Aneurysmatem břišní aorty trpí v Česku 2 až 3 procenta lidí starších 60 let. Dojde-li k jeho prasknutí, polovina pacientů umírá. Zatímco menší výdutě lékaři obvykle pouze sledují, ty větší se zpravidla operují. Lékaři pak musí porovnávat riziko prasknutí aneurysmatu s riziky samotné operace. S rozhodováním by jim v budoucnu mohly pomoci modely biomechaniků z Fakulty strojního inženýrství VUT. Poprvé je lékaři vyzkoušeli během koronavirové krize.

Když byly na jaře během nouzového stavu odkládány plánované operace, stáli lékaři pacientů s aneurysmatem před dilematem, zda odložení zákroku jejich pacienty neohrozí. Lékaři z brněnské Fakultní nemocnice u sv. Anny si proto vzali na pomoc algoritmus vědců ze strojní fakulty VUT a VŠB-TU Ostrava. Z dvanácti pacientů nakonec lékaři neprodleně odoperovali dva, u kterých podle výpočtů vážně hrozilo protržení výdutě. „Prasknutí neboli ruptura aneurysmatu je vlastně vnitřní tepenné krvácení. I když se řadu lidí nakonec povede zachránit, každý, koho to postihne, je na hranici smrti,“ říká vedoucí odboru biomechaniky tkání Jiří Burša, který se výzkumu aneurysmatu břišní aorty se svým týmem věnoval přes deset let.

Odborníci z VUT se zaměřili na otázku, jak zpřesnit předpověď, zda k protržení aneurysmatu dojde. „Ne každé aneurysma musí prasknout. Podle lékařských standardů se operuje výduť větší než pět centimetrů, jsou ale známy i případy pacientů, kteří žili třeba s deseticentimetrovou výdutí břišní aorty. Obvykle se jednalo o lidi, kteří operaci odmítli nebo je nebylo vzhledem k jejich věku či dalším okolnostem možné operovat. Mluvíme zejména o starších lidech, kteří mají i řadu jiných zdravotních problémů a nakonec obvykle umírají z úplně jiného důvodu, než je prasklé aneurysma. V takovém případě může odložení operace znamenat zkvalitnění života pacienta,“ vysvětluje Burša. Jinak řečeno, lékaři často váží, zda je pro pacienta riskantnější podstoupit operaci, nebo s aneurysmatem dál žít.

Pomoci by jim mohly matematické modely brněnských biomechaniků. „Našim cílem je najít nejslabší článek výpočtového řetězce, který způsobuje největší chybovost, a ten se pokusit vylepšit. Díky tomu se posuneme a v novém modelu hledáme další zdroj nepřesností a tak pořád dokola. Podobných dílčích problémů jsme za deset let výzkumu vyřešili zhruba pět a náš model se tak zpřesnil o desítky procent. Výrazné zpřesnění predikce je zejména u pacientů, kteří měli být operováni a nebyli, ale přesto u nich k prasknutí aneurysmatu nedošlo. Jinak řečeno byli by operováni zbytečně,“ říká Burša.

Vítaná sraženina

Vědci se zaměřili třeba na otázku, jak získat z CT snímků výchozí geometrii pro model, která musí být nezatížená, zatímco při snímkování je aneurysma tak jako všechny tepny zatíženo krevním tlakem, který je roztáhne až o 15 mm a silně změní jeho tvar. „Vyvinuli jsme algoritmus, který dokáže ten nezatížený tvar zpětně rekonstruovat. Také jsme našli způsob, jak snížit nejistotu v mechanických vlastnostech aorty, když není možné udělat pacientovi před operací mechanickou zkoušku podobnou té, která se běžně dělá u průmyslových materiálů. Tímto způsobem se snažíme nepřesnost výpočtů minimalizovat,“ vysvětluje Burša. Základní nastavení mechanických modelů vědci určovali na prasečích aortách, které jim dodávala jatka firmy Steinhauser. Na nich také vyvíjejí metody pro určování struktury cévní tkáně, především uspořádání kolagenních vláken, která jí dodávají potřebnou tuhost a pevnost. Teprve potom přicházejí na řadu i vzorky od operovaných pacientů nebo z pitevny. Tato metodika se dále vyvíjí v současném projektu, který je již zaměřen na jinou problematiku – riziko prasknutí sklerotického plátu v krční tepně a následnou cévní mozkovou příhodu (“mozkovou mrtvici“).

Výzkumníci se u aneurysmatu zabývali i významem takzvaného intraluminálního trombu, krevní sraženiny, která aneurysma vyplňuje. Pro laika jsou sraženiny v krevním řečišti synonymem infarktu, mrtvice či embolie. V případě aneurysmatu ale mohou sehrát pozitivní roli. „Při léčbě aneurysmat mozkových tepen se sraženina vyvolává cíleně. Aneurysma, které si můžeme představit jako slepé rameno řeky, se díky krevní sraženině zaplní a trombus se postupně změní v tužší tkáň, i když ne tak tvrdou, jako strup na odřeném koleni. Díky tomu uleví tlaku na stěnu tepny a sníží riziko jejího protržení. U břišních výdutí se trombus obvykle vytváří samovolně a i zde má pozitivní přínos. Může být až několik centimetrů tlustý a funguje jako síť vláken, která pomáhá stěně tepny přenášet tlak krve. Proto není trombus u tepenných výdutí strašidelné slovo,“ popisuje Burša.

Neplánovaný experiment

Výsledkem desetiletého úsilí je matematický model pro predikci ruptury břišní aorty, který se snaží co nejlépe zahrnout individuální vlastnosti každého pacienta. Vstupem je několik kategorií dat: geometrie daná CT snímky pacienta, vlastnosti materiálu, které vědci zkoumali na prasečích aortách a následně vzorcích odebíraných přímo při operacích, a další informace o pacientovi, například o jeho krevním tlaku.

„Máme za sebou sedmiletou studii, v níž jsme sledovali pacienty, kteří měli být operováni, ale z různých důvodů nebyli. Vytvořili jsme pro ně počítačové modely pravděpodobnosti ruptury aneurysmatu a zjišťovali skutečný vývoj jejich aneurysmatu po několik následujících let. Následně jsme poměrně náročnými statistickými metodami srovnávali, zda byla naše predikce správná. Šlo o zaslepenou studii, kolegové při výpočtech tedy nevěděli, které z aneurysmat následně prasklo a které ne. Výsledky nám ukázaly, že se predikce pomocí naší metodiky skutečně zpřesnila,“ dodává Burša k detailům unikátní studie, do níž bylo zapojeno 43 pacientů ze dvou tuzemských nemocnic a kterou vědci letos v únoru publikovali v prestižním odborném časopise.

Tým lékařů z Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně vedený chirurgem Robertem Staffou nyní usiluje o možnost tzv. preklinického experimentu, který je nutným krokem k tomu, aby se model dal zavést do běžné klinické praxe. Jarní situace s koronavirem ale přinesla pro výzkum nečekanou šanci, když lékaři algoritmus použili na pacienty, jejichž operace měla být odložena kvůli pandemii. Tehdy se obrátili na Stanislava Polzera, který s výzkumem začínal na VUT a nyní v něm pokračuje na VŠB-TU Ostrava, kde založil vlastní výzkumnou skupinu, která vytvořené algoritmy dále rozvíjí. „U desítky pacientů, u nichž došli k závěru, že mají bezpečné aneurysma, teď probíhá poprvé v historii neplánovaný experiment, který prověří naše výpočty,“ uzavírá Burša.