1. Perubahan patologis pada fistula internal Pembentukan AVF pada tungkai distal dikaitkan dengan kemungkinan 20-50% terjadinya trombosis atau pematangan yang buruk. Metode konvensional untuk menghindari masalah ini adalah dengan menggunakan USG untuk memeriksa pembuluh darah tungkai dan menyaring pembuluh darah dan lokasi yang sesuai. Secara umum, pertumbuhan aliran darah setelah pembentukan AVF tergantung pada banyak faktor, termasuk geografi vaskular, seperti diameter dan panjang pembuluh darah; struktur jaringan vaskular, seperti jumlah cabang jaminan vena dan jumlah pembuluh darah; resistensi dasar kapiler dan struktur anastomosis. Allon dan Robbin mempelajari tingkat keberhasilan bedah fistula endovaskular arteriovenosa dari tahun 1977-2002 dan menemukan tingkat kegagalan awal sebesar 25% dan tingkat kelangsungan hidup rata-rata satu tahun sebesar 70%. Masalah utama yang mempengaruhi fungsi fistula endovaskular arteriovenosa adalah stenosis, yang timbul akibat hiperplasia endotel. Mekanisme proliferasi dibagi menjadi peristiwa hulu dan hilir. Peristiwa hulu meliputi respons sel endotel dan sel otot polos terhadap rangsangan dan cedera, sedangkan peristiwa hilir meliputi pergerakan molekul adhesi, kemokin dan mediator inflamasi, adhesi leukosit, dan migrasi sel otot polos yang disebabkan oleh respons tersebut. Pada pasien dengan uremia, usia lanjut dan diabetes, serta obesitas dan penyakit kardiovaskular, dapat menyebabkan perubahan aterosklerotik pada pembuluh darah, sehingga membuat prosedur fistula arteriovenosa lebih berisiko mengalami kegagalan. Dengan demikian, status vaskular pasien sebelum fistula menentukan prognosis AVF. Allon dkk. menemukan, melalui studi pengambilan sampel vaskular pada fistula endovaskular yang gagal, bahwa hiperplasia intima terjadi tepat setelah prosedur AVF. Ketika hemodinamik intravaskular bekerja pada reseptor sel endotel dan sel otot polos, dinding pembuluh darah menebal dan biasanya ketika pembuluh darah rusak, arteri akan mengalami remodelling dan ada 2 jenis remodelling ini, yaitu remodelling jinak dan non-jinak. Roca-Tey dkk. menemukan bahwa lokasi utama stenosis pada AVF adalah saluran keluar vena, diikuti oleh lokasi anastomosis, dengan mengukur aliran darah pada pasien dengan fistula internal. Sebaliknya, Yong He et al. menemukan dengan mencitrakan fistula endovaskular pada pasien hemodialisis ESRD sejak awal pemasangan menggunakan pencitraan MRI, velocimetri, diikuti dengan analisis hidrodinamika menggunakan CFD, bahwa area lumen pada ujung vena AVF secara bertahap meluas dari waktu ke waktu, sedangkan area vena pada anastomosis tidak berubah atau bahkan menyusut. Pedoman KDOQI menyatakan bahwa AVF harus dilakukan pada setidaknya 50% pasien, sedangkan persentase AVF harus berada di kisaran 40%. Kriteria untuk mengevaluasi kematangan fistula endovaskular tidak seragam dan saat ini ada dua jenis, yang satu menganggap bahwa aliran endovaskular dapat mencapai minimal 350-450 ml/menit dan sesi dialisis tunggal dapat dipertahankan selama 3-5 jam. Yang lainnya adalah bahwa minimal 300 ml/menit dapat dicapai setelah 4 bulan pembentukan fistula dan 8 sesi dialisis yang efektif dapat dilakukan. Peningkatan aliran darah setelah pembuatan fistula endovaskular berhubungan dengan perbedaan langkah tekanan dan resistensi vaskular total. Secara statistik telah ditemukan bahwa ketika fistula internal dibuat, aliran dalam arteri fleksor meningkat dari rata-rata 20 ml/menit menjadi aliran 300 ml/menit dalam fistula jika fistula tersebut merupakan anastomosis sefalika arteri fleksor. Meskipun sebelumnya diperkirakan bahwa semakin kecil diameter pembuluh darah, semakin rendah peluang keberhasilan fistula, telah ditemukan bahwa fistula dapat gagal bahkan ketika diameter arteri kadang-kadang 3 mm. Wong dkk. menemukan bahwa keberhasilan fistula berhubungan dengan aliran fistula pada hari pertama pasca operasi, sementara Dixon dkk. menyarankan bahwa vasodilatasi arteriovenosa dan kemungkinan peningkatan aliran darah yang cepat merupakan faktor kunci dalam menentukan pematangan fistula. Sebaliknya, Roy-Chaudhury dkk. menemukan bahwa vasodilatasi moderat efektif dalam menghambat luasnya hiperplasia endotel, dan bahkan hiperplasia endotel minor dapat menyebabkan stenosis endovaskular tanpa adanya vasodilatasi, Tronc dkk. menemukan bahwa sel endotel kehilangan sifat endotelnya ketika distimulasi oleh perubahan aliran darah, yang menyebabkan penurunan vasodilatasi. Dengan demikian, diastolik vaskular, bukan diameter, merupakan faktor penentu keberhasilan fistula endovaskular. Pada tiga minggu setelah pembentukan fistula endovaskular, terjadi peningkatan yang nyata pada geseran aliran arteri fleksor, di mana pada saat itu, meskipun kedua diameter arteriovenosa cenderung meningkat, ketebalan intima-media arteri radial menjadi lebih tipis daripada vena sefalika, dan ketebalan intima-media vena sefalika menurun sampai batas tertentu. Satu tahun setelah fistula terbentuk, diameter vena sefalika terus meningkat, sedangkan diameter arteri radial tetap tidak berubah dari tiga minggu; pada saat yang sama, ketebalan dinding arteri radial terus meningkat, sedangkan ketebalan dinding vena sefalika tetap tidak berubah; dan ketebalan intima-media arteri radial juga cenderung meningkat, sementara ketebalan intima-media vena sefalika tetap tidak berubah. Juga tidak ada perubahan signifikan pada gaya geser intra-arteri setelah tiga minggu. Biasanya ada tiga jenis kegagalan pematangan endovaskular; 1 kegagalan pelebaran arteri, terutama karena kalsifikasi endotel arteri atau penyakit pembuluh darah perifer; 2 kegagalan pelebaran vena 3 mempercepat hiperplasia intima vena, karena geseran lokal yang rendah setelah pembentukan fistula endovaskular menginduksi hiperplasia intima, serta stenosis vena lokal; selain itu, cedera intima vena selama prosedur juga dapat menginduksi stenosis vena, yang dapat menyebabkan hiperplasia intima. Robbin dkk. menemukan bahwa 95% pasien dapat memenuhi kebutuhan dialisis mereka ketika diameter internal vena >10px dan aliran darah endovaskular >500ml/menit dengan pengamatan terus menerus terhadap diameter pembuluh darah pasien setelah fistula endovaskular dibuat selama 2 bulan. Namun, parameter ini tidak terus meningkat seiring berjalannya waktu. Stenosis vena dan adanya vena kolateral merupakan dua faktor penting yang berkontribusi terhadap kegagalan AVF. Sebaliknya, penerapan intervensi endovaskular secara dini dapat menyelamatkan AVF pada waktunya untuk membukanya kembali. 2. Perubahan hidrodinamik pada fistula endovaskular Monica Sigovan dkk. menemukan dengan mengamati tiga pasien dengan fistula endovaskular arteriovenosa yang sudah mapan dengan menggunakan pencitraan digital MRI dan sistem pemantauan kecepatan selama 3 bulan bahwa gaya geser rata-rata (WSS) cenderung menurun secara progresif selama periode pengamatan, sedangkan gaya geser endovaskular pada pasien dengan anastomosis endolateral tidak berubah selama periode pengamatan. Sebaliknya, Sanjay Misra dkk. menggunakan babi untuk melakukan anastomosis arteriovenosa intrakarotis dengan cangkok vaskular PTFE, diikuti dengan pengamatan selama 14 hari dengan menggunakan teknik MRA dan MRI, terutama untuk mengukur aliran darah yang keluar dari anastomosis di sisi distal dan proksimal arteri dan sisi distal dan proksimal vena, perubahan gaya geser, dan perubahan aliran arteriovenosa serta gaya geser di sisi kontralateral. Ditemukan bahwa gaya geser paling besar pada anastomosis pada 14 hari, bersamaan dengan stenosis dan peningkatan kecepatan aliran. Aliran arteriovenosa di distal anastomosis lebih rendah daripada aliran arteri di sisi kontrol. Ruben Dammers dkk. menggunakan USG untuk mengamati diameter arteriovenosa sebelum dan sesudah fistula pada 16 pasien dengan ESRD dan menghitung gaya geser dan menemukan peningkatan yang signifikan pada aliran vena sefalika pada hari pertama setelah fistula internal terbentuk, tetapi tidak ada perubahan yang signifikan pada gaya geser puncak, yang menunjukkan bahwa peningkatan aliran saat ini terkait dengan dilatasi vena itu sendiri. Pada tiga minggu setelah fistula, terjadi peningkatan yang signifikan pada geseran aliran arteri radial, dan meskipun diameter arteriovenosa cenderung meningkat, ketebalan intima-media arteri radial lebih tipis daripada vena sefalika, dan ketebalan intima-media vena sefalika telah menurun sampai batas tertentu. Satu tahun setelah fistula terbentuk, diameter vena sefalika terus meningkat, sedangkan diameter arteri radial tetap tidak berubah dari tiga minggu; pada saat yang sama, ketebalan dinding arteri radial terus meningkat, sedangkan ketebalan dinding vena sefalika tetap tidak berubah; dan ketebalan intima-media arteri radial juga cenderung meningkat, sementara ketebalan intima-media vena sefalika tetap tidak berubah. Juga tidak ada perubahan signifikan pada gaya geser intra-arteri dari periode tiga minggu. Sebagian besar penelitian menggunakan rumus Poiseuille untuk menghitung gaya geser, tetapi rumus ini memiliki beberapa kelemahan, seperti fakta bahwa arteri berdenyut dan sistem pembuluh darah melebar; juga viskositas darah dan perubahan peningkatan aliran darah dapat memengaruhi keakuratan perhitungan. Pengukuran ultrasonografi konvensional pada pembuluh darah dapat menghasilkan prediksi yang buruk terhadap prognosis AVF sebelum dan sesudah operasi karena mengabaikan berbagai parameter fisiologis serta gelombang nadi. Ada tiga alasan untuk hal ini: 1 keakuratan pengukuran, entri data dan pengaturan parameter lingkungan dapat membatasi hubungan antara lingkungan simulasi dan lingkungan nyata; 2 model simulasi mengabaikan fungsi adaptasi pembuluh darah itu sendiri dan peran regulasi dari tempat tidur vaskular perifer; dan 3 beberapa deskripsi tes fisik tidak sepenuhnya mencerminkan perluasan tekanan dan denyut nadi. AVF biasanya terbentuk 3 bulan sebelum hemodialisis. Kesulitan pematangan terjadi pada 50% fistula endovaskular rendah, terutama karena iskemia tungkai distal dan gagal jantung. Oleh karena itu, alat prediksi diperlukan untuk mengoptimalkan lokasi fistula sebelum AVF dan juga untuk memungkinkan prediksi peningkatan aliran fistula secara individual pada pasien. Secara umum, iskemia tungkai distal dan gagal jantung terjadi ketika aliran lebih besar dari 30% curah jantung setelah pembuatan fistula endovaskular, dan W. Huberts dkk. menggunakan pembuatan simulasi in vitro peningkatan aliran vaskular setelah AVF untuk memverifikasi keakuratan deskripsi dalam keadaan fisiologis yang sebenarnya. Andrea Remuzzi dkk. menggunakan pemodelan hidrodinamika untuk menemukan bahwa semakin kecil sudut jepitan AVF, semakin kecil daerah di mana geseran rendah terjadi. Mereka juga menggunakan MRI yang dikombinasikan dengan CFD untuk memvisualisasikan fenomena fistula endovaskular pada dua pasien AVF 4 minggu setelah operasi dan menemukan bahwa hasil pengukuran yang sebenarnya mirip dengan yang disimulasikan menggunakan teknik CFD saja, sehingga menegaskan bahwa CFD dapat mensimulasikan keadaan yang sebenarnya. Sebaliknya, gaya geser puncak memainkan peran dominan dalam faktor-faktor yang berkontribusi terhadap vasodilatasi AVF, daripada gaya geser rata-rata. Hal ini dikarenakan 4 minggu setelah pembentukan AVF, gaya geser puncak tidak mengalami perubahan, sedangkan gaya geser rata-rata meningkat lebih dari lima kali lipat. Sementara itu, Aron S. Bode dkk. menggunakan model hemodinamik komputasi untuk mensimulasikan kondisi pembuluh darah pada 25 pasien untuk memprediksi lokasi pemasangan AVF, serta aliran darah pasca operasi, dengan tingkat kesesuaian sebesar 75%. Dari sudut pandang tertentu, simulasi hemodinamik terkomputerisasi dapat membantu para dokter muda tersebut untuk menilai akses vaskular pasien sebelum operasi, tetapi masih perlu divalidasi dalam penelitian terkontrol secara acak yang besar. Peningkatan aliran endovaskular terjadi dalam waktu 48 jam setelah terbentuknya AVF, dan S. Manini dkk. menunjukkan korelasi yang tinggi dalam memperkirakan diameter pembuluh darah pasca operasi dan perubahan aliran pada pasien dengan pembuluh darah AVF dengan menggunakan data jaringan getaran denyut nadi aliran darah yang disimulasikan oleh komputer. Hal ini dapat berguna di masa depan untuk pemilihan pendekatan bedah, meskipun perlu menyesuaikan data dengan pendekatan bedah yang berbeda. Simulasi ini juga dapat membantu untuk menyelidiki lebih lanjut peran penting disfungsi sel endotel dalam kerusakan fistula endovaskular. Penelitian ini juga dapat mensimulasikan perubahan diameter arteri dan aliran darah dari waktu ke waktu setelah AVF, sehingga dihipotesiskan bahwa tidak ada perubahan signifikan pada sel endotel di ujung proksimal fistula endovaskular, meskipun dengan laju aliran yang tinggi. Hull dkk. menggunakan simulasi CFD untuk membuat AVF dan meningkatkan diameter arteriovenosa pada basis 3 mm untuk mensimulasikan aliran darah setelah pembuatan fistula endovaskular. Model dibagi menjadi anastomosis lateral (STS) dan anastomosis lateral akhir (ETS). Ditemukan bahwa terdapat perbedaan langkah tekanan pada geseran internal antara anastomosis lateral dan anastomosis lateral ujung 90°. Ketika ETS 45°, perbedaan langkah tekanan paling rendah, aliran keluar vena paling rendah dan kekuatan geser sedang. Penggunaan CFD untuk mensimulasikan sudut anastomosis AVF dapat membantu dalam pemilihan anastomosis fistula internal sebelum operasi untuk menghindari hiperplasia intima, regurgitasi arteri, dan pencurian darah. Dan pada model babi juga ditemukan bahwa ketika panjang arteri diperpanjang 1,5 hingga 3 kali pada 90° ETS dan STS, aliran darah pada ujung aliran vena meningkat 5 hingga 10 kali lipat. Sebaliknya, pada ETS antara 3° dan 58°, tidak ada regurgitasi arteri yang terjadi dan aliran darah arteri mencapai 900 ml/menit. Simulasi komputer gelombang denyut aliran darah memungkinkan penghitungan aliran darah di dalam cabang pembuluh darah setelah terbentuknya AVF dan lebih spesifik untuk pasien dibandingkan dengan model 3D. Metode ini dapat menggabungkan persamaan non-linear untuk menghitung hubungan antara luas penampang dan tekanan, serta menghitung perbedaan langkah tekanan pada stenosis, tikungan atau anastomosis. Metode ini melibatkan agregasi parameter karakteristik sistem arteri dan cabang ke dalam node yang berbeda, masing-masing mewakili lokasi sistem arteri, di mana parameter fisiologis tertentu digabungkan, dikombinasikan dengan beberapa algoritma rumus matematika untuk mensimulasikan dan menghitung tekanan dan geser dinding pembuluh darah serta resistensi di lokasi tersebut dengan cara yang terang, dan berbagai node secara otomatis dianalisis dan digabungkan sehingga satu set lengkap sistem pembuluh darah dapat disimulasikan pulsa aliran darah. Model ini kemudian diterapkan secara klinis, nilai prediksi disajikan, dibandingkan dengan parameter vaskular yang diukur secara klinis, dan akhirnya model tersebut disempurnakan untuk panduan klinis. Namun, pendekatan ini mengabaikan peta geografis distribusi vaskular pasien, yang mana hal ini penting bagi dokter bedah dalam merencanakan lokasi prosedur. Baru-baru ini telah diusulkan untuk menggunakan teori batas dan model kecepatan untuk mensimulasikan secara cepat remodeling vaskular dan aliran darah selama pematangan fistula endovaskular, sementara pada saat yang sama membuat model ini lebih akurat dalam memprediksi pematangan dan perubahan pada fistula endovaskular karena penyaringan parameter individu yang lebih spesifik pada pasien. Untuk menguji keakuratan model ini dalam praktik klinis, sebuah penelitian ARCH dimulai pada 93 pasien hemodialisis dari empat pusat di Eropa selama periode 2 tahun, di mana diameter pembuluh darah arteri fleksor, arteri ulnaris dan vena sefalika, aliran darah diukur secara rutin pada setiap pasien, dan kejadian kerusakan fistula endovaskular dicatat. Ditemukan bahwa pada pasien diabetes, diameter arteri brakialis pada fistula tinggi tidak berubah secara signifikan 40 hari setelah pembuatan fistula internal, sedangkan diameter arteri fleksor pada fistula rendah berubah secara signifikan. Dan perubahan aliran darah yang diprediksi dengan menggunakan simulasi komputer sangat dekat dengan perubahan aliran darah yang diukur secara aktual 40 hari kemudian. Dan faktor genetik dan sistemik tersebut tidak mempengaruhi keakuratan pengukuran. Anders Koustrup Niemann dkk. mengamati perubahan kecepatan aliran endovaskular dan geseran pada waktu yang berbeda dengan melakukan pencitraan MRI pada fistula endovaskular pasien, diikuti dengan simulasi menggunakan perangkat lunak CFD. Mereka tidak menemukan korelasi yang jelas antara morfologi endovaskular dan gaya geser, tetapi model ini dapat membantu mengungkapkan hubungan antara gaya geser endovaskular dan perubahan morfologi endovaskular, serta dapat membantu para profesional perawatan kesehatan untuk lebih memahami manajemen komplikasi endovaskular. Di masa depan, ada kebutuhan untuk menggunakan teknik CFD gambar untuk menyelidiki mekanisme di mana elastisitas dinding pembuluh darah dalam aliran pulsa darah yang disimulasikan mempengaruhi turbulensi yang dihasilkan dalam AVF.