Geri Dön

Hemodynamics of transition from fetal to neonatal circulation: modeling of clinical pre- and perinatal interventions

Fetalden yenidoğan dolaşımına geçişte kan akış dinamikleri: klinikteki prenatal ve perinatal müdahelelerin modellenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 367643
  2. Yazar: MEHMET BERK YİĞİT
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. KEREM PEKKAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyomühendislik, Fizyoloji, Çocuk Cerrahisi, Bioengineering, Physiology, Pediatric Surgery
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2014
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 90

Özet

Yetişkin ve fetal dolaşım sistemlerinde global kan akış fizyolojisinin incelenmesinde Lumped Parametre Modelleri (LPM) yaygın olarak kullanılır. Geç dönem fetal dolaşımı incelemek icin bir LPM geliştirildi. Fetal LPM iki klinik uygulamanın incelenmesinde kullanıldı: 1) umbilikal kordonun erken veya geç klemplenmesinin fetalden yenidoğan dolaşım sistemine geçişte kan akış dinamikleri ve solunum üstündeki etkileri, 2) hipoplastik sol kalp sendromu (HSKS) fetüslerinde maternal hiperoksijenasyon tedavisinin hipoplastik damarlardaki gelişmeyi desteklemesi açısından arteriyel akış dinamikleri üzerindeki etkisi. Fetalden yenidoğan dolaşım sistemine geçişteki kan akış dinamikleri kompleks fizyolojik değişimler tarafından yönetilir ve bu süreç yetişkin biventriküler dolaşım sistemine adaptasyonla sonuçlanır. Bu kritik dönemdeki klinik uygulamaların sağlıklı yenidoğanlarda ve konjenital kalp bozuklularına sahip yenidoğan hastalarda organ fizyolojisi üstünde hayati etkileri vardır. Özellikle, erken ve geç umbilikal kordon klempleme prosedürlerinin geçişsel (fetalden yenidoğana) kan akış dinamiklerinde önemli bir faktör olduğu gözlemlenmiştir. Klinikte, bu özel fizyolojik durumun sayısal olarak anlaşılmasına duyulan ihtiyaçtan yola çıkarak geç gebelik dönemiyle yenidoğan sürecini kapsayan fetal dolaşım ve solunum sisteminin LPM'ini geliştirdik. Birinci uygulamada, fetal hayattan yenidoğan dolaşımına geçiste, kordon klemplenlenmesinin erken veya geç (sirasiyla, EKK ve GKK) gerçekleştirilmesinin ventriküler ve solunuma dair performans kriterleri üstündeki etkilerinin karşılaştırılmalı olarak inceledik. Oluşturduğumuz modelin gerçeğe uygunluğunu klinik data kullanarak onayladık ve kordon klempleme prosedürlerinin kan akış dinamikleri ve solunum gazları üstündeki etkilerini tahmin etmede kullandık. Klinik verilere dayanarak modellenen zamana bağlı değişen direnç fonksiyonları geçişsel dönemdeki damarsal donüşümleri simule etmek icin kullanıldı. GKK sonucunda gerçekleşen plasental transfüzyon (53 ml) neonatal kan hacmini 19.3% artırdığı gözlemlendi. Artan kan hacminin, EKK'yle karşılaştırıldığında, sol ve sağ preload (kulakçık) basınçlarında % 32 ve % 73 lik bir artış sağladı gözlemlendi , böylece kalp debisinde (KD) % 20'lik bir artış sağlandı (KDEKK=1148 ml/dk: KDGKK)=1379 ml/dk). Geliştirdiğimiz model in vivo dinamik kan akış paternlerini gerçeğe uygun olarak tahmin etmekte başarılı oldu. Akciğer solunumunun sorunlu başlaması veya solunum başlangıcının gecikmesi durumunda, GKK sayesinde plasental oksijenasyonun sürdürülebildiği gösterildi. Aynı koşullar altında, EKK sırasında oksijen satürasyonlarında %20 -%25'lik ciddi bir düşüş gözlemlendi. Sonuç olarak, kan hacmini artırması ve plasental solunumu sürdürmesi sayesinde, GKK'nin fetalden yenidoğan dolaşımına geçiş sırasında kan akış dinamikleri üzerinde ciddi derecede destekleyici etkisi gösterilmiştir. İkinci uygulama, maternal hiperoksijenasyon tedavisinde, artan kan oksijen satürasyonuna bağlı olarak gelişen pulmoner ve ductus arteriosus (DA) vazoaktivitenin HSKS'da aortik akış dinamikleri üstündeki etkisinin parametrik incelemesine adanmıştır. Fetal HSKS (taban model), az gelişmiş sol kalp ve aortayi yansıtacak şekilde modellendi. DA'daki vazokonstriksiyon DA'nın akış direncini artırarak (maksimum taban modelin % 1600'ne çıkarılmıştır capta yarılanma); pulmoner vazodilatasyon pulmoner vasküler direnci (PVR) azaltarak (maksimum taban modelin % 25'ine düşürülmüştür) modellendi. DA'daki vazokonstriksiyon ve pulmoner vazodilatasyonun sol ventriküler debiyi önemli derecede artırdığı gözlemlendi. Modeldeki maksimal hiperoksijenasyon şartları altında (DA direnç 1600%, PVR %25), asendan aorta ve transvers aortik kaviste pulsatil ve ortalama akış debileri iki kat arttı. Asendan aortada hesaplanan Pulsatil index (PI) bütün simülasyon koşullarda yaklaşık olarak sabit kaldığı gözlendi (bu gözlem Pulsatil akışın ortalama akışla eşit derecede etkilendiğini gösterir). DA'deki PI'n artan DA direnci ve azalan PVR'la azaldığı gözlemlendi. Bölüm 1'de LPM'e Giriş sunulmuştur. Bölüm 2, Bölüm 3 ve Bölüm 4'te LPM'de kullanılan kan akış ve solunum denklemlerinin teorik ve nümerik incelemesi verilmiştir. Bölüm 5'te fetal dolaşım sisteminin LPM'i oluşturulmuş ve klinik verilerle gerçekliği gösterilmiştir. Bölüm 6 ve Bölüm 7'de sırasıyla göbek kordon klempleme zamanına bağlı yenidoğan akış dinamikleri incelemesi ve maternal hiperoksijenasyon tedavisinin uygulamaları sunulmuştur.

Özet (Çeviri)

Lumped parameter models (LPM) are used extensively for the investigation of the global adult and fetal circulatory blood flow physiology. A LPM is developed for the healthy fetal circulation at term. Two applications of the fetal LPM are the investigation of 1) the effect of umbilical cord clamping on the hemodynamics and gas exchange of the transition from fetal to neonatal circulation, 2) the impact of maternal hyperoxygenation on the arterial flow dynamics for the promotion of vascular growth in the hypoplastic left heart syndrome (HLHS) fetus. Hemodynamics of fetal to neonatal transition is orchestrated through complex physiological changes and results in cardiovascular adaptation to adult biventricular circulation. Clinical practice during this critical period can influence vital organ physiology both for normal newborns and for patients with congenital heart defects. Particularly, the cord clamping procedure, immediate (ICC) vs. delayed cord clamping (DCC) is observed to be an important factor for the transitory fetal hemodynamics. The clinical need for a quantitative understanding of this physiology motivated the development of a LPM of the fetal cardio-respiratory system covering late-gestation to neonatal period. In the first application, ICC and DCC procedures are investigated to elucidate their relative influence on the ventricular and respiratory performances during the transition to extrauterine circulation. LPM is validated and employed to predict the effects of cord clamping procedures on the hemodynamics and vital gases. We introduced clinical time-dependent resistance functions to simulate the vascular changes. For DCC, placental transfusion (53 ml) increased neonatal blood volume by 19.3%. This increased blood volume is reflected in an increase in preload pressures by 32% in left and by 73% in right ventricles compared to ICC , which in turn increased the cardiac output (CO) by 20% (COICC= 1148 ml/min; CODCC=1379 ml/min). Our model accurately predicted dynamic flow patterns in vivo. DCC was shown to maintain oxygenation if the onset of pulmonary respiration is delayed or impaired. On the other hand, significant decrease by 20-25% in oxygen saturations was observed in the ICC under the same physiological conditions. We conclude that DCC has a significant impact on newborn hemodynamics, mainly because of the improved blood volume, and the sustained placental respiration. The second application is devoted to the parametric investigation of the impact of pulmonary and ductus arteriosus (DA) vasomodeling under increased fetal oxygen tension on the steady and pulsatile flow dynamics in the aortic region of HLHS. LPM parameters are altered to model fetal HLHS circulation by decreasing the size of left ventricle and aortic vasculature. Vasoconstriction of the DA and vasodilatation in the pulmonary bed were modeled as an increase in the DA resistance (maximal increase by sixteen folds) and a decrease in the pulmonary vascular resistance (PVR) (maximal decrease by 75%). Vasoconstriction of ductus arteriosus and vasodilatation of pulmonary vasculature effectively improved the pulmonary venous return and the left ventricular output compared to baseline conditions. Pulsatile and mean flow rates in the ascending aorta and in the aortic arch increased by two folds under maximal hyperoxygenation conditions. Pulsatility index (PI) in the ascending aorta is consistent in all cases indicating that flow pulsatility changes proportionally with the mean aortic flow. PI in the DA decreases with increased DA resistance, and increased with decreased PVR. Chapter 1 is devoted to the introduction to the cardiovascular physiology and LPM. Chapter 2, Chapter 3, and Chapter 4 provides necessary background for the theroretical and numerical aspects of the governing equations employed in the hemodynamic and respiratory LPM. In Chapter 5, LPM of the fetal circulation is constructed and validated with clinical data. In Chapter 6 and Chapter 7, applications of umbilical cord clamping and maternal hyperoxygenation therapy are presented.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    873021

    Nöroaksiyel bloklar ile yapilan sezaryen ameliyatlarında yenidoğan serebral oksijenizasyonunun near infrared spektroskopi (NIRS) ile değerlendirilmesi

    Assessment of neonatal cerebal oxygenation using near-infrared spectroscopy (NIRS) in cesarean sections performed with neuraxial blocks

    AHSEN GÜR ÇELİK

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Anestezi ve ReanimasyonSağlık Bilimleri Üniversitesi

    Anesteziyoloji ve Reanimasyon Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DERYA KARASU

  2. Tez No

    392877

    Validation of the first Turkish axial-flow left-ventricular assist device using particle image velocimetry (PIV)

    İlk Türk eksenel-akışlı sol-ventrikül destek pompasının (SVDP) parçacık hızı görüntüleme (PHG) tekniğiyle validasyonu

    SINA DADGAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    BiyomühendislikBahçeşehir Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Assoc. Prof. Dr. SARPER ÖZHARAR

    Prof. Dr. MESUT EROL SEZER

  3. Tez No

    909051

    Hemodynamic characterization of heart and venous valves based on multi-phase blood flow and FSI modelling

    Çok fazlı kan akışı ve FSI modellemesine dayalı kalp ve venöz kapakçıkların hemodinamik karakterizasyonu

    REZA DARYANI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ

  4. Tez No

    810516

    Large eddy simulations of hemodynamics in aortic stenosis models

    Aort kapak darlığı modellerinde kan akışı dinamiklerinin büyük girdap simülasyonları ile incelenmesi

    SİNAN SAVAŞKAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CÜNEYT SERT

  5. Tez No

    341245

    Computational fluid dynamic analysis of axial-flow left-ventricular assist device

    Eksenel akışlı sol-ventrikül destek cihazı hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi

    KORAL TOPTOP

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    BiyomühendislikBahçeşehir Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. KAMURAN KADIPAŞAOĞLU

    PROF. DR. EROL SEZER

Geri Dön