Бухаров Александр Васильевич, Д-р техн. наук, профессор, ведущий учёный в области
ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1, Г. Москва, 111250
Aleksandr V. Bukharov, Dr. Sci. (Tech.), Professor, leading scientist in the field of thermal physics and hydrodynamics of monodisperse flows
Гиневский Алексей Феликсович, Канд. техн. наук, доцент кафедры низких температур
ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1, Г. Москва, 111250
Aleksey F. Ginevsky, Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Department of Low Temperatures
Серегин Иван Сергеевич, Инженер
ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1, Г. Москва, 111250
Ivan S. Seregin, Engineer
Яремин Борис Иванович, Канд. мед. наук, доцент, врач-хирург, научный сотрудник; доцент кафедры трансплантологии и искусственных органов им. В.П. Демихова; заведующий хирургическим отделением по координации донорства органов и(или) тканей человека
Большая Сухаревская пл., д. 3, г. Москва, 129090
ул. Островитянова, д. 1, г. Москва, 117513
Каширское шоссе, д. 23, г. Москва, 115522
ул. Краснобогатырская, д. 2, стр. 2, г. Москва, 107564
Boris I. Yaremin, Cand. Sci. (Med.), Docent, surgeon, researcher; Associate Professor of the Department of Transplantology and Artificial Organs, Head of the Department of Surgical Diseases; Head of the Surgical Department for Coordination of Human Organ and/or Tissue Donation
3, Bolshaya Sukharevskaya Square, Moscow, 129090
1, Ostrovityanova St., Moscow, 117513
23, Kashirskoe shosse, Moscow, 115522
2, Krasnobogatyrskaya st., building 2, Moscow, 107564
Аносова Екатерина Юрьевна, Врач клинический ординатор центра трансплантации печени; ассистент кафедры морфологии
Большая Сухаревская пл., д. 3, г. Москва, 129090
ул. Островитянова, д. 1, г. Москва, 117513
Ekaterina Yu. Anosova, Clinical resident of the liver transplantation Center; Assistant Professor, Department of Morphology
3, Bolshaya Sukharevskaya Square, Moscow, 129090
1, Ostrovityanova St., Moscow, 117513
Казымов Бахтияр Исметович, Врач-хирург, научный сотрудник центра трансплантации печени; ассистент кафедры хирургических болезней
Большая Сухаревская пл., д. 3, г. Москва, 129090
ул. Островитянова, д. 1, г. Москва, 117513
Каширское шоссе, д. 23, г. Москва, 115522
ул. Краснобогатырская, д. 2, стр. 2, г. Москва, 107564
Bakhtiyar I. Kazymov, Surgeon, researcher at the Liver Transplantation Center, N.V. Sklifosovsky Research Institute of Emergency Medicine; Assistant of the Department of Surgical Diseases
3, Bolshaya Sukharevskaya Square, Moscow, 129090
1, Ostrovityanova St., Moscow, 117513
23, Kashirskoe shosse, Moscow, 115522
2, Krasnobogatyrskaya st., building 2, Moscow, 107564
Новрузбеков Мурад Сафтарович, Д-р мед. наук, профессор, научный руководитель центра трансплантации печени; заведующий кафедрой трансплантологии и искусственных органов; профессор кафедры хирургических болезней
Большая Сухаревская пл., д. 3, г. Москва, 129090
ул. Островитянова, д. 1, г. Москва, 117513
Каширское шоссе, д. 23, г. Москва, 115522
ул. Краснобогатырская, д. 2, стр. 2, г. Москва, 107564
Murad S. Novruzbekov, Dr. Sci. (Med.), Professor, Scientific Director of the Liver Transplantation Center; Head of the Department of Transplantology and Artificial Organs; Professor of the Department of Surgical Diseases
3, Bolshaya Sukharevskaya Square, Moscow, 129090
1, Ostrovityanova St., Moscow, 117513
23, Kashirskoe shosse, Moscow, 115522
2, Krasnobogatyrskaya st., building 2, Moscow, 107564
Правильное охлаждение донорской печени критически важно для трансплантации, продлевая жизнеспособность органа и минимизируя повреждения тканей. Разработанная нами математическая модель, хотя и упрощенная, выявила, что стандартная методика охлаждения не обеспечивает равномерности процесса: скорость охлаждения различных областей печени существенно отличается. Это создает риск температурного градиента внутри органа и неравномерного ишемического повреждения тканей. Результаты подчеркивают необходимость совершенствования методик охлаждения для обеспечения более равномерного распределения температуры в донорском органе.
Цель исследования: разработка математической модели для оптимизации охлаждения донорской печени и минимизации риска ишемически-реперфузионного повреждения.
Материалы и методы. Для моделирования процесса охлаждения печени использована система уравнений Навье-Стокса, учитывающая пористую среду и параметры теплообмена. В расчётах применена стандартная методика охлаждения с подачей охлаждающей жидкости через печёночную артерию при постоянном давлении и температуре. Исследование выполнено с использованием программного пакета PHOENICS, позволившего получить динамические данные о скорости течения охлаждающей жидкости, распределении давления, температуры и температурных градиентов внутри печени с течением времени. Модель учитывает анатомические особенности печени и основные характеристики сосудистой сети.
Результаты. Численное моделирование показало, что охлаждение печени происходит неравномерно. В первую очередь охлаждаются сегменты, расположенные ближе к входу охлаждающей жидкости, тогда как удалённые сегменты достигают оптимальной температуры значительно позже. Разница температур между различными сегментами в процессе охлаждения достигает критических значений, что может привести к неоднородному ишемическому повреждению. Полное охлаждение органа в предложенной модели происходит за 720 секунд, при этом наблюдаются значительные температурные градиенты между центральными и периферическими участками печени на протяжении большей части процесса охлаждения.
Выводы. Существующие методы охлаждения печени требуют оптимизации для обеспечения равномерного распределения температуры во всех сегментах. Предлагается модификация методики с использованием переменного давления подачи охлаждающей жидкости и многоточечной перфузии. Полученная математическая модель может быть использована для разработки усовершенствованных методик охлаждения донорских органов, что позволит повысить их сохранность, снизить риск ишемически-реперфузионного повреждения и улучшить исходы трансплантации. Дальнейшее развитие модели предполагает учет более детальных анатомических особенностей и физиологических параметров печени.
Proper cooling of donor liver is critical for transplantation, as it extends organ viability and minimizes tissue damage. Our mathematical model, although simplified, revealed that standard cooling methods do not provide uniformity: cooling rates of different liver regions vary significantly. This creates a risk of temperature gradient within the organ and uneven ischemic tissue damage. The results emphasize the need to improve cooling techniques to ensure more uniform temperature distribution in the donor organ.
Objective. Development of a mathematical model to optimize donor liver cooling and minimize the risk of ischemia-reperfusion injury.
Materials and methods. For modeling the liver cooling process, the Navier-Stokes equation system was used, accounting for porous media and heat transfer parameters. The calculations employed a standard cooling method with coolant delivery through the hepatic artery at constant pressure and temperature. The study was performed using the PHOENICS software package, which provided dynamic data on coolant flow velocity, pressure distribution, temperature, and temperature gradients within the liver over time. The model considers the anatomical features of the liver and the main characteristics of the vascular network.
Results. Numerical modeling showed that liver cooling occurs unevenly. Segments located closer to the coolant inlet cool first, while distant segments reach optimal temperature significantly later. The temperature difference between various segments during cooling reaches critical values, which may lead to heterogeneous ischemic damage. Complete cooling of the organ in the proposed model occurs within 720 seconds, with significant temperature gradients observed between central and peripheral areas of the liver throughout most of the cooling process.
Conclusions. Existing liver cooling methods require optimization to ensure uniform temperature distribution across all segments. A modification of the technique using variable coolant supply pressure and multipoint perfusion is proposed. The resulting mathematical model can be used to develop improved cooling methods for donor organs, which will enhance their preservation, reduce the risk of ischemiareperfusion injury, and improve transplantation outcomes. Further development of the model involves accounting for more detailed anatomical features and physiological parameters of the liver.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.