文摘

竞争从本地冠状动脉被认为是一个主要因素在冠状动脉旁路移植的失败。然而,生理效应不是很清楚。竞争的目的是研究影响流引起的不同的左前降枝(小伙子)动脉狭窄度在胸廓内动脉的血流动力学(ITA)旁路移植。一个理想化的ITA-LAD模型是建立在CAD工具。竞争流动的程度分为五类:根据不同的小伙子狭窄度高(没有狭窄),中等(30%狭窄),减少狭窄(50%),降低狭窄(75%),没有竞争流(完全狭窄)。有限体积法的数值模拟。流速分布、壁面切应力和振荡剪切指数进行了分析。结果表明,旁路移植会产生更高的竞争流动unbeneficial壁剪切应力分布与内皮功能障碍和随后的移植失败。冠状动脉搭桥手术是首选的小伙子狭窄时进行高于75%。

1。介绍

治疗冠状动脉狭窄、动脉移植引起的血流入本地冠状动脉旁路移植,和竞争流动往往是观察end-to-side吻合附近地区。几个报告提供竞争流在本机冠状动脉闭塞或狭窄相关的冠状动脉血管旁路移植术提供。例如,Pevni等人建议竞争流动是无功能移植血管与非关键狭窄的原因(70%)、移植物闭塞或严重狭窄的时1]。Nordgaard等人评估冠状动脉移植流模式是否影响不同由本地竞争流或冠状动脉狭窄的冠状动脉吻合术基于9个猪接受非嫁接的左冠状动脉前降左胸廓内动脉(小伙子)。并得出结论:乳腺移植流显著降低了本地冠状竞争流动,但略微下降了75%的狭窄的吻合意味着(管腔狭窄2]。河村建夫等人研究了竞争的影响流胸廓内动脉的通畅率从伴随左前降枝动脉旁路隐静脉(SV)在左冠状动脉移植,基于313名患者有两个绕过左侧冠状动脉原位包括1 ITA-LAD贪污。也得出结论,竞争从SV移植可能发挥重要作用原位闭塞的动脉移植(3]。Runwei等人研究了竞争关系流和贪污流在冠状动脉旁路移植十二成人健康的狗和得出结论,基于竞争流将抑制移植流(4]。冠状动脉旁路移植(cabg)的开放主要是由动脉粥样硬化的进展和内膜的增生在移植以及技术故障(5]。据报道,竞争流与移植失败,它被认为是主要的影响因素之一早期动脉移植物通畅和导致移植物收缩和失败6]。此外,竞争流动被认为确定的整个长度的缩小左胸廓内动脉移植,所谓的“现象”(7]。

虽然竞争的负面影响流贪污开放或失败在一些研究报告,准确的病理生理的影响并不完全理解,因为大多数这些研究没有提供明确的解释他们的发现。血液动力学被广泛承认对动脉疾病有显著的影响。流扰动被证实与内膜的增生和动脉血栓形成8,9]。壁剪切应力(WSS)可能发挥重要作用在开放后CABG [10]。竞争流和血流动力学之间的关系尚不清楚。有罕见的文学研究关注这一领域,除了羌族等人调查了竞争流对壁面切应力的影响在乳动脉旁路移植和证实贪污流是高度依赖于竞争的程度流(11]。纸,竞争只是流分为三度,小伙子狭窄的程度并没有充分的研究。小伙子狭窄的程度和血流动力学之间的关系并不明确。

本研究的目的是数值研究竞争力的影响流在ITA-LAD血液动力学模型与不同程度的小伙子狭窄。本研究将明亮的理解竞争流和临床帮助外科医生治疗近端狭窄。

2。方法

2.1。模型

一个理想化的冠状动脉旁路移植模型建立根据常见ITA-LAD旁路设计治疗童子狭窄(图1)。旁路移植的直径是4.6毫米。本机的小伙子的直径是4.5毫米12,13]。旁路移植的吻合角大约是45°。模型导入到商业软件ANSYS-CFX啮合。主要生成六面体网格。为了突出墙附近的血流动力学特征,边界网格细化。网格敏感性分析进行了使用一个简单的稳定计算通过比较平均压力和壁面切应力分布以保证模拟的准确性。基于可接受的误差小于1%的原则,最后,大约1018002个网格生成的数字ITA-LAD模型。

(一)
(一)
(b)
(b)
图1
ITA-LAD搭桥的示意图(a)和(b)的理想化ITA-LAD模型。
2.2。计算流体动力学

有限体积法的计算流体动力学(CFD)。一个心动周期的持续时间是0.8秒。血液流体的密度和动态粘度1050公斤/米3分别和0.0035 Pa·s。小伙子动脉的血流速度剖面和旁路移植(图2)从十八岁猪的体内实验测量12,13]。每个选项的竞争流动的程度分为五类根据不同的小伙子狭窄:更高的(无狭窄),继发性狭窄(30%),降低狭窄(50%),降低狭窄(75%),没有什么竞争流(完全狭窄)。一个相对零是出口的压力。动脉壁都假定为刚性与中性条件。最大雷诺数在所有模拟大约是1050年,因此,研究了层流。血液流动被认为是不稳定、牛顿和不可压缩流。采用循环收敛性判据是基于速度和压力的计算组件。此外,相对误差小于 1 − 6 为每个计算被接受。navier - stokes方程解决使用ANSYS-CFX包(12)版Microsoft Windows XP 32位电脑4 GB RAM和双核2.83 GHz CPU。三个心脏周期与固定时间步的0.001秒。之间的比较结果第三和第二心脏周期,错误的压力和壁面切应力都小于0.8%。在我们看来,这些错误变得可以接受,第三个心动周期的结果被用于这项研究。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
(f)
(f)
图2
流条件。
2.3。定义时均壁剪应力和振荡剪切指数

壁剪切应力起着重要的作用在开放后CABG [10]。振荡剪切指数(OSI)是一个可以量化的衡量的变化方向和壁面切应力的大小(10]。和地区的高OSI倾向于内皮功能障碍和血管硬化14]。因此,上壁剪切应力(鞭打)和OSI计算根据表达式(11]: 1 T 一个 W 年代 年代 = 0 | | | → | | | 1 O 年代 我 = 2 ⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ | | | ∫ 1 − 0 → | | | ∫ 0 | | | → | | | ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ , ( 1 ) 在哪里 → 是墙剪切应力矢量, 流的时间周期, 0 是泊肃叶流动的壁面切应力在平均流雷诺数。OSI范围从0到0.5,0描述总单向壁剪应力和0.5意味着一个振荡剪切流净数量的零壁剪切应力(11]。

3所示。结果

3.1。流型

三个典型时期包括0.05、0.55,和0.75年代被分配为分析流的细节。流速度矢量地图的中间部分如图五个条件3。很明显,近端小伙子和ITA的流速分布主要受流条件的小伙子和ITA入口,分别。小伙子狭窄的程度越高,速度越低意味着小伙子动脉近端。和相反的现象观察的旁路移植。


图3
中间部分的流速等高线地图九个条件。

在心动周期的初始和最终时期狭窄低于50%时,明显的回流是ITA(图中观察到2)。这将导致更低的速度流甚至扭转流在远端小伙子动脉(图3)。然而,这种现象几乎是观察狭窄时高于75%。根据不同入口流速分布是不同的条件下,特别是在吻合的附近地区扰动流,包括流再循环和流动分离,观察。

3.2。壁剪切应力分布

墙上的剪切应力分布如图五条件4。显然,最高壁剪切应力都集中在脚趾或床上的吻合。壁面切应力的快速变化主要出现在吻合。鞭打和OSI计算旁路移植,如图5所示。鞭打的范围从0.1 - -0.24 Pa, OSI范围从0.02 - -0.25的五个条件。


图4
壁面切应力分布的五个条件。
(一)
(一)
(b)
(b)
图5
鞭打(a)和OSI (b)分布。

4所示。讨论

本研究的目的是调查竞争流动的生理效应在冠状动脉旁路移植血液动力学。不同程度的不同的小伙子狭窄造成的竞争流动进行了研究。

流结果如图3显示,流动细节旁路移植主要是受到他们的进气道流条件的影响。没有观察到扰流内的贪污除了附近的区域吻合。这可能表明竞争流动有重要影响的程度吻合附近的流型。中可观察到明显的回流ITA的高,二次流和降低竞争力,这将导致更低的速度流甚至动脉远端反向流动的小伙子。这正值Bezon等人的研究和伯格等人报道,胸廓内动脉的通畅率左前降枝动脉旁路是减少竞争流(15,16]。

移植物衰竭的病因学由于竞争流还没有被彻底调查。壁剪切应力起着重要的作用在开放后CABG [10,17]。OSI热点也倾向于内皮功能障碍和血管硬化14]。我们的研究结果表明,鞭打逐渐增加和OSI逐渐减少的小伙子狭窄程度变得更高。比较没有竞争力的鞭打流,它下降了7.8%,34.6%,53.4%,和57.3%的低,减少,二次,分别和高竞争力的流。比较没有什么竞争的OSI流,它增加了16%,102.4%,685.8%,和1035.8%的低,减少,二次,分别和高竞争力的流。可以看出越高竞争流动导致至少鞭打和OSI ITA贪污,这表明旁路移植将导致更高的竞争流动unbeneficial壁剪切应力分布对低鞭打和高旁路移植OSI的概率会增加内膜的增生和血管硬化。这也许可以解释为什么越高竞争流动将导致的高风险绕过失败。

也有罕见的研究报告临床CABG和狭窄程度之间的关联。在这个研究结果表明,鞭打最高和最低OSI是没有竞争力的水流条件。从血流动力学的角度,内膜的增生和血管硬化的概率不小伙子时完全闭塞。此外,低竞争力之间的差异的鞭打和OSI流狭窄(75%)条件和没有什么竞争流狭窄(100%)条件是轻微的。这表明,降低竞争流动导致鞭打和OSI类似于没有什么竞争流条件,同意与Nordgaard的报告(2]。狭窄低于75%时,不幸的是,unbeneficial鞭打和OSI增加快速下降的情况。可能会得出结论,比较的鞭打和OSI搭桥术是首选的小伙子狭窄时进行高于75%。

CFD已广泛用于流场退出娱乐的理想化的悸动的流动条件(或复杂的几何图形18,19]。CFD模拟的准确性很大程度上取决于所使用的几何形状和边界条件的质量。然而,在这项研究有一些局限性。CFD模拟的时间压力条件被忽略了。虽然这项研究的结论同意与其他文献,似乎很难在实际推广我们的发现一个或每一个病人和描述详细的血流动力学特性冠状动脉旁路手术吻合由于大冠状动脉的吻合的结构的变化。其他限制CFD模型和材料相关的假设。首先,几何模型是理想化的模型,而不是现实的剖析。这种简化可能影响内部的流动细节搭桥。其次,可压缩血液、非牛顿流变学和弹性墙也没有包含在CFD模拟和大量的研究(10,17,19]。所有这些对仿真结果有一定的影响,将被认为是在未来的工作。第三,没有提供临床验证。未来的工作将致力于临床实验和流固相互作用。

5。结论

生理效应的竞争流在冠状动脉旁路移植血液动力学进行了研究。不同程度的不同狭窄造成的竞争流ITA-LAD选项被认为是。得出的结论是,更高的竞争流在旁路移植会产生unbeneficial壁面切应力分布符合内皮功能障碍和随后的移植失败。低竞争流生成更高的鞭打和更低的OSI类似于没有什么竞争流动状态。冠状动脉搭桥手术是首选的小伙子狭窄时进行高于75%。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(11172016)和北京自然科学基金(3092005)。