Een hartinfarct is een ingrijpende gebeurtenis. Door vernauwingen in de kransslagaders rond het hart krijgt deze cruciale spier te weinig bloed en wordt dus de aanvoer van zuurstof en voedingsstoffen belemmerd. Deze toestand -ischemie genoemd- vindt vaak al in aanloop naar een hartinfarct in mindere mate plaats. De traditionele manier om patiënten te onderzoeken die hier last van hebben, is het maken van een angiogram. Dit is een röntgenfilmpje van de bloedvaten rond het hart, waarbij deze zichtbaar worden gemaakt door het inspuiten van een contrastvloeistof door een katheter. Het grote nadeel van deze methode is dat de arts de diagnose moet stellen op basis van een tweedimensionale projectie van een vaak grillig gevormde vernauwing. Dat kan een vertekend beeld opleveren en waar het écht om gaat -hoeveel bloed er nog naar het hart kan komen- komt de specialist niet te weten.
“Het liefste zou je de weerstand bepalen die het bloed ondervindt in het vernauwde bloedvat”, zegt ir. Maartje Geven, die haar promotieonderzoek deed in de groep Cardiovasculaire Biomechanica van de faculteit Biomedische Technologie. Die weerstand hangt volgens een eenvoudige wet uit de stromingsleer samen met twee zaken: van de druk in de vloeistof en van de (volume)stroom. Er is een heel sterke analogie met de bekendste wet uit de elektrotechniek: spanning is gelijk aan stroom maal weerstand. Bij vloeistoffen geldt bij benadering: druk is gelijk aan volumestroom maal weerstand. “Weet je dus druk en volumestroom, dan kun je een goede benadering van de weerstand berekenen”, legt Geven uit.
Op basis hiervan onderzocht zij methoden om de ernst van vernauwingen in de bloedvaten rond het hart beter te kunnen inschatten. Daarbij ging de promovenda uit van een concept dat is verzonnen door haar tweede promotor, prof.dr. Nico Pijls. Die is, naast hoogleraar aan de TU/e, cardioloog in het Eindhovense Catharina-ziekenhuis. Om de ernst van de vernauwing te bepalen, bedacht Pijls dat je de druk zowel vóór als na de vernauwing kunt meten. Neemt de druk in het smalle deel met meer dan 25 procent af, dan wordt de bloedstroom te veel beperkt en moet de cardioloog actie ondernemen. Geven: “Door het bekende dotteren bijvoorbeeld. Daarbij voert de arts een draad door de slagader, waar een ballonnetje overheen wordt opgeblazen. Soms besluit men tot het plaatsen van een stent, een buisje dat het bloedvat openhoudt.” In de echt ernstige gevallen moet een bypass de overlevingskansen van de patiënt vergroten: de slagader wordt omgeleid.

Voerdraad
Voor het meten van de druk in een bloedvat is een instrument op de markt: de PressureWire van fabrikant Radi Medical Systems. Deze voerdraad is heel dun (diameter 0,3 millimeter) en heeft in de tip sensoren die druk en temperatuur meten. Geven gebruikte het apparaat echter op een inventieve manier om -naast de druk- ook de volumestroom te meten. Ze onderzocht hiervoor twee manieren. De eerste methode gaat uit van het injecteren van een miniem beetje koud water in het bloedvat. Deze kleine hoeveelheid moet door een arts in een zo kort mogelijke tijd worden geïnjecteerd. Door nu met de temperatuursensor van de PressureWire te bepalen hoe snel het ‘blobje’ zich verplaatst, valt de volumestroom van het bloed te berekenen. Dit heeft als nadeel dat oneindig kort injecteren handmatig niet mogelijk is. Geven: “Ook meet je zo niet de grootte van de stroom zelf, maar slechts een afgeleide ervan.” De promovenda ging daarom aan de slag met een variant op deze techniek. Hierbij wordt continu water ingespoten. Uit de precieze hoeveelheid toegevoerd water en de temperaturen van het bloed en het water, valt de vloeistofstroom te berekenen. Volgens Geven is dit een meer directe methode. “En de uitkomst hangt niet meer af van de persoon die het water injecteert. Je gebruikt nu een pomp die goed af te stellen is.” De vorm van de katheter die het water moest aanvoeren, was nog wel een uitdaging voor de BMT-onderzoekster. Enerzijds moet het ding niet te groot zijn, om de weerstand in het vat niet te verhogen. Aan de andere kant wel groot genoeg om een goede menging van vloeistoffen te krijgen. Geven: “Uiteindelijk bleek de truc te zijn het uiteinde af te sluiten en alleen een klein aantal gaatjes aan de zijkant te gebruiken.”
Om de methode te valideren, ontwierp Gevens copromotor, dr.ir. Marcel Rutten, een modelopstelling van de kransslagaders rond het hart. Hierin bootsten mechanische onderdelen één op één de functie van het hart na. Een flinke zuiger stelt de linkerkamer van het hart voor, een brede slang de aorta en een paar kleine slangetjes de kransslagaders. Het systeem is aangesloten op een groot vat met water om de weerstand van al het andere bloed in het lichaam te simuleren. “Met zo’n fysiek model kun je beter alle verschillende parameters in de hand houden en heb je uiteindelijk minder proefdieren nodig.”

Elektrische schakeling
Voor methode nummer twee schakelde Geven alle sensoren van de PressureWire uit, behalve die voor de temperatuur. Ze voegde een elektrische schakeling toe om deze sensor te verwarmen. Dit element houdt de sensor in de bloedstroom op een constante temperatuur, boven de temperatuur van het bloed. Het vermogen dat hiervoor nodig is, hangt samen met de stroomsnelheid van het bloed. Geven: “Bij een nieuwe methode begin je altijd met wat grove instellingen dus ik heb gewerkt met een sensortemperatuur van twintig graden boven die van het bloed. Dat gaf al heel aardige resultaten, ongeveer even nauwkeurig als de eerste methode.”
Hoewel Geven lokaal het bloed verwarmt, is dat geen probleem voor het lichaam. “De sensor wordt inderdaad 57 graden Celsius, maar is zo klein dat je maar heel weinig warmte toevoegt”, zegt Geven. Al met al een veelbelovende methode dus om uiteindelijk in het ziekenhuis te worden gebruikt. “Maar dan willen we wel eerst nog beter snappen waaróm het werkt, hoe het precies zit met de fysica.”/.