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

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.