VA-ECMO支持期间心衰患者主动脉内血流动力学变化的多尺度数值模拟研究

目的静动脉体外膜肺氧合(VA-ECMO)是抢救心肺功能衰竭危重症病人的重要手段。ECMO供血与自体心脏供血产生复杂的相互作用,可能引发心脏过载、血栓等并发症,是影响VA-ECMO临床应用效果的关键因素。本研究发展几何多尺度建模方法,在系统性地研究不同心衰程度和ECMO工况组合的血流动力学效应的基础上,详细评价VA-ECMO支持下的主动脉血流动力学特征。方法首先建立了心血管系统与VA-ECMO耦合的集总参数模型,分析特定心衰条件下ECMO血泵转速变化对心输出量、ECMO供血量等的影响,以探寻最佳血泵转速。进一步采用0~3维几何多尺度模型模拟不同心衰程度和血泵转速组合条件下的主动脉血流,探寻可能与血栓形成、内皮功能失调有关的血流动力学特征。结果增大VA-ECMO血泵转速会降低自体心脏的泵血能力,降低幅度与心收缩功能呈负相关关系;过低或过高的ECMO供血量均会显著增大主动脉血流的紊乱程度,表现为在特定区域出现二次流强度增大以及振荡剪切指数(OSI)、归一化横切向壁面剪应力(Ntrans WSS)升高现象;相对而言,设定最优ECMO供血量则可以较大程度地抑制上述血流紊乱。结论心血管系统和VA-ECMO之间存在复杂的血流动力学耦合作用,基于患者实际情况设定合理的ECMO工况有助于在实现ECMO供氧作用的同时降低潜在的并发症风险。