An application of soliton solutions of a differential equation in the progression of aortic dissection

Abstract

Aortic dissection is a serious pathology involving the vessel wall of the aorta with significant societal impact. To understand aortic dissection, we explain the role of the dynamic pathology in the absence or presence of structural and/or functional abnormalities. We frame a differential equation to evaluate the impact of mean blood pressure on the aortic wall and prove the existence and uniqueness of its solution for homeostatic recoil and relaxation for infinitesimal aortic tissue. We model and analyze a generalized (3 + 1)‐dimensional nonlinear partial differential equation for aortic wave dynamics. We use the Lie group of transformations on this nonlinear evolution equation to obtain invariant solutions, traveling wave solutions including solitons. We find that abnormalities in the dynamic pathology of aortic dissection act as triggers for the progression of disease in the early stage through the formation of soliton‐like pulses and their interaction. We address the role of unstable wavefields in waveform dynamics when waves are unidirectional. Moreover, the notion of dynamic pathology within the domain of vascular geometry may explain the evolution of aneurysms in cerebral arteries and cardiomyopathies even in the absence of anatomical and physiological abnormalities.

Mathematical Analysis of Aortic Deformation in Aneurysm and Wall Dissection

“…Гистологический анализ сегмента артерии позволяет выделить три отдельных слоя, называемых туниками: интима, медия и адвентиция, как показано на рисунке 1. При наличии сосудистого заболевания, например, атеросклероза, механические свойства пораженных слоев стенки артерии значительно отличаются от механических свойств здоровой артерии [6][7][8].…”

“…При патологии аорты меняются прочностные свойства стенок сосуда. В работе [6] использовался математический аппарат группы преобразований Ли для анализа нелинейной волновой динамики распространения волн в стенках аорты. Обнаружено, что расслоение аорты выступает в качестве триггера прогрессирования заболевания на ранней стадии за счет формирования солитоноподобных импульсов и их взаимодействия.…”