Математическую модель микроциркуляции крови в организме больных сахарным диабетом, которая позволяет прогнозировать опасные осложнения и улучшает их диагностику, разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) в содружестве со специалистами Пермского государственного медицинского университета им. академика Е. А. Вагнера, 13 февраля сообщает научно-популярный портал Naked Science.

Заболевание диабетом 2-го типа вызывается нарушением в организме человека регуляции инсулина, при котором происходит хроническое повышение уровня глюкозы, а также свободных жирных кислот в плазме крови, что, в свою очередь, приводит к развитию опасных сосудистых заболеваний и осложнений.

Как сообщает Всемирная организация здравоохранения, диабет является одной из основных причин слепоты, почечной недостаточности, сердечных приступов, инсульта, а также ампутации ног.

При этом число больных сахарным диабетом всё время возрастает. В России за 2022 год, по данным Национального медицинского исследовательского центра (НМИЦ) эндокринологии, оно возросло на 345 тыс. человек.

Вызывая нарушения кровоснабжения в тканях, сахарный диабет может приводить к патологическим изменениям в нервной системе, артериальном и микрососудистом русле и костно-суставном аппарате стопы — так называемому синдрому диабетической стопы.

Другим тяжелым осложнением сахарного диабета является поражение сосудистой системы глаз, патологии почек и нервной системы. Их частота и тяжесть определяются микрососудистыми осложнениями.

Некоторые источники указывают, что синдром диабетической стопы возникает у 25% пациентов с диабетом. При таком осложнении у больных часто возникают изъязвления и гангрена стопы, требующие ампутации.

Ранняя диагностика и лечение этого тяжелого осложнения затруднена из-за того, что похожие симптомы могут вызваться и другими заболеваниями.

Биомеханики Пермского Политеха решили эту задачу, разработав математическую модель микроциркуляции в организме больных диабетом, которая позволяет лучше разобраться в сложных процессах, обеспечивающих метаболизм в организме, и выявить причины микроциркуляторных нарушений, а также предложить способы их лечения.

Результаты исследования модели ученые представили в статье «Математическая модель микроциркуляции для прогнозирования реперфузионного синдрома у пациентов с сахарным диабетом», опубликованной в «Российском журнале биомеханики».

Руководитель проекта, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук Наталья Шабрыкина пояснила:

«При сахарном диабете у больных может возникать реперфузионный синдром — совокупность осложнений после восстановления кровотока в органах и тканях, где ранее было уменьшено кровоснабжение. Это вызывает повреждение клеток, тканей и органов на различных уровнях и приводит к развитию полиорганной недостаточности. Одним из наиболее серьезных осложнений является синдром диабетической стопы, который объединяет патологические изменения периферической нервной системы, артериального и микрососудистого русла и костно-суставного аппарата стопы. Он часто приводит к развитию язв и гангрены стопы».

Математическая модель микроциркуляции в организме, разработанная учеными Пермского Политеха с коллегами, позволила описать биомеханические эффекты, которые возникают в капиллярах больного на микроуровне. Для моделирования диабетически измененных условий микроциркуляции разработчики задали больший радиус капилляра, увеличенное расстояние в нем и повышенную гидравлическую проводимость стенки.

Ими были проанализированы различные параметры микроциркуляции: радиус и длина капилляра, гидростатическое давление на его артериальном и венозном концах, онкотическое (коллоидное осмотическое) давление, вязкость крови, гидравлическая проводимость стенки капилляра, а также гидравлическая проводимость и пористость ткани. Это позволило выявить, какие из этих параметров влияют на давление и фильтрацию в сосудах.

«С помощью модели удалось объяснить, почему восстановление сосудов после повреждения вызывает обострение синдрома диабетической стопы. Сахарный диабет изменяет структуру капилляров, повышает гидравлическую проводимость капиллярной стенки и вязкость крови и приводит к недостаточному лимфатическому дренажу. Эти изменения могут усугубляться падением давления в артериальном конце капилляра. Когда кровоток восстанавливается, расширенный капилляр и повышенная проницаемость стенки резко увеличивают скорость фильтрации. При этом из-за нарушения работы лимфатических сосудов не обеспечивается необходимый дренаж. Это вызывает отек и нарушения микроциркуляции», — пояснила Наталья Шабрыкина.

Разработчики модели считают, что она поможет в выявлении причин нарушений микроциркуляции, что, в свою очередь, позволит выбрать наиболее эффективные способы лечения диабетической стопы и других сосудистых поражений при сахарном диабете.