Udformning af klumpede parametre og finite elementer af hjertesvigt med bevaret udslyngningsfraktion

Videnskabelige bestræbelser inden for beregningsmæssige modellering af hjerte-kar-sygdomme har i vid udstrækning fokuseret på hjertesvigt med reduceret udslyngning fraktion (HFrEF), stort set med udsigt over hjertesvigt med bevaret udslyngning fraktion (HFpEF), som for nylig er blevet en dominerende form for hjertesvigt på verdensplan. Motiveret af manglen på HFpEF i silico repræsentationer, to forskellige beregningsmæssige modeller er præsenteret i dette papir for at simulere hæmodynamik af HFpEF som følge af venstre ventrikeltryk overbelastning. For det første blev en objektorienteret engangsparametermodel udviklet ved hjælp af en numerisk problemløser. Denne model er baseret på et nuldimensionelt (0D) Windkessel-lignende netværk, som afhænger af de geometriske og mekaniske egenskaber ved de konstituerende elementer og giver fordelen ved lave beregningsomkostninger. For det andet blev en FEA-softwarepakke (Finite Element Analysis) brugt til implementering af en flerdimensional simulering. FEA-modellen kombinerer tredimensionelle (3D) multifysikmodeller af den elektromekaniske hjerterespons, strukturelle deformationer og væskehulrumsbaseret hæmodynamik og bruger en forenklet klumpet parametermodel til at definere flowudvekslingsprofilerne blandt forskellige væskehulrum. Gennem hver tilgang blev både de akutte og kroniske hæmodynamiske ændringer i venstre ventrikel og proksimale vaskulatur som følge af trykoverbelastning med succes simuleret. Specifikt blev trykoverbelastning modelleret ved at reducere åbningsområdet for aortaklappen, mens kronisk ombygning blev simuleret ved at reducere overholdelsen af venstre ventrikelvæg. I overensstemmelse med HFpEF's videnskabelige og kliniske litteratur viser resultaterne fra begge modeller (i) en akut højde af transaortisk trykgradient mellem venstre ventrikel og aorta og en reduktion i slagtilfældevolumen og (ii) et kronisk fald i det end-diastoliske venstre ventrikulære volumen, der indikerer diastolisk dysfunktion. Endelig viser FEA-modellen, at stress i HFpEF myocardium er bemærkelsesværdigt højere end i det sunde hjertevæv gennem hele hjertecyklussen.