文摘

二尖瓣返流(MR)导致血液流在两个方向收缩的左心室(LV),也就是说,向前进入主动脉,向后进入左心房(LA)。发生在主动脉瓣返流(AR),泄漏从主动脉LV舒张。我们的目标是分析左心室辅助装置的贡献(使用)先生和AR以下两个不同的管子网站:从洛杉矶到主动脉(LAAO)和LV的主动脉(LVAO)。使用一个计算方法,我们模拟三室条件(正常(高频无瓣膜返流),5%的先生,和5% AR)在三组(控制(不使用)、LAAO和LVAO)。结果表明,使用与LAAO中空适合复苏的先生的心,和使用LVAO中空适合治疗AR的心。

1。介绍

在世界范围内,心力衰竭(HF)是死亡的主要原因,根据美国心脏协会的数据(1]。高频的特点是进步的心脏不能泵血液在体内的适量2]。在高频结构(从分子水平到器官水平)和心脏的功能大大改变,导致心脏性能降低。心脏扩张和心肌细胞离子通道异常盖茨发展,导致异常的电激活,电传导缓慢,和屋里钙激活,导致无效的收缩,去极化的不同步,和肌纤维缩短,以及其他一些影响。严重心力衰竭发展没有及时和适当的治疗。高频可以有几个原因,比如不健康的生活方式和不恰当的营养和/或吸毒,吸烟和缺乏锻炼。遗传或先天性疾病、出生缺陷、年龄相关变化,感染也会导致高频(3]。的因素之一,可以导致严重的心力衰竭是瓣膜返流4]。

在瓣膜返流阀(s)不完全关闭在弹射和/或舒张压阶段。这就产生了回流的血液进入心房或心室,减少体内血液流动(3,5]。最常见的类型是二尖瓣返流(MR)。二尖瓣泄漏会导致血液流在两个方向收缩的左心室(LV),也就是说,向前进入主动脉,向后进入左心房(LA)。这增加的压力和体积的洛杉矶,导致增加在肺静脉压力。严重的返流可能导致肺部积液(6]。在主动脉瓣返流(AR),从主动脉泄漏到LV舒张导致增加压强和体积中LV。因此,心脏工作与每个打败困难。这可能会导致心室壁增厚,最终导致心力衰竭(3]。AR通常由阀的弱化组织由于衰老过程。

左心室辅助装置(使用)可以用来支持心脏功能作为一座桥梁或一种治疗心力衰竭患者(7]。使用增加心输出量,卸载心室,改善冠状动脉循环(8,9]。蒂姆斯等人进行的实验研究的心室卸载效应LVAD以下两个管子网站:从LV从拉升主动脉(LVAO)和升主动脉(LAAO) [10]。他们得出的结论是,LVAO适合第四类病人使用LVAD桥梁移植治疗或作为目的地。然而,对于第三类病人,替代中空,如LAAO和升主动脉降主动脉(AODA),申请恢复,这些管子不改变受损的心室具有侵略性。使用LAAO或AODA的缺点是,它会导致一个严重的问题从长远来看,如瓣膜狭窄和血液血栓形成,由于较低的射血分数(EF) [11]。之前,使用计算方法,我们开发了几个管子的方法使用支持复苏的桥梁12]。管子网站AODA, LAAO, LVAO。结果表明,LAAO比AODA更有利的心室卸货和冠状动脉灌注。

本研究的目的是分析影响LVAD AR和不同的管子先生网站。使用一个计算方法类似于数值方法用于开发之前报道心脏机电模型(12,13],我们模拟一个失败的犬心室模型在以下三个条件:高频无瓣膜返流(正常),和5%的基于“增大化现实”技术,高频,高频5%先生我们这些条件适用于以下三组的基础上,使用中空站点:控制、LAAO, LVAO。在对照组,条件(正常、AR和奥)使用的建模不使用。LAAO组,使用用于所有条件下,中空的网站放置在洛杉矶和主动脉之间。LVAO组,使用用于所有条件下,中空的网站放置在LV和主动脉

2。材料和方法

2.1。机械室的方法

我们使用之前开发的犬类机电模型基于磁共振成像(14,15]。然后,我们结合三维(3 d)基于图像失败犬心室循环系统的集总模型和LVAD模型,如图1。使用建模为流发生器。的通量的使用将有一个恒定的价值40毫升/秒。对于仿真协议中,我们使用机电耦合模型。机电模型由两个隔间,电气和机械。每个隔间耦合使用Ca2 +激活。电气模拟,我们实现了一个窦性节律运用提出的电激活时间大调的et al。16基本的周期长度为600。我们获得的细胞内钙浓度从电气模拟配置文件在所有计算节点。然后,这些概要文件应用到机械仿真作为输入参数。机械模拟,我们进行了模拟,直到20秒,直到一个稳态响应。心肌纤维模型由大米等。17)是用于机械室。模拟高频模型,被动应变能函数的比例因子是增加了五倍18),和正常心肌细胞钙瞬态降低了70% (19]。图的原理图1显示了LAAO和LVAO模型;然而,我们分别模拟每个条件。原理图代表了人体的血液循环系统。它由一个3 d心室图和无量纲集总模型。每个隔间系统的交流信息的压强和体积LV和右心室(RV)。 , , , 表示压强,体积,电容,电阻,分别。


图1
有限元心室机电模型的原理图加上循环,瓣膜返流,使用模型(LAAO和LVAO)。 :房车压力, 体积:房车, :LV的压力, :LV体积, :肺动脉阻力, :肺动脉合规, :肺血管阻力, :肺静脉合规, :二尖瓣阻力, :左心房合规, :主动脉瓣的阻力, :系统性动脉阻力, :系统性动脉合规, :全身血管阻力, :全身静脉合规, :三尖瓣阻力, :右心房合规, :肺动脉瓣阻力。

我们分析几个机械反应,如3 d三磷酸腺苷(ATP)消费速度分布,平均ATP消费率,压力波的洛杉矶,LV,和系统性动脉,LV压强和体积,LV中风的工作。ATP消费率的ATP消费积分计算每个节点,代表一个周期中的肌丝模型提出的大米et al。17]。在单一肌丝模型中,ATP消费率( )单位体积是横桥的产物分离率( )和单一重叠部分的粗纤维( ):

2.2。瓣膜返流模型

模型AR和先生,我们添加了两个额外的分支平行于拉和系统性动脉的隔间,里面流电阻和单向阀门的集总模型的循环系统。 和 代表向后流电阻通过二尖瓣和主动脉瓣,分别在图1。流动力学的基于“增大化现实”技术,而由以下方程: 方程(2)代表的通量方向二尖瓣有两个不同的条件。第一个条件是洛杉矶收缩阶段,拉压力高于LV的压力。通量方向从洛杉矶到LV。第二个条件是LV收缩阶段,LV的压力高于拉压力。在这种情况下,LV的通量方向是主动脉和洛杉矶。通量流回洛杉矶由于二尖瓣5%的泄漏。科幻的比例因子是泄漏的阀门。科幻小说是设置为5代表5%二尖瓣的泄漏。方程(3主动脉瓣)代表泄漏。 , , 表示流量(毫升/分钟)、压力(毫米汞柱),和阻力(毫米汞柱最小/ L),分别和下标MI, AO, LV,洛杉矶,并泄露表示二尖瓣、主动脉瓣,左心室、左心房,分别和返流。

3所示。结果

图2显示了ATP等高线分布(图2(一个)率(图)和ATP的平均消费2 (b))正常(高频没有瓣膜返流),基于“增大化现实”技术,为所有组和条件。在正常状态下,LAAO和LVAO组织ATP少消耗4.4%和31%,分别比对照组。对照组的基于“增大化现实”技术的心91年代−1ATP。的基于“增大化现实”技术的心脏LAAO中空网站多消耗47%的ATP,和基于“增大化现实”技术的心脏LVAO中空网站消耗ATP略少,而基于“增大化现实”技术的核心。对照组的心先生80年代−1ATP。先生的心少消耗45%的ATP与使用LAAO和LVAO中空网站,与对照组相比。使用与LVAO中空ATP消费减少心脏疾病。

(一)
(一)
(b)
(b)
图2
ATP在正常消费,基于“增大化现实”技术,为所有组和条件。

图3显示了洛杉矶的比较、LV和主动脉压力正常,AR,条件先生的波形(数字3(一个)- - - - - -3 (c)),峰值压力(拉普兰人)(图3 (d)),LV峰值压力(LVPP)(图3 (e))。比较正常的机械反应,基于“增大化现实”技术,和先生的条件是获得一个周期在稳定状态,从18.6秒到19.2秒。在图3(一个)为正常状态,主动脉压力增加30%使用使用与管子(LAAO和LVAO)的网站。这是由于连续的磁通泵的使用,分配血液不断的出口管子(主动脉)。进气室的压力峰值下降了44%和25%的LA LAAO和LVAO LV,分别。此外,正常状态的LV压力与LAAO管子没有超过主动脉压力,造成isovolumic收缩,血液被困在LV。这种情况也观察到在试验研究严重的高频Timms et al。他们表明,在严重的高频使用LAAO困血液在LV收缩(10]。这困血是血血栓形成的主要原因11]。

(一)
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(b)
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(c)
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(d)
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(e)
(e)
图3
(一),(b) LV,和(c)主动脉压力;(d)拉普兰人;和在所有条件下(e) LVPP组。

图3 (b)显示了LV,洛杉矶,和主动脉压力的基于“增大化现实”技术的条件。对照组的LV压力条件下相比降低了16%,在正常条件下。这是由于主动脉瓣的泄漏,降低收缩期功效。此外,拉压力的对照组相比,增加了20%在正常条件下。使用与LAAO中空对照组的LV的压力增加了34%在基于“增大化现实”技术的条件下,比正常条件下。LV和主动脉压力增加基于“增大化现实”技术的条件下与LAAO管子是由于LV的体积的增加。的LAAO管子吸收血液从洛杉矶和寄给主动脉。然而,血液从主动脉瓣泄露给了LV,增加了LV体积。此外,拉压力降低了由于卸载从LAAO管子。另一方面,使用LVAO管子没有显著影响的基于“增大化现实”技术的条件。 Even though the LVAD distributed the load to the aorta, the pressure of the systemic artery/aorta for coronary perfusion could not be maintained because of the leak.

在图3 (c)拉压力的控制集团先生条件下增加在收缩阶段由于二尖瓣泄漏。此外,LV和主动脉压力不能保持。使用的使用与LAAO LVAO中空系统性动脉压力增加,导致冠状动脉高灌注。此外,两个管子成功地卸载血液从每个室(LA LAAO和LV LVAO)。

数据3 (d)和3 (e)秀拉普兰人之间的比较和LVPP条件和组。它可以观察到的拉普兰人对照组提高28%和72%在AR和条件下,分别。另一方面,对照组的LVPP AR和条件下下降了16%和31%,分别。

图4显示了压力-容积(PV)正常(图的循环图4(一)AR(图),5%4 (b)先生(图),和5%4 (c)(图)条件,和中风工作4 (d)所有条件)。在图4(一)的中风体积对照组正常条件下20毫升,这意味着它有20%的EF。的峰值压力低于正常心脏状况,体积和舒张压高于正常状态。对照组的正常状态是归类为严重的心力衰竭。Isovolumic收缩发生在使用治疗LAAO中空站点的正常状态,因为直接管子从洛杉矶到主动脉,完全分布式的血液,导致没有LV体积的变化。LV的血液仍不能通过主动脉瓣因为LV压力条件下小于主动脉压力。因此,血液被困在LV。

(一)
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(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
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图4
(a, b, c)压力-容积循环和中风(d)适用于所有情况。

在图4 (b),LV的基于“增大化现实”技术的条件下表现出较高的压强和体积循环相比,使用时的正常条件下的对照组与LAAO中空实现因为泄漏的主动脉瓣,这就增加了LV的容量和压力。另一方面,基于“增大化现实”技术条件的PV循环恢复的实现使用LVAO管子。

图4 (c)显示,使用与LAAO LVAO中空网站成功地卸载了血液和减少中风先生条件下(图工作4 (d))。这意味着两个管子网站分布式血液适当增加冠状动脉灌注和维护主动脉压力。因此,LAAO或LVAO中空适用于治疗一个病人患有然而先生,因为LAAO不改变LV结构和解剖,我们建议LAAO管子是最适合心脏复苏的先生的心。中风ATP消费率工作表现出类似的模式,除了LAAO中空网站正常条件下。中风为这个条件是零工作由于EF的0%。

4所示。讨论

我们模拟一个真实的3 d失败犬心脏模型在正常(高频没有瓣膜返流),基于“增大化现实”技术的5%,和5%的条件有两个管子网站LVAD先生,也就是说,LAAO LVAO。我们分析了机械反应如ATP等高线分布,平均ATP的消耗速度,压力的LV,洛杉矶,和主动脉,PV循环图,和中风的工作。之间的区别的ATP消费率对照组是正常的,无关紧要的基于“增大化现实”技术的5%,5%先生的条件。使用LAAO和LVAO中空ATP消耗减少了45%,条件下。尽管LAAO减少了ATP消费先生的条件下,增加ATP消费47%基于“增大化现实”技术的条件下,作为对照组相比,基于“增大化现实”技术的条件下。

LV的PV循环,观察isovolumic收缩在正常条件下的使用与LAAO管子。LAAO恶化泵功效,心脏消耗相当大的精力和EF是零。即使使用血液循环的协助下,血液被困在LV导致血栓形成。此外,LAAO中空AR条件下基于仿真结果不适用,因为它增加了ATP消费率,LV的压力,和中风高于正常工作值基于“增大化现实”技术的条件下。相比之下,使用与LVAO管子更适合治疗AR患者因为它恢复ATP消费和维护LV PV循环。

先生的心,使用与LAAO LVAO中空网站成功地恢复心脏功能,ATP减少消费,增加主动脉冠状动脉灌注压,并提供足够的心输出量。尽管如此,使用与LAAO管子更适合治疗先生的心。这个选项适用于一个病人使用使用专为复苏而不是一座桥移植治疗或作为目的地。这是因为LAAO中空并不直接改变病变LV,这对恢复心脏功能是必要的。

5。结论

使用的效果和LAAO LVAO中空网站理论上预测在正常(HF没有瓣膜返流),5%的基于“增大化现实”技术,5%心脏病先生。结果表明,使用与LVAO中空恢复心脏的血流动力学下的基于“增大化现实”技术和条件。为使用LAAO中空,即使这管子恢复心脏血流动力学在先生的条件下,它恶化心脏血流动力学基于“增大化现实”技术的条件下通过增加ATP消费,LV压力/高血压和中风LV的工作。总之,使用LAAO中空适合复苏的先生的心,和使用LVAO中空适合治疗AR的心。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究支持的部分MSIP,韩国,根据CITRC支持计划(IITP - 2015 - h8601 - 15 - 1011)监督IITP和联盟(2016 r1d1a1b0101440和2016 m3c1a6936607)。