النماذج الفيزيائية لفهم ومعالجة مرض الشريان البرفيهي

ويؤثر مرض الشريان اللاحق على أكثر من ٢٠٠ مليون شخص في جميع أنحاء العالم، ومع ذلك لا يزال يعاني من نقص في التشخيص وسوء المعاملة، وهذا الوضع التدريجي يحدث عندما تضيق البقعة الحرارية الشرايين التي توفر السيقان، وتقييد تدفق الدم، وتلقي الأوكسجين إلى العضلات الكهرمائية، ويعاني الباحثون في مجال الميكانيكية من ألم في أثناء المشي وفي الحالات الخطيرة من النسيج.

ما هي النماذج الفيزيولوجية؟

وتبسط النماذج الفيزيولوجية، وإن كانت شديدة من الناحية الرياضية، أشكال النظم البيولوجية، وتستخدم مجموعات من المعادلات المستمدة من الفيزياء، وديناميات السوائل، وعلم الأحياء - لتقليل سلوك سفن الدم، وتدفق الدم، والأنسجة المحيطة بها، وفي سياق مكافحة الأوبئة، تتيح هذه النماذج للعلماء تقدير كيفية تغيير الحواجز الشريانية للضغط، وتوزيع التدفقات، وتلقيم النسيجات غير القابلة للتأثير.

وتكمن قيمة النماذج الفيزيائية في قدرتها على سد الفجوة بين الآليات الجزيئية ووظيفة المنظمة بأكملها، فعلى سبيل المثال، قد يتوقع نموذج ديناميكي أن يؤدي وجود 70 في المائة من الشريان الفخذي السطحي إلى الحد من تدفق الذروة أثناء الممارسة بنسبة 40 في المائة، مما يؤدي إلى ألم في الجسم، وقد يبين نموذج الجدار العنيف كيف يؤدي التلويث إلى إضعاف الوصلات الشاملة إلى عوامل الضغط الشرياني، مما يجعلها مجتمعة.

مرض الشريان اللاحق: لمحة عامة موجزة

وقبل استكشاف النماذج بعمق، من المفيد فهم المرض الذي ترمي إليه، والإصابة بالمرض هي مظهر من مظاهر التهاب الكبد، وهي نفس العملية التي تسبب أمراض الشريان التاجي وقطع الشريان الكاروتي، وتشمل عوامل الخطر التدخين والسكري وارتفاع ضغط الدم وارتفاع ضغط الدم وارتفاع درجة حرارة الجسم، والارتفاع في العمر، والارتفاع في الأعراض الشائعة هو التكهنية:

ويشتمل التشخيص عادة على قياس مؤشر الكاحل - البراكل، والنسبة البسيطة للضغوط الاصطناعية، التي تقل قيمها عن 0.90 مع الإشارة إلى الدي بي دي.

لماذا المواد النموذجية في البحوث والعلاج في مجال مكافحة المخدرات

وقد اعتمدت الإدارة السريرية للشركة منذ وقت طويل على التصوير الطبقي وصنع القرار التجريبي، غير أن العلاقة بين شدة البستنة والضعف الوظيفي ليست مباشرة، وقد يتسبب 50 في المائة من البستنة في أحد المرضى في حدوث تطهير شديد، بينما يظل مريض آخر يعاني من ارتفاع في مستوياته نتيجة لتصلب سرعته إلى 90 في المائة بسبب وجود شبكات تبعية قوية.

الحاجة إلى الأدوات الافتراضية

وتستند المبادئ التوجيهية الحالية المتعلقة بتنشيط البيوت إلى حد كبير إلى مواقع الاختفاء والأعراض السريرية، غير أن العديد من المرضى يعانون من أمراض متعددة المستويات، ولا تترجم النتيجة التقنية الناجحة (مثلاً، وجود براءة اختراع) إلى تخفيف للأعراض، كما أن النماذج التي تنبئ باحتياطي تدفق ما بعد التدخل، أو المسافات المشية، أو معالجة الجروح، ستتيح للأطباء اختيار الاستراتيجية الأكثر فعالية.

أنواع النماذج الفيزيولوجية المستخدمة في PAD

وتمتد النماذج الفيزيولوجية للجهاز الكيميائي للجهاز على نطاق واسع من التعقيدات - من الدوائر السائلة المقطوعة البسيط إلى محاكاة تفاعلية ثلاثية الأبعاد للهيكل السائلي، ويخدم كل نوع غرضا محددا ويقدم أفكارا فريدة.

النماذج الدينامية الحرارية

وتركيز نماذج الديموقراطية على فيزياء تدفق الدم عبر الشرايين، وهي تحفيز الضغط وسرعة التدفق والإجهاد الجداري وتوزيع الزهريات في طبقة أقل مناظرة، وأبسط درجة هي ] نموذج مقياس للخنادق ، الذي يعالج الأجزاء الشريانية بسرعة بوصفها عوامل ضغط كهربائية.

تمثل نماذج التفوق الأحادي الجانب (الدي) الشرايين التي تُستخدم في شكل أنبوبات مُنْصِفة تُشَدُّ الضغط وموجات التدفق، وتُلتقط انعكاسات موجية في البثورات والثديات، وتوفر توقعات واقعية لسقوط الضغط وتدفقات الموجات، مثلاً، يمكن لنموذج واحد دال من الشرائح الفخذية - الشعبية أن يبين كيف يؤدي وجود سيناريو ضيق وشديد الضغط.

وفي حين أن نماذج السائل المحسوبية الثلاثة (D) توفر أكثر الوصفات تفصيلاً للدماغ، فاستعمال القياسات الجيولوجية الخاصة بالمرضى المستمدة من وكالة التجارة الدولية أو وكالة تقييم الموارد البشرية، تحدد هذه المحاكاة معادلة النافيير - ستوكس لحصر مجالات السرعة، وأنماط الإجهاد الجداري، ومؤشرات التدفق المتناثرية التي تساعد على دراسة

نماذج الجدار العنيف

وتعالج نماذج الجدار العازل السلوك الميكانيكي للجدار الشرياني نفسه، ولا تقتصر هذه التغييرات على التضييق الشهواني بل تشمل أيضاً تغييرات في التركيبة الجدارية: التراكم الشهقي، وانتشار الخلايا العضلية السلسة، والحساب، والنسيج، وتؤثر هذه التعديلات على التقلبات الجدارية والتقلبات، مما يؤثر بدوره على التنافرات الرئوية.

وبالإضافة إلى ذلك، يجري الجمع بين نماذج الجدار العنيف ونماذج الارتداد، مثل ] نماذج مسببات الأمراض الأخرى ] تحفيز نقل الليبروتينات المنخفضة الكثافة، والأحتكارات، والسيتوكينات من خلال النهضة، وربط الإجهاد التاريخي المخفف بالتهاب بالتهاب الكبدي وتنبؤات البلازم.

النماذج المتعددة النطاق

وهذه النماذج المتعددة النطاق هي أكثر النماذج شمولاً، إذ تدمج الظواهر من مستوى الخلايا إلى التداول المنهجي، فعلى سبيل المثال، قد يقترن نموذج متعدد النطاق للضغط التراكمي من الدي دي بنموذج شرياني متين يتكون من 0D من التداول المركزي ونموذج الخلوي للديسوبولية المعتمدة على الأوكسجين في عضلة هيكلية، مما يتيح محاكاة السلسلة بأكملها: نماذج التسبب في إعاقة الارتدادية الرئوية

ومن الأمثلة البارزة على ذلك ] التكييف التراكمي بين الأجلين للنموذج المتعدد النطاق لنظام الكرديوفازي (LD) () الذي وضعه مشروع بيسيوم ، حيث يربط بين إنتاج البطاقات، والنماذج الشريانية لقياس الأشجار، والطلب على الأكسجين الأدنى من النسيج.

تطبيقات التشخيص والعلاج

والهدف النهائي للنموذج الفيزيائي في برنامج المساعدة الإنمائية هو تحسين الرعاية للمرضى، وقد دخلت عدة طلبات بالفعل الساحة السريرية أو اقتربت من الترجمة.

Predicting Disease Progression and Ischemic Risk

وقد تؤدي نماذج الأشعة الحرارية التي تتضمن بيانات التصوير الخاصة بالمرضى إلى تضخيم خطر الإصابة بالأمراض، فعلى سبيل المثال، تبين أن الإجهاد الناجم عن الإجهاد الناجم عن الكسور والمستمد من الاضطرابات النفسية والمرض قد يُتوقع نمو البلازما في المستقبل وقابلية التحسس بعد التحلل، وقد يؤدي انخفاض مستوى الاضطرابات إلى إحداث خلل في الجسم، بينما يؤدي ارتفاع مستوى الاضطرابات في الأشعة تحت سطح الماء إلى تآكل البعوض.

وبالمثل، يمكن لنماذج نقل الأوكسجين أن تقدر قدرة الأنسجة على البقاء، ومن خلال عمليات محاكاة التدفق لنشر معادلة الأكسجين، يمكن للباحثين أن يتوقعوا المناطق التي تعاني من عضلة الكالسلف معرضة لخطر التخلف الحرج، ويمكن لهذه المعلومات أن ترشد اختيار مستوى البتر في مادة البيوتادايين الحاد، مع الحفاظ على أكبر قدر ممكن من الأطراف الوظيفية.

إجراءات التنشيط التوجيهية

فالتخطيط المتعدد الأطراف هو تطبيق رئيسي، ويمكن للنموذج التمهيدي أن يحفز النتائج الدينامية الوبائية لمختلف النُهج: عدم النسيج وحده، أو التنسيب المتعمد، أو البالونات المشبعة بالمخدرات، أو التغاضي عن الطعم، وعلى سبيل المثال، يمكن للنموذج أن يتوقّع احتياطي التدفق بعد البداية ويقارنه بقيمة خط الأساس، ويساعد على اتخاذ قرار بشأن ما إذا كان ينبغي أن يُعدّل هذا التحسين المتوقع إلى أقصى حد المخاطر.

وفي إطار البحوث، تستخدم النماذج أيضاً لتحقيق التصميم الأمثل للأجهزة، فالجديات الثابتة وسمك الدونات والممتلكات المادية تؤثر جميعها على الديناميات الحرارية المحلية ومعدلات التشخيص، ويمكن للمحاكاة الحاسوبية أن تفحص آلاف متغيرات التصميم بكفاءة أكبر من اختبارات البنش أو تجارب الحيوانات، مما يعجل بتطوير مواقد أفضل والبالونات المستخدمة في تعاطي المخدرات.

تقديم الطب الشخصي ودعم القرار السريري

إن إدماج التاريخ الطبي للبيانات الخاصة بالمرضى، والتصوير، بل وحتى النماذج الفيزيائية التي تستخدمها الجينوميات، يتيح حقاً الطب الشخصي، وقد وضعت عدة أفرقة بحثية برامج تولد تلقائياً نماذج من نوع واحد من دال أو ثلاثة دال من صور اتفاق التجارة الدولية، ثم تحفيز أثر مختلف العلاجات، وتظهر هذه الأدوات قياسات كمية مثل التغير المتوقع في مؤشر إنتاج الكاحلات، أو نتائج نموذجية، أو أعب مؤثرات في إنتاجية.

ومن النهج الواعد استخدام تقنيات الاستبعاد الافتراضي : يزيل النموذج من المحسوبية أثراً من إعادة التعميم الناجح، وإذا كان التحسن المحاكا في التدفق ضئيلاً، فإن الإجراء قد لا يكون مجدياً، وهذا يمكن أن يحول دون تدخلات غير ضرورية تنطوي على مخاطر ولكنها توفر الحد الأدنى من الفوائد الوظيفية.

التحديات والحدود

ورغم وعدهم، تواجه النماذج الفيزيائية للإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية عقبات عديدة قبل انتشار التبني السريري.

متطلبات البيانات والشخصية النموذجية

ويقتضي التكوين الدقيق للنموذج تصويراً عالي الجودة للتشرذم الشرياني، الذي كثيراً ما يكون من وكالة التجارة الدولية أو وكالة تقييم المخاطر الزراعية، وتكشف هذه المسح عن المرضى إلى عوامل الإشعاع أو التناقض، وليس لدى جميع المرافق البرمجيات اللازمة لقطعها بصورة موثوقة، وعلاوة على ذلك، فإن الظروف الحدودية - مثل مقاومة الطرف المكيّف للمرضى، وقياس إنتاج القلب - غير معروفة في كثير من الأحيان، ويجب أن تُفترض أو تقدّر من متوسطات المقاييس في نماذج المقاييس.

التقييم النموذجي

ويجب التحقق من صحة جميع النماذج من بيانات العالم الحقيقي قبل أن يمكن الوثوق بها، فالتصديق على هذه النماذج أمر صعب لأن هناك عدداً قليلاً من القياسات " المعيارية القديمة " للدماغيات الداخلية في البشر، ومع ذلك فإن الضغط على أساس أسلاك الودائع وقياسات التدفق أثناء التخصيب يمكن أن توفر التحقق من التغيُّر، ولكن لا تُجرى نماذج قياسية للدمغة البشرية.

التعقيد والتكامل في العمل

ويحتاج نموذج برنامج تنمية القدرات الاجتماعية إلى ساعات أو أيام من الحساب والخبرة المتخصصة، وبالنسبة للممارسة السريرية المشغولة، فإن هذا الإطار الزمني غير عملي، وحتى نماذج الـ 1D التي تدوم في دقائق، تحتاج إلى إدماج لا يعتد به في السجل الصحي الإلكتروني وأجهزة التصوير، كما أن تطوير المذيبات القائمة على الغيوم أو التي تستخدمها وحدة التحليل العالمي يقلل من وقت الحساب، ولكن معايير التحويل اليدوي لا تزال تشكل عائقا.

الاتجاهات المستقبلية

ويتطور مجال النماذج الفيزيائية للبيوتادايين السداسيين بسرعة، مدفوعاً بتطورات في الطاقة الحاسوبية، والتصوير، وعلوم البيانات.

محاكاة الزمن الحقيقي والتوائم الرقمية

ومن المفاهيم الناشئة " التوأم الرقمي " - وهو تكرار افتراضي لجهاز تشخيص المريض الذي يستكمل باستمرار البيانات التي ترد في الوقت الحقيقي من أجهزة الاستشعار التي يمكن ارتداؤها أو الأجهزة التي تستخدمها، وبالنسبة للجهاز الرقمي، يمكن أن يتتبع النشاط المشي، وتقلبات القلب، والأعراض، ثم يغذي تلك البيانات في نموذج للتنبؤ به عند الحاجة إلى التدخل، ويتصور أن المريض الذي يحمل علامة متحركة يرتدى عليه.

التكامل مع التعلم في مجال الآلات

ويجري تدريب الخوارزميات المتحركة على التعجيل بالنماذج الحاسوبية التقليدية أو استبدالها، فعلى سبيل المثال، يمكن للشبكات العصبية أن تتعلم رسم الخرائط من قياسات الهندسة المسببة للتوتر إلى الضغط الذي ينزل مباشرة من آلاف المحاكاة التي تستخدمها لجنة الفيزياء الشمسية، مما يتيح التنبؤات القريبة من الحالات، وتحتفظ هذه " النماذج الفوقية " بدقة المحاكاة القائمة على الفيزياء بينما تدار في الثانية.

من عيادة إلى منزل: رصد مُعتدل ومُتَبَع

ويمكن أن تؤدي النماذج الفيزيولوجية، إلى جانب الأجهزة القابلة للارتداء، إلى تغيير إدارة البيوتادايين السداسيين، كما أن الرصد المستمر لضغط الدم الكاحلي باستخدام جهاز لا يصف بالكاف معادلاً للنموذج، يمكن أن يوفر معادلة للآداب في الوقت الحقيقي، وأن يخطر المرضى ومقدمي الخدمات على الانخفاض الحاد في التدفق، وبالمثل، فإن أجهزة الاستشعار الضوئية في المواحف الذكية قد تكشف عن التغيرات في سمات التي تُوحة التي تُعدِّلُتُتُتُتُتُتُها على موجات.

تطوير المخدرات والاختراق السريري

ويمكن أن تعجل النماذج الفيزيائية أيضاً بإجراء بحوث صيدلية، إذ يمكن استخدام التجارب السريرية الخاصة بالعقاقير المضادة للإصابة أو العوامل المسببة للإصابة بالمرض في كثير من الأحيان نتيجة استجابات عالية المستوى ونقاط نهاية متجانسة، ويمكن استخدام النماذج التي تنبأ باستجابات فرادى المرضى لاختيار المواضيع التي يحتمل أن تستفيد منها، على سبيل المثال، تلك التي لديها احتياطي منخفض للتدفقات الجانبية، مما يؤدي إلى الحد من حجم التطور.

خاتمة

وقد نضجت النماذج الفيزيائية من الفضول الأكاديمي إلى أدوات عملية تنطوي على إمكانية تغيير فهم ومعالجة مرض الشريان البيري، ومن خلال التوسط المعقد بين قياسات الهندسة الشريانية، والدمنة، وميكانيكيات الجدران، والداء الرئوي، والنسيج، تكشف هذه النماذج عن سبب وجود عائق في المريض، بينما يُجرى نشاط آخر، ولماذا يمكن أو لا يؤدي إلى تحقيق تقدم مأمون.

For further reading, the National Heart, Lung, and blood Institute] offers comprehensive overview of PAD, the ]American Heart Association’s scientific statement on PAD management provides current guidelines, and a recent review in Frontiers in Cardiovascular Medict.