左心室辅助装置（LVAD）是一种用于治疗心力衰竭的机械循环支持装置，但仍有一些严重的并发症，如中风和装置血栓。此前，入血管插入深度以前没有被系统地评估过。，一篇发表在《Adult Circulatory Support》的文章采用非定常计算流体动力学方法，在左心室、二尖瓣和左室辅助静脉插管计算模型中研究血流模式，探究了LVAD入血管插入深度对血栓形成风险的影响。
研究者发现，对于左心室尺寸较小的患者，传统的入血管插入深度（27mm）会导致更高的血小板剪切应力历史（SH）和更长的血小板滞留时间（RT），从而增加了血栓形成的风险。此外， 减少入血管插入深度可以改善左心室内血流动力学，降低血栓形成的风险，特别是对于左心室尺寸较小或发生逆向重塑的患者。
研究背景
心力衰竭是一种常见的心血管疾病，影响了数百万人的生活质量和预期寿命。LVAD是一种机械循环支持装置，可以用于治疗终末期心力衰竭患者，提高他们的生存率和生活质量。然而，LVAD仍然存在一些严重的并发症，如中风和装置血栓，限制了其临床效果和安全性。LVAD相关的并发症与多种风险因素有关，包括患者因素、临床因素和血液动力学因素。血液动力学因素，如不利的血流模式、高剪切应力、停滞区域和非生理性的流入和流出，会增加血栓形成的风险。血小板是血栓形成的主要细胞成分，它们会感知异常的血液动力学刺激，并启动凝血级联。LVAD入血管插入深度是影响LVAD血液动力学的一个重要变量，但目前没有明确的指南或建议。因此，有必要定量评估入血管插入深度对左心室内血流模式和血小板活化的影响，以优化LVAD治疗的生物相容性。
研究方法
研究者使用了一名心力衰竭患者的计算机断层扫描（CT）图像，来获取一个基于患者的左心室模型。研究者在模型中虚拟插入了一个通用的入血管（内径15mm，外径20mm，长度27mm，有倒角的尖端），并设置了两种不同的插入深度：12mm和27mm。
研究者使用了非稳态CFD方法，将血液视为均质、牛顿流体，并跟踪了数十万个中性浮力的球形血小板（直径3微米），以计算血小板微环境的机械刺激。研究者在二尖瓣处施加了一个随时间变化的、基于患者的速度流入条件，而在LVAD入血管处施加了一个恒定的压力（5 mmHg），以模拟全支持状态，即主动脉瓣始终关闭。每隔0.1秒在二尖瓣处注入血小板，并跟踪它们15秒，以评估血小板水平的血栓形成变量，如RT和SH（公式如下），分别对两种入血管插入深度配置进行了15个连续心动周期的CFD模拟，并收集并使用了去除初始瞬态（3秒）后达到统计周期性的数据。
研究结果
图1：不同的入血管周围的楔形区域有明显差异
图2：较深的入血管插入深度导致的较大楔形区域尺寸是导致该区域血瘀增加的原因
研究者发现，对于左心室尺寸较小的患者，传统的入血管插入深度（27mm）会导致更高的血小板剪切应力历史（SH）和更长的血小板滞留时间（RT），从而增加了血栓形成的风险。如图1所示，不同的入血管周围的湍流有明显差异，传统的入血管的插入深度使心内膜与入血管之间的楔形间隙大得多。此外，如图2所示，与较浅插入深度相比，较深的入血管插入深度导致的较大楔形区域尺寸是导致该区域血瘀增加的原因。
图3：单个血小板轨迹显示血小板通过多个停滞区
表1：插入管越长，血小板轨迹越复杂
如图3所示，单个血小板轨迹显示血小板通过多个停滞区，如左心室流出道和心室顶袋，在其通过左室的轨迹上，经常在入血管周围循环多次。值得注意的是，这些是实际的血小板轨迹，跨越不同的脑室内运输时间，从2秒到15秒不等。结合表1，研究者发现，在传统的入血管插入深度（27mm），血小板的路径更为复杂，从而遭受多次重复的剪切暴露周期。
图4：减少入血管的深度，血小板剪切应力历史降低
根据图4可得，减少入血管插入深度（12mm）的SH平均低约4%。然而，对于传统的入血管插入深度（27mm），血小板上的SH分布明显更高，比减少入血管插入深度（12mm）时血小板积累的最大SH增加了82%。
图5:27mm入血管的血小板剪切是12mm入血管的2.5倍
图5结果表明，传统的入血管插入深度（27mm）的血小板经历高水平剪切(> 10 Pa-s)的可能性是减少入血管插入深度（12mm）的2.5倍。对于其他SH阈值，也得到了类似的结果。
此外，通过评估TP（thrombogenic potential，血栓潜在性）指标，与传统的入血管插入深度（27mm）相比，减少入血管插入深度（12mm）减少了33%的TP，主要体现在根尖停滞区的减少。
图6:27mm入血管和12mm入血管的SH和RT的分布
图6的右上象限可视为高血栓形成区，该区域内的血小板不仅要在左室再循环很长时间，而且在这个过程中也积累了极高水平的SH，从而增加了激活和聚集的风险。分析显示，与减少入血管插入深度（12mm）相比，标准27mm流入插管在右上象限的血小板比例增加了4倍。
总结
在影响LVAD患者室内血流动力学的多个变量中，入血管插入深度以前没有被系统地评估过。本研究表明，左室内的血流模式受到入血管插管插入深度的深刻影响。与12mm入血管相比，27mm入血管插入深度的血小板落在高血栓形成区的数量几乎是其四倍，血小板活化、血栓形成和中风的风险明显更高。这种风险在左心室尺寸较小或发生逆向重塑的患者中加剧。因此，未来的LVAD设计应该考虑到不同的左心室尺寸和几何形状，以及降低入血管插入深度的可能性，以提高生物相容性和减少并发症。总之，这项研究表明，通过降低LVAD入血管插入深度，可以改善左心室内血流动力学，降低血栓形成和二尖瓣关闭不全的风险。这为未来LVAD设计提供了重要参考。
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