Гидродинамические аспекты машинной перфузии донорских печени и почек: роль вычислительной гемодинамики

Актуальность. Машинная перфузия донорских органов утверждается в качестве стандарта консервации в трансплантологии, однако параметры перфузии — давление, объёмный поток, сосудистое сопротивление — по-прежнему устанавливаются эмпирически, без учёта гидродинамических особенностей конкретного органа. Вычислительная гемодинамика, в первую очередь одномерное (1D) и трёхмерное (3D) моделирование кровотока, предоставляет инструментарий для физически обоснованного выбора режимов перфузии.
Цель: описать концептуальную основу и методологию 1D-моделирования внутриорганного кровотока применительно к машинной перфузии донорских печени и почек; представить предварительные результаты апробации 1D-подхода на клиническом материале трансплантаций печени; изложить результаты 3D CFD-моделирования кровотока в системе воротной вены как основы для понимания перфузионной гидродинамики; предложить физически обоснованные режимы перфузии.
Материалы и методы. Построены 1D-модели сосудистых деревьев печени и почки на основе уравнений Навье–Стокса для трубчатых структур и закона Мюррея. Верификация 1D-модели артериального дерева печени проводилась у 80 пациентов, перенёсших трансплантацию в НИИ СП им. Н.В. Склифосовского. Для изучения гидродинамики системы воротной вены выполнено 3D CFD-моделирование в программном комплексе FlowVision версии 3.13.01 на двух геометрических моделях, построенных по КТ-данным реальных пациентов; выполнялись стационарные и нестационарные расчёты с учётом пульсаций кровотока по допплерографическим кривым.  
Результаты. Погрешность 1D-модели в расчёте давления в зоне артериального анастомоза составила не более 15%. Оптимизация техники реконструкции по CFD изменила тактику у 25% пациентов высокого риска, обеспечив рост WSS на 33,1% и сокращение протромботических зон на 64,3%. 3D CFD воротной вены показало, что качественные различия между ньютоновской (Навье–Стокс) и неньютоновской (Каро) реологическими моделями несущественны, что обосновывает применение менее затратной ньютоновской модели; выявлены три типа зон повышенного риска тромбоза — застой, рециркуляция, резкое изменение направления потока. Применительно к перфузиологии: для печени оптимальный портальный поток — 0,25–0,40 мл/мин/г при давлении 3–6 мм рт.ст.; переход к D-HOPE снижает зональную неравномерность перфузии ацинуса с 28–35% до 9–13%; для почки — 18–22 мм рт.ст. при потоке 0,8–1,2 мл/мин/г.
Заключение. Комбинация 1D-моделирования (быстрый расчёт распределения давления и потока по всему органу) и 3D CFD (пространственный анализ локальных гидродинамических рисков) обеспечивает наиболее полное физическое обоснование параметров машинной перфузии. Переход от эмпирических протоколов к вычислительно обоснованным режимам перфузии реалистичен уже на имеющемся клиническом материале.