Istraživači sa Univerziteta Northvestern razvili su prvu metriku zasnovanu na fizici za predviđanje da li bi osoba jednog dana mogla patiti od aneurizme aorte, smrtonosnog stanja koje često ne izaziva simptome dok ne pukne.
U novoj studiji, istraživači su predvideli abnormalni rast aorte merenjem suptilnog „treperenja“ u krvnom sudu pacijenta. Kako krv teče kroz aortu, to može izazvati treperenje zida krvnih sudova, slično kao što se traka talasa na povetarcu. Dok stabilan tok predviđa normalan, prirodan rast, nestabilno treperenje u velikoj meri predviđa budući abnormalni rast i potencijalno pucanje, otkrili su istraživači.
Nazvan „parametar nestabilnosti treperenja“ (FIP), nova metrika predviđa buduću aneurizmu sa tačnošću od 98% u proseku tri godine nakon što je FIP prvi put izmeren. Da bi izračunali personalizovani FIP, pacijentima je potrebno samo jedno skeniranje magnetnom rezonancom (MRI) sa 4D protokom.
Koristeći klinički merljivu, prediktivnu metriku, lekari bi mogli da prepišu lekove visokorizičnim pacijentima kako bi intervenisali i potencijalno sprečili da aorta otekne do opasne veličine.
Istraživanje je objavljeno ove nedelje (11. decembra) u časopisu Nature Biomedical Engineering.
„Aneurizme aorte se kolokvijalno nazivaju ‘tihe ubice’ jer često ostaju neotkrivene sve dok se ne dogodi katastrofalna disekcija ili ruptura“, rekao je Neelesh A. Patankar iz Northvesterna, viši autor studije. „Osnovna fizika koja pokreće aneurizme je nepoznata. Kao rezultat toga, ne postoji klinički odobren protokol za njihovo predviđanje. Sada smo pokazali efikasnost metrike zasnovane na fizici koja pomaže u predviđanju budućeg rasta. Ovo bi moglo biti transformaciono u predviđanju srčanih patologije.“
Stručnjak za dinamiku fluida, Patankar je profesor mašinstva na Northvestern’s McCormick School of Engineering. On je vodio studiju sa dr Tomom Džaom, koji je specijalizovan za prve principe biomehanike.
Aneurizma aorte nastaje kada aorta (najveća arterija u ljudskom telu) nabubri više od 1,5 puta od svoje prvobitne veličine. Kako raste, zid aorte slabi. Na kraju, zid postaje toliko slab da više ne može da izdrži pritisak krvi koja teče kroz njega, što dovodi do pucanja aorte. Iako retka, ruptura aorte je obično nepredvidiva i skoro uvek fatalna.
Nekoliko istaknutih ljudi umrlo je od aneurizme aorte, uključujući Granta Vala, sportskog novinara koji je iznenada preminuo pre godinu dana na Svetskom prvenstvu u fudbalu 2022. Ostale smrti slavnih uključuju Džona Ritera, Lusil Bol i Alberta Ajnštajna.
„Većina ljudi ne shvata da ima aneurizmu osim ako se slučajno ne otkrije kada dobiju skeniranje za nepovezano pitanje“, rekao je Patankar. „Ako ga lekari otkriju, mogu predložiti promene u načinu života ili prepisati lekove za snižavanje krvnog pritiska, otkucaja srca i holesterola. Ako se ne otkrije, može da pukne, što je trenutni katastrofalan događaj.“
„Ako pukne kada je osoba van bolnice, stopa smrtnosti je blizu 100%“, dodao je Džao. „Snabdevanje krvlju u telu prestaje, tako da kritični organi poput mozga više ne mogu da funkcionišu.“
Za trenutni standard nege, lekari procenjuju mogućnost rupture na osnovu faktora rizika (kao što su starost ili istorija pušenja) i veličine aorte. Da bi pratili rastuću aortu, lekari je prate redovnim skeniranjem slika. Ako aorta počne da raste prebrzo ili postane prevelika, onda će pacijent često biti podvrgnut hirurškom graftu da bi se ojačao zid krvnih sudova, što je invazivna procedura koja nosi sopstvene rizike.
„Naš kolektivni nedostatak razumevanja otežava praćenje progresije aneurizme“, rekao je Zhao. „Lekari moraju redovno da prate veličinu aneurizme tako što će snimati njenu lokaciju na svakih jednu do pet godina, u zavisnosti od toga koliko je brzo rasla ranije i da li pacijent ima neke povezane bolesti. Tokom ovog perioda ‘čekati i videti’, aneurizma može fatalno da pukne .“
Da bi uklonili nagađanje iz predviđanja budućih aneurizme, Patankar, Zhao i njihovi saradnici su pokušali da shvate osnovnu fiziku koja leži u osnovi problema. U opsežnom matematičkom radu i analizama, otkrili su da problemi nastaju kada treperavi zid posude prelazi iz stabilnog u nestabilan. Ova nestabilnost ili uzrokuje ili signalizira aneurizmu.
„Vleperenje je mehanički potpis budućeg rasta“, rekao je Patankar.
Da bi kvantifikovali prelazak iz stabilnosti u nestabilnost, istraživači su kombinovali krvni pritisak, veličinu aorte, krutost zida aorte, napon smicanja na zidu i brzinu pulsa. Dobijeni broj (ili FIP) karakteriše tačnu interakciju između krvnog pritiska i krutosti zida koja na kraju izaziva nestabilnost treperenja.
„Lekari su znali da su ovi faktori – krvni pritisak, frekvencija otkucaja srca i veličina aorte – bili uključeni, ali nisu znali kako da to kvantifikuju“, rekao je Patankar. „Ispostavilo se da je kombinacija faktora ono što je važno. Pacijent može imati nestabilan zid, ali aortu normalne veličine, tako da njihov doktor ne bi ni shvatio da postoji problem.“
Iznenađujuće, istraživači su otkrili da nestabilnost ima tendenciju da nastane kada je zid fleksibilniji. Ovaj nalaz direktno je u suprotnosti sa uobičajenim saznanjima da je ukočenost aorte znak bolesti.
„Pokazujemo da što je manje ukočeno, pacijent je u većem riziku za budući rast i rupture“, rekao je Zhao. „To je zato što kada aorta dostigne određenu veličinu, telo pokušava da je učvrsti kako bi je naizgled zaštitilo od budućeg rasta. Ali one koje još rastu su manje krute. Aorta će treperiti ako je zid više savitljiv.“
Da bi testirali novu metriku, istraživači su pregledali 4D MRI podatke od 117 pacijenata koji su bili podvrgnuti snimanju srca radi praćenja srčanih oboljenja i od 100 zdravih dobrovoljaca. Na osnovu ove MRI, istraživači su svakom pacijentu dodelili personalizovani FIP. U ovoj metrici, nula označava prag između stabilnog i nestabilnog.
Za pacijente sa FIP ispod nule, malo je verovatno da će njihova aorta doživeti abnormalni rast. Istraživači su predvideli da će pacijenti sa FIP-om višim od nule, međutim, doživeti abnormalan rast i budući rupture.
„Utvrđivanjem prognostičke vrednosti ove kvantitativne metrike za MRI kardiovaskularnog 4D protoka, možemo značajno poboljšati vrednost imidžinga koji se nudi kao standard nege za pacijente sa aneurizmama“, rekao je dr Itan Džonson, koautor studije i postdoktorski saradnik. na kardiovaskularnom imidžingu na Medicinskom fakultetu Univerziteta Northvestern Feinberg.
Kada su istraživači uporedili ova predviđanja sa naknadnim MRI ili dijagnozama lekara, otkrili su da su njihova predviđanja tačna u 98% slučajeva. Iako je FIP predvideo budući rast u proseku tri godine nakon početnog MRI (kada je FIP izračunat), istraživači kažu da ova metrika može čak ponuditi detaljniji prikaz zdravlja srca na dnevnoj ili mesečnoj osnovi.
„Period od jedne do osam godina je vremenski raspon u kojem se nalaze naši klinički podaci“, rekao je Zhao. „Ne ukupan vremenski interval u kojem je FIP nužno efikasan.“
Zatim, Patankar, Zhao i njihov tim planiraju da istraže da li FIP može dati naznake o tome kako se razvijaju druga srčana oboljenja. Oni takođe proučavaju da li FIP specifičan za pacijenta može da ukaže koje su metode prevencije najefikasnije u zaustavljanju progresije aneurizme.
Istraživanje je naslovljeno „Nestabilnost treperenja krvnog zida kao fiziomarker progresije aneurizme torakalne aorte.“
