (Holter EKG).
Nu oferă informații legate de debite, presiuni, viteze!!
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Măsurarea tensiunii arteriale (TA) Holter TA
Are ca scop măsurarea presiunii arteriale, utilizând tehnici analogice
(sfigmomanometrul) sau digitale.
TA se poată măsura instantaneu în cabinetul medical sau prin monitorizare
continuă și înregistrarea la perioade regulate pe durata a 24 de ore (Holter
TA)
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Ecografia
- Cea mai folosită invastigație imagistică în cardiologie;
Avantaje:
- Oferă cu acuratețe informații despre structura și funcția inimii și a vaselor de
sânge)
- NU implică riscuri (principiul de investigație este pe bază de ultrasunete)
În funcție de segmentul investigat se pot distinge următoarele tehnici
ecografice specifice:
- Ecocardiografia (transtoracică sau transesofagiană) specifică investigației inimii:
- Ecografia arterială specifică investigării arterelor (ex. carotide, etc.)
- Ecografia venoasă specifică investigării venelor (ex. venele membrului inferior)
Modalități ecografice utilizate în practica clinică:
- Ecografia în mod M;
- Ecografia bi-dimensională 2D;
- Ecografia Doppler (oferă informații despre parametrul hemodinamic: viteza de
curgere a sângelui).
Oferă informații despre structură
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Ecografia
Ecografia Doppler
- Oferă informații despre parametrul hemodinamic: viteza de curgere a sângelui
- Oferă informații pe baza efectului Doppler
- Condiția de măsurare corectă a vitezelor de curgere a sângelui prin
segmentele de interes: regula alinierii (direcția fascicului ultrasonic trebuie
să formeze un unghi cât mai mic cu direcția de curgere a sângelui –
orientarea vasului de sânge sau a mușchiului inimii); se acceptă ca
unghiul respectiv să fie sub 20 de grade.
Ecografia se poate realiza în următoarele moduri:
- Doppler pulsat;
- Doppler continuu
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Ecografia Doppler
Caracteristici comparative asociate tehnicilor Doppler pulsat si continuu
Caracteristică Doppler pulsat (PW) Doppler continuu (CW)
Modul de achiziție Emisia succesivă de pulsuri
scurte și repetitive de
ultrasunete, cu măsurarea
diferenței dintre frecvența
undei receptate și a celei
emise
Emisia și recepția continuă a
ultrasunetelor, fără așteptarea
semnalului emis; înregistrarea
frecvențelor repetate are loc
concomitent cu emiterea
undelor.
Zona unde se pot măsura
vitezele
Doar în zona de interes (în
regiunea eșantionului)
În direcția fasciculului de
ultrasunete, pe toată lungimea
acestuia
Rezoluție spațială DA NU
Valoarea maximă a vitezelor
care pot fi măsurate
Viteze mici (sub 2 m/s) Viteze mari (până la 9 m/s)
Recomandare pentru utilizare Zonelor cu viteze mici și
localizare bine definită
Zone cu viteze mari (prin
valve cardiace, etc.)
Ecografia Doppler color este asemănătoare tehnicii Doppler pulsat iar reprezentarea sa
este sub forma unei imagini codate color suprapuse în timp real oeste imaginea
achiziționată în mod 2D sau M.
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Ecocardiografia transtoracica
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Ecocardiografia transesofagiana
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Ecografia Doppler color Ecografia Doppler continuu
Ecografia Doppler pulsat
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular Angiografia
- Are la bază utilizarea radiației X;
- Este o tehnică invazivă și presupune
introducerea unui cateter în interiorul
vasului investigat și administrarea de
substanță de contrast.
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Angiografia CT
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Angiografia CT
Se poate vizualiza:
- Prezența curgerii sângelui prin
vasele de sânge;
- Prezența curgerii la nivelul inimii;
DAR nu se pot măsura vitezele.
Utilizează radiații X.
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Angiografia RMN
- Are la bază utilizarea unui câmp magnetic.
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
IVUS (intravascular ultrasonography)
Are la bază utilizarea ultrasunetelor;
Este o tehnică invazivă și presupune introducerea
unui cateter în interiorul vasului investigat;
Investigația se face sub control radiologic.
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
OCT (Optical Coherence Tomography)
- Are la bază utilizarea unei unde laser;
- Este o tehnică invazivă și presupune
introducerea unui cateter în interiorul
vasului investigat;
- Investigație se face sub control radiologic.
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular
Tehnici imagistice nucleare
Prin utilizarea unui radiofarmaceutic au rol de a
identifica zonele cu ischemie de la nicelul
miocardului)
SPECT
5. Metode de investigare a sistemului cardiovascular Tehnici imagistice nucleare
Comparativ, în funcție de tehnica utilizată și parametrii obținuți, principalele tehnici imagistice
au următoarele caracteristici
Vizualizare structură
țesuturi
Măsurare viteza de curgere
a sângelui Măsurare presiune
EKG NU NU NU
Ecografie DA DA, prin tehnica Doppler NU
Tehnici de măsurare a
tensiunii arteriale (digital și
analogic)
NU NU DA
Angiografia CT DA NU NU
Angiografia clasică DA, traiectul și
diametrul vaselor
DA, prin folosirea unor
sonde speciale
DA, prin folosirea unor
sonde speciale
Angiografia RMN DA DA NU
IVUS DA DA DA
OCT DA DA DA
Tehnici de medicină
nucleară
DA, se vizualizează și
funcționalitatea NU NU
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
Potențialul de acțiune al celulei miocardice
Faza 0 - Depolarizarearapidă(Upstroke)
Faza 1-Repolarizarea rapidă iniţială
Faza 2 - Platoul
Faza 3-Repolarizarearapidăfinală
Faza 4 - Repaus
Potențialul de acțiune al celulei miocardice
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
Aritmii
Aritmiile reprezintă tulburări ale activității electrice ale inimii, și are ca și
consecință modificări ale frecvenței cardiace, volumul sistolic și implicit ale
debitului cardiac, cu efect la nivelul întregului sistem cardiovascular.
În funcție de localizare, aritmiile se pot clasifica:
- Aritmii supraventriculare;
- Aritmii atrio-ventriculare;
- Aritmii ventriculare.
În funcție de tipul aritmiei, tratamentele se pot clasifica astfel:
- medicamentos;
- Prin ablația intervențională (“arderea, distrugerea” focarului care a
provocat aritmia) sau chirurgical;
- Prin implantarea dispozitivelor de tip pacemaker (care au rolul de a
stimula electric miocardul atunci când frecvența cardiacă scade sub un
anumit prag);
- Prin implantarea dispozitivelor de tip defibrilator (care au rolul de a
stimula electric miocardul atunci când apare aritmia).
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
Aritmii
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
Aritmii
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
Aritmii
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
5. Control și reglare în sistemul CV
Pacemaker
Clasificare pacemakere
Pacemaker temporar cu un generator de puls extern
– transvenos
– electrozii sunt de obicei bipolari
– poziţionaţi în endocard
Pacemaker permanent cu un generator intern
– implantabil într-un buzunar subcutanat
– electrozii sunt de obicei unipolari
– poziţionaţi în endocard şi epicard
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
Pacemaker
Părţi componente:
Generatorul de impulsuri
– sursa de energie
– sistemul de reglare al
modului de stimulare
Sistemul de fire şi electrozi
- de la generator spre miocard
(pacing)
- de la miocard spre generator
(sensing)
Bateria
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
• Defectarea generatorului de impulsuri
• Epuizarea bateriei- scăderea cu 10 % a frecvenţei
• Cauze locale: infecţii, necroze, deplasare sau răsucire
• Tulburări de sensing:
– subsensing (undersensing)– nu este detectată activitatea cardiacă
intrinsecă. Poate induce aritmie.
– suprasensing ( oversensing) - sunt detectate impulsuri fără legătură cu
activitatea intrinsecă cardiacă.
• Defecţiuni ale căii de legătură dintre generator şi electrodul
Intracardiac
• Deplasare: intracardiac, extracardiac
• Fractură, Conectare defectuoasă cu pacemakerul, Poziţie instabilă a firului,
Tromboembolism, Endocardită, Perforaţia ventriculului drept
Pacemaker – probleme posibile care apar în utilizare
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
6. Controlul și reglarea activității electrice a inimii
Componența unui defibrilator implantabil
- Baterie
- Unitate electronică;
- Fire conectoare;
- 2 electrozi pentru poziționare la nivel atrial și
ventricular.
7. Stentarea sistemului vascular
Ateroscleroza
http://www.cdt-babes.ro/articole/ateroscleroza-depistare-precoce-arteriograf-tensiomed.php
7. Stentarea sistemului vascular
Ateroscleroza
https://ro.esdifferent.com/difference-between-atheroma-and-atherosclerosis
7. Stentarea sistemului vascular
Efectele aterosclerozei asupra parametrilor hemodinamici
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0422763815201100
7. Stentarea sistemului vascular
Evoluția în timp a vasului afectat de ateroscleroză
- Placa de aterom evoluează lent, conducând la modificarea peretelui vascular și a
proprietățile mecanice ale acestuia (elasticitatea).
- Ca urmare a creșterii plăcii de aterom, structurile musculare ale peretelui
vascular (media) adiacente plăcii se dilată, ca adaptare la îngustarea lumenului
vascular (fenomen de remodelare).
- Evoluția în timp a vasului aterosclerotic poate avea 2 manifestări:
Dilatarea mediei conduce la apariția de anevrisme (caracterizat prin perete
vascular lipsit de elasticitate);
Atunci când remodelarea prin dilatarea mediei nu mai reușește să
compenseze creșterea plăcii de aterom apare îngustarea lumenului vascular
(stenoza).
7. Stentarea sistemului vascular
Localizarea stenozelor vasculare
https://vascular.surgery.ucsf.edu/media/1670896/cad_anatomy.jpg
https://www.slideshare.net/sumeryadav/peripheral-vascular-disease-and-clinical-features-of-acute-and-chronic-arterial-stenosis-and-occlusion
5. Stentarea sistemului vascular
Tratamentul stenozelor vasculare
Angioplastia
clasică cu balon Angioplastia cu
plasare de stent By-pass
7. Stentarea sistemului vascular
Tipuri de stenturi
- BARE METAL STENT (BMS)
Oțel inoxidabil, cu suprafață neacoperită medicamentos;
Țesutul arterial crește în jurul struturilor stentului;
Dezavantaje: creșterea excesivă a țesutului în jurul struturilor, refacerea
plăcii de aterom poate conduce la restenoză în stent și ocluzia vasului.
- DRUG ELUTING STENT
Oțel inoxidabil, cu suprafața acoperită cu medicație care previne creșterea
țesutului în jurului struturilor stentului;
Favorizează dezvoltarea trombilor și a trombozei în stent.
- BIORESORBABLE VASCULAR SCAFFOLD
Stent de tipul DES, a cărui structură este realizată din material care se
dizolvă în timp;
Dizolvarea se realizează complet în 2-3 ani de la implantare;
Reduce riscul de restenoză în stent.
7. Stentarea sistemului vascular
Tipuri de stenturi
7. Stentarea sistemului vascular
Tipuri de stenturi
7. Stentarea sistemului vascular
Tipuri de stenturi
http://3rxiuf34c6812zu916107ws7-
wpengine.netdna-ssl.com/now/wp-
content/uploads/2013/01/PIT-big.jpg
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC405
1714/
7. Stentarea sistemului vascular
Caracteristicile stenturilor DES
https://www.openaccessjournals.com/articles/the-concertina-effect-and-the-limitations-of-
current-drugeluting-stents-is-it-time-to-revisit-and-prioritize-stent-design-over-eff.html
7. Stentarea sistemului vascular
Caracteristicile stenturilor bioresorbabile
https://citoday.com/2016/06/next-generation-fully-bioresorbable-polymer-stents/
7. Stentarea sistemului vascular
Hemodinamica stenturilor
https://www.nature.com/articles/srep10945
Zonele critice cu
tensiuni de frecare la
peretele arterial mici.
Dezvoltarea zonelor
de recirculare în
vecinătatea strutului
stentului.
Imagine angiografică a
unui vas stenozat (B) și
stentat (A).
7. Stentarea sistemului vascular
Hemodinamica stenturilor
Influența poziționării corecte a stentului
la contactul cu peretel arterial
(a) Stent poziționat normal
(a) Malpoziție de 100 μm,
(c) Malpoziție de 200 μm,
(d) Malpoziție de 400 μm.
7. Stentarea sistemului vascular
Hemodinamica stenturilor
Influența poziționării corecte a stentului la contactul cu peretel arterial
7. Stentarea sistemului vascular
Localizarea anevrismelor
https://www.medicinenet.com/brain_aneurysm/article.htm#what_is_a_brain_aneurysm_and_what_causes_a_brain_aneurysm
https://fr.wikipedia.org/wiki/An%C3%A9vrisme_de_l%27aorte_abdominale#/media/File:Aortic_aneurysm.jpg
7. Stentarea sistemului vascular Tratamentul anevrismelor
https://cirse.org/index.php?pid=1070
https://cirse.org/index.php?pid=1040
https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/brain-aneurysm/multimedia/aneurysm-clip/img-20007616
https://twitter.com/MaineBAorg/status/998537759269810183
Stent-graft
Clampare
Embolizare
7. Stentarea sistemului vascular
Tipuri de stent-grafturi
7. Stentarea sistemului vascular
Mecanismul de acțiune al dispozitivelor de tip flow diverter
8. Procedura de bypass
Tratamentul stenozelor vasculare
Angioplastia
clasică cu balon Angioplastia cu
plasare de stent By-pass
8. Procedura de bypass
Localizarea stenozelor vasculare care pot fi tratate chirurgical prin procedura
de bypass
https://vascular.surgery.ucsf.edu/media/1670896/cad_anatomy.jpg
https://www.slideshare.net/sumeryadav/peripheral-vascular-disease-and-clinical-features-of-acute-and-chronic-arterial-stenosis-and-occlusion
8. Procedura de bypass
Bypass aorto-coronarian
Clasificare în funcție de severitate și numărul de grefe utilizate
https://en.wikipedia.org/wiki/Coronary_artery_bypass_surgery
8. Procedura de bypass Bypass periferic
Clasificare în funcție de localizarea stenozei
https://www.slideshare.net/OmarHaqqani/catheter-based-intervention-and-surgical-management-of-peripheral-arterial-occlusive-disease-technique-and-results
8. Procedura de bypass
Etapele procedurii de bypass aorto-coronarian
Recoltarea grefei
Imobilizarea segmentului vascular supus intervenției de bypass (off-pump)
Conectarea pacientului la echipamentul de circulație extracorporală (on-
pump)
Sutura grefei
Reperfuzia cordului
8. Procedura de bypass
Bypass aorto-coronarian
On - pump;
Off - pump.
https://www.hopkinsmedicine.org/bloodless_medicine_surgery/case_studies/cardiac_surgery.html
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heart-lung_bypass.jpg
http://www.centrocuoreeuropeo.it/pagine/57-intervento-di-bypass.asp
8. Procedura de bypass
Complicații post-operatorii
Tromboză (apare la un interval de până la 1 lună);
Hiperplazia intimală (apare la un interval cuprins între 1 și 12 luni);
Stenoza și ocluzia, datorată aterosclerozei (apare la peste 12 luni de la
intervenție).
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului
Unghiul de anastomoză
Prezența curgerii competitive
Natura grefei
Tipul de sutură
Geometria grefei
Raportul între diametrul grefei și cel al arterei gazdă
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului
Parametrii hemodinamici de interes în analiza curgerii prin configurație de
bypass
Tensiunea de frecare la perete (WSS – Wall Shear Stress)
Prezența și extinderea zonelor de recirculare
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3867628/
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Unghiul de anastomoză
Unghiul de anastomoză = unghiul format de grefă și artera gazdă în zona
de anastomoză (unghiul sub care se realizează sutura)
Dorința este de a utiliza un unghi de anastomoză cât mai mic,
atât din punct de vedere al limitărilor anatomice, cât și din punct
de vedere al reducerii alterării câmpului hemodinamic asociat
zonei de anastomoză.
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Curgerea competitivă
Curgere competitivă = prezența curgerii sângelui prin zona stenozată a
arterei native supuse intervenției chirurgicale de bypass
În timp, datorită evoluției plăcii aterosclerotice, artera gazdă se
va ocluza complet în zona plăcii.
Ocluzie totală a arterei native Ocluzie parțială a arterei native
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Tipul de grefă
Tipuri de grefe utilizate
- Arteriale (artera mamară internă, artera radială, artera
gastroepiploică și epigastrică inferioară);
- Venoase (vena safenă);
- Artificiale (grefe de dacron, politetrafluoretilen PTFE)
https://my.clevelandclinic.org/health/treatments/16897-coronary-artery-bypass-surgery
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului aorto-coronarian.
Natura grefei
Grefe naturale (autologe) de natură venoasă;
Grefe naturale (autologe) de natură arterială;
Grefe artificiale.
a) Vena safenă
- cel mai frecvent utilizată în intervențiile de tip CABG;
- fiabilitatea scade o dată cu timpul;
- între 10% și 25% din grefe se obturează în primul an de la intervenție;
- un procent adițional de 1%-2% din grefe se obturează anual în primii 5
ani de la intervenție, respectiv un procent de 4%-5% din grefe se
ocluzează anual în perioada de la 6 până la 10 ani de la intervenție;
- la peste 10 ani de la intervenție, între 50% și 60% din grefe sunt fiabile,
dintre care doar jumătate nu prezintă angiografic, afecțiuni
aterosclerotice;
- scăderea fiabilității este datorată expunerii grefei, în urma montajului de
bypass, la o presiune arterială mult mai mare față de presiunea
existentă fiziologic în venă, conducând astfel la deteriorarea endoteliului
vascular, hiperplazie intimală, restenoză sau tromboză.
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului aorto-coronarian.
Natura grefei
Grefe naturale (autologe) de natură venoasă;
Grefe naturale (autologe) de natură arterială;
Grefe artificiale.
b) Artera mamară internă
- peste 90% din grefe sunt fiabile în primii 10 ani de la intervenție;
- sub 4% din grefe dezvoltă ateroscleroză, și doar 1% prezintă stenoze
aterosclerotice de importanță hemodinamică;
- fiabilitatea crescută este datorată structurii interne continue elastice,
care inhibă migrația celulelor musculare netede, respectiv secreția
prostaciclinei și oxidului nitric de către endoteliu, cu rol vasodilatator și
inhibitor al agregării particulelor;
- dezavantajul utilizării arterei mamare interne este dat de posibilitatea
dezvoltării spasmului și atrofiei.
http://anatomyzone.com/anatomy-feed/internal-thoracic-artery/
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului
aorto-coronarian. Natura grefei
Grefe naturale (autologe) de natură venoasă;
Grefe naturale (autologe) de natură arterială;
Grefe artificiale.
c) Artera radială
- este o arteră musculară, susceptibilă la dezvoltarea spasmului și atrofiei în cazul
utilizării ca grefă pentru tratamentul stenozelor de severitate moderată;
- prezintă fiabilitate ridicată atunci când este utilizată ca grefă pentru intervenția
asupra arterei coronare stângi cu grad de severitate a stenozei de peste 70%.
d) Artera gastroepiploică
- este folosită cel mai mult pentru intervențiile asupra arteri coronare drepte;
- fiabilitatea la 1, 5 și 10 ani de la intervenție este de 91%, 80%, respectiv 62%;
- în cazul folosirii la tratamentul stenozelor de severitate medie prezintă riscul
apariției spasmului și atrofiei.
e) Artera epigastrică
- datorită lungimii scăzute, este folosită de obicei în suturile de tip ―Y‖ sau ―T‖;
- poate dezvolta spasm în cazul utilizării la intervențiile asupra stenozelor medii;
- se recomandă utilizarea doar în cazul stenozelor severe;
- prezintă o rată a fiabilității de 90% în primul an de la intervenție. https://socratic.org/questions/what-artery-supplies-branches-to-the-stomach-and-liver
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Natura grefei
Grefe naturale (autologe) de natură venoasă;
Grefe naturale (autologe) de natură arterială;
Grefe artificiale.
f) Grefe artificiale
- nu prezintă risc de spasm sau atrofie;
- prezintă risc de ocluzie;
- prezintă risc de biocompatibilitate și respingere a grefei;
- datorită materialului din care sunt confecționate (dacron, politetrafluoretilen
PTFE) permit o manevrare mai ușoară și modelare permanentă față de grefele
biologice;
- sunt rar utilizate.
http://www.hancockjaffe.com/coreograft-coronary-artery-bypass-graft/
8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Tipul de sutură
https://www.romanianjournalcardiology.ro/arhiva/arterial-bypass-a-surgical-method-in-treatment-of-peripheral-arterial-obstructive-disease-of-the-lower-limbs/
https://www.researchgate.net/publication/232934463_Conduits_for_Coronary_Bypass_Vein_Grafts
Sutură end-to-end Sutură end-to-side Sutură side-to-side
8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului
aorto-coronarian.
Tipul de sutură
http://ldivito.com/portfolio-single-sidebar_i.htm
https://emedicine.medscape.com/article/1893992-technique
https://synapse.koreamed.org/ViewImage.php?Type=F&aid=22553&id=F2&afn=63_JKMS_29_1_69&fn=jkms-29-69-g002_0063JKMS
8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului aorto-coronarian. Tipul
de sutură
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3867628/
8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului periferic.
Tipul de sutură
https://www.romanianjournalcardiology.ro/arhiva/arterial-bypass-a-surgical-method-in-treatment-of-peripheral-arterial-obstructive-disease-of-the-lower-limbs
8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului.
Raportul între diametrul grefei si diametrul arterei gazdă
8. Procedura de bypass Factori care influențează hemodinamica bypass-ului.
Raportul între diametrul grefei si diametrul arterei gazdă
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Geometria grefei
(a) Grefe drepte;
(b) Grefe elicoidale;
(c) Șunt artero-venos elicoidal.
Tendințe: grefe elicoidale
Grefele elicoidale induc o
curgere cu structură elicoidală,
zonele de recirculare se reduc
și câmpul hemodinamic în zona
de anastomoză este
îmbunătățit.
https://vascular-flow.com/intervention/
8. Procedura de bypass
Factori care influențează
hemodinamica bypass-ului.
Geometria grefei
Tendințe:
grefe elicoidale
Grefele elicoidale
induc o curgere
cu structură
elicoidală, zonele
de recirculare se
reduc și câmpul
hemodinamic în
zona de
anastomoză este
îmbunătățit.
https://www.nature.com/articles/s41598-017-01930-x
8. Procedura de bypass
Factori care influențează hemodinamica bypass-ului. Geometria grefei
Tendințe:
grefe elicoidale
Grefele elicoidale induc o
curgere cu structură
elicoidală, zonele de
recirculare se reduc și
câmpul hemodinamic în
zona de anastomoză este
îmbunătățit.
https://content.iospress.com/articles/bio-medical-materials-and-engineering/bme877
9. Valvele cardiace
Anatomie și fiziologie
https://www.drugs.com/health-guide/heart-valve-problems.html
https://www.cormedicalgroup.com/conditions/valve-disease/
9 Valvele cardiace
Anatomie și fiziologie
https://www.shutterstock.com/search/heart+valve
9 Valvele cardiace
Patologia valvelor cardiace. Stenoza
https://www.drugs.com/health-guide/heart-valve-problems.html
https://www.premierhealth.com/HeartValves/
9 Valvele cardiace
Istorie
L.P. Dasi, H. A. Simon, P. Sucosky, A.P. Yoganathan, Fluid mecahnics of artificial heart valves. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2009 February ; 36(2): 225–237. doi:10.1111/j.1440-1681.2008.05099.x.
9. Valvele cardiace Criterii pentru dezvoltarea de proteze valvulare
Durabilitate mare, cel puţin egală cu durata de viaţă previzibilă a
pacientului.
Flux sangvin central fără turbulenţă.
Gradient transvalvular absent.
Absenţa fluxului de regurgitare.
Răspuns rapid la modificările gradientului presional.
Să nu determine modificări pe miocardul adiacent.
Rezistenţă la infecţia endocardului.
Absenţa hemolizei.
Non-trombogenicitate fără anticoagulant.
Să fie silenţioasă nesupărătoare pentru pacient.
Posibilitatea de conservare prelungită.
Implantare uşoară.
9 Valvele cardiace
Tipuri de valve
Valve biologice (porcine, bovine, cadavru uman);
Valve artificiale (mecanice).
https://inimabuna.com/author/petru/
9 Valvele cardiace
9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor
9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor
Durabilitate în dezvoltare
Nu necesita tratament cu
anticoagulante
Silenţioase
Durabilitate dovedită
Tratament permanent
cu anticoagulante
Zgomotoase
9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor biologice
9 Valvele cardiace
Structura valvelor biologice de origine porcină
9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor mecanice
Valve cu bilă
- acest design foloseşte un ocluder sferic menţinut în poziţie de o „cutie
metalică‖. Valvele naturale ale inimii permit sângelui să curgă exact prin
centrul (mijlocul valvei)
– flux central, în timp ce valvele artificiale cu bilă blochează complet
acest flux, producând turbulenţe sangvine (coliziuni cu ocluderul)
provocând afectări ale celulelor sangvine. Datorită acestui fapt prezintă
o trombogeneză crescută (stimulează formarea cheagurilor sangvine)
9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor mecanice
9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor mecanice
Valve monodisc
Monodisc (tilting disc) (Medtronic, Omniscience, Allcarbon)
Profil jos
Orificiul mai larg decât la cele cu bilă
Tehnică meticuloasă de implantare pentru a evita interferenţa aparatului
subvlvular
folosesc drept ocluder un disc basculant pentru a mima mai bine
carateristicile de curgere naturală ale sângelui prin inimă. Această
caracteristică basculantă permite un flux sanguin mai centrat, dar împiedică
total regurgitarea. Încă se produc afectări ale celulelor sangvine.
Prezintă risc destul de scăzut de tromboză şi de infecţii, dar nu le elimină
complet
9 Valvele cardiace
Hemodinamica
valvelor artificiale
L.P. Dasi, H. A. Simon, P. Sucosky, A.P. Yoganathan, Fluid mecahnics of artificial heart valves. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2009 February ; 36(2): 225–237. doi:10.1111/j.1440-1681.2008.05099.x.
Dezvoltarea
zonelor de
recirculare
9 Valvele cardiace Caracteristicile valvelor mecanice
Valva ideală nu este încă disponibilă, iar caracteristicile atât pozitive, cât
şi negative ale valvelor disponibile astăzi trebuie luate în considerare de
fiecare dată când se alege valva cea mai potrivită pentru un anumit
pacient.
Valva cardiacă optimă exercită o rezistenţă minimă la fluxul sangvin, şi
permite doar regurgitări retrograde nesemnificative în momentul închiderii
valvulare. Design-ul trebuie să cauzeze turbulenţe şi stază minime in vivo
în timpul condiţiilor de curgere fiziologice.
Rezistenţa de deschidere la fluxul sangvin este determinată de:
- diametrul orificiului valvular, de dimensiunea, forma şi greutatea ocluderului
(valvei);
- unghiul de deschidere, precum şi orientarea cuspelor faţă de planul orificiului
mitral anular pentru orice dimensiune anulară dată
Valva cardiacă ideală trebuie să fie îndeajuns de durabilă pentru a rezista în condiţii
bune o viaţă şi trebuie să fie construită din biomateriale care sunt neantigenice,
netoxice, nonimunogenice şi necarcinogenice. În acelaşi timp valva trebuie să prezinte
o incidenţă minimă a tromboembolismului.
10. Asistarea mecanică a circulației
Scop:
Asigurarea debitului sangvin necesar irigării țesuturilor organismului uman
Indicații:
Pacienților a căror funcție cardiacă este redusă temporar;
Pacienților decompensați a căror circulație trebuie realizată asistat
până la transplantul cardiac.
PACIENT
Echipament de asistare
mecanica a circulatiei
Sistem de recirculare a sangelui
cu sau fara filtrare/oxigenare
10. Asistarea mecanică a circulației
Balon de contrapulsație intraaortic
Dispozitive de asistare ventriculară
Echipament de circulație extracorporeală
Echipamente de hemofiltrare
Extracorporeal Membrane Oxigenation
https://www.researchgate.net/publication/275142730_Mechanical_circulatory_support_in_cardiogenic_shock/figures?lo=1
https://www.nhlbi.nih.gov/health-topics/total-artificial-heart
Inima artificială
10. Asistarea mecanică a circulației
Tipuri de pompe
http://www.azprocede.fr/Cours_GC/pompe_centrifuge_roue.html
Pompe centrifugale Pompe peristaltice
10. Asistarea mecanică a circulației
Tipuri de pompe
https://www.radcliffecardiology.com/image-gallery/figure-1-mechanical-circulatory-support-devices
10. Asistarea mecanică a circulației
Left Ventricular Assist Devices – LVAD
(Dispozitiv de asistare mecanică ventriculară)
https://www.aerjournal.com/articles/burden-ventricular-arrhythmias-device-implantation
10. Asistarea mecanică a circulației
Left Ventricular Assist Devices – LVAD
(Dispozitiv de asistare mecanică ventriculară)
https://www.aerjournal.com/articles/burden-ventricular-arrhythmias-device-implantation
10. Asistarea mecanică a circulației
Rata de supraviețuire a pacienților cu LVAD
INTERMACS—Kaplan-Meier survival by flow type and device primary prospective implants: June 23, 2006 to June 30, 2014. (BiVAD=biventricular assist device; LVAD=left
ventricular assist device; TAH=total artificial heart.)
Mark S. Slaughter, Chronic Implantable Mechanical Circulatory Support 50 Years Later: Still Shooting for the Stars!, Ann Thorac Surg 2015;99:749–51
10. Asistarea mecanică a circulației
Inima artificială
http://www.rcsismj.com/4th-edition/heart-tx/
10. Asistarea mecanică a circulației
Extracorporeal Membrane Oxigenation (ECMO)
Definitie. ECMO este o procedura speciala de sustinere a functiei pulmonare si
cardiace cu ajutorul pompei de circulatie extracorporeala. Este folosita in special la
nou nascuti si copii cu afectare pulmonara severa dar si la adulti cu insuficenta
cardiorespiratorie.
Scopul acestei metode este de a asigura un suport mecanic functiei ventilatorii de
oxigenare a sangelui si indepartarea excesului de CO2 si prin aceasta de
ameliorare si a functiei cardiace.
ECMO ajuta plamanul si cordul pe perioada critica prin preluarea partiala a functiei
acestora, dar nu se adreseaza direct bolii de baza.
Prezentare tehnica.
ECMO se compune din: o pompa centrifugala mobila ce regleaza parametrii
hemodinamici (debit, volum, temperatura sangelui), oxigenatorul si tubulatura ce
conecteaza canulele speciale inserate in sistemul arterial si venos al pacientului.
Exista doua tipuri de ECMO: veno-arterial care suporta plamanii si cordul si veno-
venos care suporta doar functia pulmonara.
10. Asistarea mecanică a circulației
Sistemul de circulație extracorporală
10. Asistarea mecanică a circulației
Sistemul de circulație extracorporală
10. Asistarea mecanică a circulației
Sistemul de circulație extracorporală
11 Hemodinamică numerică
= ramura hemodinamicii care se ocupă cu soluționarea numerică a ecuațiilor
asociate curgerii sângelui prin segmentul vascular investigat
Caracteristici:
Utilizează instrumentele matematice și computaționale ale Mecanicii
Fluidelor;
Condițiile de analiză sunt specifice sistemului cardiovascular (debit
mediu/ciclu cardiac).
11 Hemodinamică numerică
PACIENT
Reconstructie și discretizare geometrie
Analiză numerică propriu-zisă
Posprocesare date numerice: interpretare
parametrii hemodinamici
Utilizarea medicală a datelor obținute pentru:
- Analiza parametrilor hemodinamici prin segmentul vascular investigat în situații fiziologice
normale și ;
- Planificarea intervențiilor (stentare, procedura de bypass, etc.);
- Predicția evoluției în timp a parametrilor hemodinamici din zonele de interes;
- Îmbunătățirea procedurilor terapeutice sau de investigație prin îmbunătățirea parametrilor
hemodinamici din zonele de interes critice;
11 Hemodinamică numerică
Etapele analizei numerice:
1. Achiziția imaginilor prin tehnici specifice angiografice CT sau RMN;
2. Segmentarea imaginilor și reconstrucția 3D a segmentului investigat;
3. Exportul modelului într-o aplicație software de specialitate de proiectare asistată
de calculator și discretizarea acestuia în elemente finite;
4. Impunerea condițiilor la limită, reprezentând stabilirea condițiilor în care este
realizată analiza. Pentru a simula evoluția reală a pacientului investigat, se
impune ca și condiții de intrare și ieșire din segmentul investigat, parametrii
fiziologici specifici pacientului (condiția de intrare fiind reprezentată de ciclul
cardiac);
5. Realizarea analizei numerice computaționale propriu-zise;
6. Post-procesarea rezultatelor obținute prin analiza numerică;
7. Validarea rezultatelor prin raportarea acestora la valori măsurate in vivo.
Validarea rezultatelor crește gradul de încredere a metodologiei utilizate și a
rezultatelor obținute.
11 Hemodinamică numerică
11 Hemodinamică numerică
Analiza hemodinamică se poate realiza în următoarele regimuri:
Staționar (parametrii hemodinamici variază în timp);
Nestaționar (parametrii hemodinamici variază în timp);
Impunerea condițiilor la limită asociată secțiunii de intrare se poate
realiza în cele 2 regimuri astfel:
Staționar (debit, viteză de curgere a sângelui prin secțiunea de
intrare constantă), exemplu: debitul mediu coronarian drept 200 ml/min;
Nestaționar (debit, viteză de curgere a sângelui
prin secțiunea de intrare variabilă în timp),
exemplu: ciclul cardiac.
11 Hemodinamică numerică
Pași în realizarea analizei numerice propriu-zise în Fluent:
Definirea tipului de Solver necesar soluţionării numerice: 2D sau 3D;
Importarea fişierului *.msh, cu domeniul de curgere discretizat;
Verificarea discretizării, cu ajutorul comenzii ―Check grid‖;
Selectarea caracteristilor de Solver utilizat;
Selectarea ecuaţiilor de bază corespunzătoare problemei care urmează a fi
soluţionată: regim curgere laminar sau turbulent (sau nemiscibil), modele de
transfer de căldură, etc.;
Specificarea proprietăţilor de material;
Specificarea condiţiilor la limită;
Ajustarea parametrilor de control ai soluţiei (criteriul de convergenţă);
Iniţializarea condiţiilor iniţiale a curgerii;
Calculul propriu-zis al soluţiei;
11 Hemodinamică numerică Definirea condițiilor la limită:
Condiţiile la limită necesare a fi definite, se pot clasifica astfel:
Condiţii de intrare şi de ieşire: pressure inlet, velocity inlet, mass flow inlet, inlet
vent, intake fan, pressure outlet, pressure far-field, outflow, outlet vent, exhaust
fan
Conditii la perete şi repetabilitate: perete, simetrie, periodicitate, axă de simetrie
Condiţii pentru celulele zonelor interne: fluid, solid (mediul poros este
corespunzător zonei fluide)
Condiţii pentru feţele interne: fan, radiator, porous jamp, perete, interior
11 Hemodinamică numerică
Schema generală de realizare a analizei CFD propriu-zise
11 Hemodinamică numerică
Factori care influențează rezultatele obținute prin analiză numerică:
Reconstrucția fidelă a segmentelor vasculare pe baza imaginilor
angiografice CT/RMN,
Discretizarea și pregătirea modelului geometric pentru analiza
computațională,
Acuratețea condițiilor utilizate în analiza CFD (utilizarea condițiilor la limită
specifice pacientului, precum proprietățile fizice ale sânge, debit vascular
specific segmentului investigat),
Realizarea analizei hemodinamice computaționale CFD propriu-zise
(alegerea regimului de curgere corect (laminar/turbulent), parametrii
asociați ecuațiilor matematice, modele de turbulență, alegerea criteriului
de convergență),
Post-procesarea rezultatelor obținute pentru a fi utilizate în practica
clinică.
11 Hemodinamică numerică
Parametrii hemodinamici investigați prin CFD
Printre parametrii hemodinamici importanți care pot fi investigați prin
analiză numerică se află:
Câmpul de presiune: presiune, cădere de presiune;
Câmpul de viteză: viteza de curgere a sângelui (reprezentare sub formă
de hartă de culori / reprezentare vectorială);
Tensiunea de frecare la perete (WSS – wall shear stress);
Helicitatea;
Vorticitatea.
9.1 Hemodinamică numerică Avantajele analizei numerice Dezavantajele analizei numerice
Permite investigarea noninvazivă a sistemului
cardiovascular
Implică resurse computaționale importante
Permite analiza unor situații complexe fără a fi
necesară “încercarea directă pe pacient”
Timp crescut pentru realizarea unei analize
numerice (timpul unei analize depinde de
complexitatea temei abordate, ex. pentru o
geometrie complexă analiza pe un singur ciclu
cardiac poate dura săptămâni-luni), ceea ce poate
întârzia anumite proceduri medicale în cazul în
care acestea sunt urgente
Rezultate obținute permit medicului să
îmbunătățească anumite tehnici și să
personalizeze intervenția pentru fiecare pacient în
part
Rezultatele obținute sunt influențate de factorii
asociați tuturor pașilor analizei numerice
(geometrie, discretizare, parametrii setați în
Solver, etc.)
Este posibilă analiza personalizată fiecărui pacient
și astfel personalizarea fiecărui tratament care
implică modificarea parametrilor hemodinamici
Rezultatele obținute trebuie validate cu un model
experimental a putea avea un grad ridicat de
încredere
Permite realizarea unui număr mare de analize
fără a fi necesară “încercarea directă pe pacient”
Permite vizualizarea și interpretarea unui număr
mare de parametrii hemodinamici în cadrul
aceleași analize numerice
12 Hemodinamică experimentală
Un stand experimental trebuie să conţină următoarele componente principale:
- Pompă;
- Unitate de comandă (în cazul standurilor în care se utilizează o
pompă programată extern);
- Traseu hidraulic;
- Echipamente de măsură;
- Echipamente de control;
- Echipamente de achiziţie a datelor;
- Secţiunea de test;
- Rezervor.
Echipamentele de măsură utilizate pot fi de tip traductori sau senzori.
În funcţie de tipul de analiză realizată, secţiunea de test poate fi realizată din
următoarele materiale:
- Materiale transparente (sticlă, plexiglas), în cazul analizelor în care se
realizează vizualizări ale curgerii;
- Materiale opace (oţel), în cazul analizelor în care se nu se impun
vizualizări.
12 Hemodinamică experimentală
În cazul analizelor hemodinamice experimentale, pentru o bună vizualizare
experimentală a fenomenului de curgere, dimensiunea modelului experimental
este mai mare faţă de dimensiunea modelului fizic, fiind utilizate astfel, criterii
de similitudine.
Echipamente de vizualizare [4]
Echipamentele şi tehnicile de vizualizare a curgerilor cel mai frecvent utilizate
sunt:
- PUDA (pulsed ultrasonic doppler anemometry);
- LDV (laser doppler velocimetry);
- PIV (particle image velocimetry);
- HSV (high speed visualization).
Echipamentele de măsură pot fi, din punct de vedere al afişajului şi al
prelucrabităţii, analogice sau digitale. În cazul echipamentelor digitale, datele
experimentale pot fi achiziţionate şi cu ajutorul unui computer. Această tehnică
permite prelucrarea complexă a datelor experimentale.
În cazul măsurătorilor cantitative, utilizând tehnici laser, secţiunea de test
trebuie să fie prevăzută cu ferestre optice.
12 Hemodinamică experimentală
12 Hemodinamică experimentală