Численное моделирование функциональных особенностей разных типов структурных компонентов (биюнитов) внутриорганного венозного русла селезенки в норме

Цель - установить функциональные (проводящая, дренирующая, опорная) особенности разных типов структурных компонентов (биюнитов) внутриорганного венозного русла селезенки (ВВРС) путем их численного моделирования, основанного на результатах морфометрии.

Материалы и методы. В качестве объектов для исследования использовали виртуальные (цифровые) модели разного типа биюнитов ВВРС, основанные на ранее полученных их морфометрических характеристиках. Выделяли биюниты ВВРС 4 типов: 1 тип - полная асимметрия, диаметр проксимального сегмента (D) не равен диаметрам большего (dmax) и меньшего (dmin) дистального сегмента D≠dmax≠dmin, 2 тип - боковая асимметрия, D=dmax, D≠dmin, 3 тип - односторонняя симметрия, D≠dmax, dmin=dmax, 4 тип - полная симметрия, D=dmax=dmin. Для анализа проводящей функции (гемодинамическое сопротивление) и опорной (жесткость конструкции) виртуальных моделей биюнитов ВВРС разного типа применяли компьютерную программу ANSYS Student. Анализ дренирующей функции виртуальных моделей разного типа биюнитов ВВРС проводили с использованием компьютерной программы Vasculograph.

Результаты. Установлено, что в направлении увеличения значения показателя, характеризующего 1) гемодинамическое сопротивление, биюниты ВВРС разного типа расположились следующим образом: 1-го типа, 2-го типа, 3-го типа и 4-го типа; 2) дренирующую функцию: 4-го типа, 2-го типа, 3-го типа и 1-го типа; 3) опорную функцию: 4-го типа, 3-го типа, 2-го типа и 1-го типа.

Заключение. Разного типа биюниты ВВРС в неравной степени принимают участие в выполнении проводящей, дренирующей и опорной функций. Основная роль в выполнении функций по проведению крови, дренированию ткани селезенки и созданию «мягкого скелета» органа принадлежит биюнитам ВВРС 1-го типа. В качестве морфометрического эталона нормы ВВРС можно использовать морфометрические характеристики биюнитов 1-го типа.

1. Jones C. Surgery of the spleen. Surgery (Oxford). 2022;40(4):274-276. DOI: 10.1016/j.mpsur.2022.01.006.

2. Lee J.E., Cho J.S., Shin K.S., Kim S.S., You S.K., Park J.W., Shin H.S., Yoon Y.C. Diffuse Infiltrative Splenic Lymphoma: Diagnostic Efficacy of Arterial-Phase CT. Korean Journal of Radiology. 2016;17(5):734-741. DOI: 10.3348/kjr.2016.17.5.734.

3. Asaadi S., Martins K.N., Lee M.M., Pantoja J.L. Artificial intelligence for the vascular surgeon. Seminars in Vascular Surgery. 2023;36(3):394-400. DOI: 10.1053/j.semvascsurg.2023.05.001.

4. Lareyre F., Yeung K.K., Guzzi L., Di Lorenzo G., Chaudhuri A., Behrendt C.A., Spanos K., Raffort J. Artificial intelligence in vascular surgical decision making. Seminars in Vascular Surgery. 2023;36(3): 448-453. DOI: 10.1053/j.semvascsurg.2023.05.004.

5. Miltykh I., Kafarov E.S., Covantsev S., Dadashev A.S., Skarlis A.A., Zenin O.K. A new dimension in medical education: Virtual reality in anatomy during COVID-19 pandemic. Clinical Anatomy. 2023;36(7):1007-1015. DOI: 10.1002/ca.24098.

6. Ishikawa Y., Ehara K., Yamada T., Matsuzawa N., Arai S., Ban D., Kudo A., Tanabe M., Kawashima Y., Sakamoto H. Three-dimensional computed tomography analysis of the vascular anatomy of the splenic hilum for gastric cancer surgery. Surgery Today. 2018;48(9):841-847. DOI: 10.1007/s00595-018-1679-y.

7. Bokor-Billmann T., Billmann F. Spleen. In: Billmann F, Keck T, eds. Essentials of Visceral Surgery : For Residents and Fellows. Springer; 2023:281-292. DOI: 10.1007/978-3-662-66735-4_11.

8. Wiik Larsen J., Søreide K., Søreide J.A., Tjosevik K., Kvaløy J.T., Thorsen K. Epidemiology of abdominal trauma: An age- and sex-adjusted incidence analysis with mortality patterns. Injury. 2022;53(10): 3130-3138. DOI: 10.1016/j.injury.2022.06.020.

9. Fredericks C.J., Galante J.M. Splenic injuries. In: Asensio JA, Meredith JW, eds. Current Therapy of Trauma and Surgical Critical Care (Third Edition). Elsevier; 2024:398-405. DOI: 10.1016/B978-0-323-69787-3.00068-X.

10. Savage S.A. Management of blunt splenic injury: down the rabbit hole and into the bucket. Trauma Surg Acute Care Open. 2023;8(Suppl 1):e001119. DOI: 10.1136/tsaco-2023-001119.

11. Зенин О.К., Кафаров Э.С., Косников Ю.Н., Байсултанов И.Х., Дмитриев А.В., Батаев Х.М. Аналитическая и трехмерная (3D) анатомия сосудистого русла почки человека. Грозный: Изд-во Чеченского гос. ун-та; 2021. 218 с.

12. Roux W. Ueber die verzweigungen der blutgefsse. Eine morphologische studie. Z Naturwiss. 1878;12:205-266.

13. Murray C.D. The physiological principle of minimum work: I. The vascular system and the cost of blood volume. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1926;12(3):207-214. DOI: 10/d4n7kt

14. Murray C.D. The physiological principle of minimum work applied to the angle of branching of arteries. Journal of General Physiology. 1926;9(6):835-841. DOI: 10/dq9qn9

15. Taylor D.J., Saxton H., Halliday I., Newman T., Hose D.R., Kassab G.S., Gunn J.P., Morris P.D. Systematic review and meta-analysis of Murray’s law in the coronary arterial circulation. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2024;327(1):H182-H190. DOI: 10.1152/ajpheart.00142.2024

16. Дадашев А.Ш., Милтых И.С., Зенин О.К., Кафаров Э.С. Морфометрические особенности разного типа структурных компонентов внутриорганного венозного русла селезенки. Человек и его здоровье. 2024;27(1):30-38. DOI: 10.21626/vestnik/2024-1/04. EDN: MKLSCV.

17. Кафаров Э.С., Дадашев А.Ш., Милтых И.С., Зенин О.К., авторы; ФГБОУ ВО Пензенский государственный университет, правообладатель. Количественная анатомия внутриорганного венозного русла селезенки. Российская Федерация Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2023621572. 18 мая 2023 г.EDN: JTQAFX.

18. Gharahi H., Zambrano B.A., Zhu D.C., DeMarco J.K., Baek S.Computational fluid dynamic simulation of human carotid artery bifurcation based on anatomy and volumetric blood flow rate measured with magnetic resonance imaging.International Journal of Advances in Engineering Sciences and Applied Mathematics. 2016;8(1):46-60. DOI: 10/f9tbwm.

19. Issa R.I. Solution of the implicitly discretised fluid flow equations by operator-splitting. Journal of Computational Physics. 1986;62(1):40-65. DOI: 10/fxgbtt.

20. Lechowicz R., Elwertowski M. Standards of the Polish Ultrasound Society. Ultrasound examination of the portal system and hepatic vessels. Journal of Ultrasonography. 2015;61:208-226. DOI: 10.15557/JoU.2015.0018

21. Зенін О.К., Нікітін О.В., Чвала О.О., Бешуля О.О., Томаш Д.С., автори. Спеціальна комп’ютерна система моделювання артеріального кровоносного русла людини («Vasculograph»)». Україна. Свідотство про реєстрацію авторського права на твір 29585. 27 липня 2009 р.

22. Xiong Z., Yan Y., Wang X., Liu Z., Luo X., Zheng T. The effect of splenic vein diameter on the diagnosis of portal vein thrombosis. Medical Physics. 2023;50(10):6614-6623. DOI: 10.1002/mp.16481

23. Vekilov D.P., Grande-Allen K.J. Mechanical Properties of Diseased Veins. 2018;14(3):182-187. DOI: 10.14797/mdcj-14-3-182

24. Rosen R. Optimality Principles in Biology. Springer US; 1967. DOI: 10.1007/978-1-4899-6419-9

25. Crandall C.L., Lin C.J., Wagenseil J.E. Major vascular ECM components, differential distribution supporting structure, and functions of the vasculome. In: The Vasculome. Elsevier; 2022:77-86. DOI: 10.1016/B978-0-12-822546-2.00010-1

26. Valaris S., Kostourou V. Cell-Extracellular Matrix Adhesions in Vascular Endothelium. In: Papadimitriou E, Mikelis CM, eds. Matrix Pathobiology and Angiogenesis. Vol. 12. Biology of Extracellular Matrix. Springer International Publishing; 2023:175-204. DOI: 10.1007/978-3-031-19616-4_7