체액

Jul 10, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5734(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

말기 심실성 심부전으로 고통받고 심장 이식이 실행 가능한 옵션이 아닌 경우, 전체 인공 심장(TAH)을 이식 장치에 대한 가교로 사용할 수 있습니다. Realheart TAH는 자연 심장을 모방한 용적 치환 펌핑 기술을 사용하여 한 쌍의 이중엽 기계 심장 판막에 의해 제어되는 박동 흐름을 생성하는 4챔버 인공 심장입니다. 이 연구의 목적은 기존의 체외 판막 운동 데이터의 필요성을 제거하기 위해 유체-구조 상호 작용을 갖춘 전산 유체 역학을 사용하여 용적식 혈액 펌프의 혈역학을 시뮬레이션하는 방법을 만든 다음 이를 조사하는 것이었습니다. 다양한 작동 조건에서 Realheart TAH의 성능. 이 장치는 60, 80, 100 및 120bpm의 펌핑 속도와 19, 21, 23 및 25mm의 스트로크 길이에서 5주기 동안 Ansys Fluent에서 시뮬레이션되었습니다. 장치의 움직이는 구성 요소는 오버셋 메싱 접근 방식을 사용하여 분리되었으며, 유체와 구조 솔버 간에 새로운 혼합 약-강 결합 알고리즘이 사용되었으며, 계산 효율성과 정확성을 최대화하기 위해 맞춤형 가변 시간 단계 방식이 사용되었습니다. 2요소 Windkessel 모델은 출구에서의 생리적 압력 반응을 근사화했습니다. 일시적인 유출량 유량 및 압력 결과는 하이브리드 심혈관 시뮬레이터를 사용한 시험관 내 실험과 비교되었으며 유량 및 압력에 대해 각각 최대 제곱평균제곱근 오차가 15% 및 5%인 것으로 나타났습니다. 심실 세척이 시뮬레이션되었으며 심박출량이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났으며, 120bpm 25mm에서 4주기 후 최대값은 89%였습니다. 시간 경과에 따른 전단 응력 분포도 측정되었으며, 이는 총 부피의 \(4.5\times 10^{-4}\)% 이상이 심박출량 7 L/min에서 150 Pa를 초과하지 않음을 보여줍니다. 이 연구는 이 모델이 광범위한 작동 지점에서 정확하고 강력하다는 것을 보여주었으며 Realheart TAH의 현재 및 미래 세대에 대해 빠르고 효과적인 향후 연구를 수행할 수 있게 할 것입니다.

심부전(HF)은 전 세계적으로 6,400만 명이 넘는 사람들에게 영향을 미치며, 사례는 1990년에서 2017년 사이에 거의 92% 증가했습니다1. 양측 모두에 영향을 미치는 말기 양심실 심부전과 같은 중증 HF 사례(뉴욕 심장 협회 클래스 IV 증상2) 심장의 경우 심장 이식이 필요합니다. 그러나 이용 가능한 기증자 심장의 수는 제한되어 있으며 이식 대기자 명단은 계속 늘어나고 있습니다3. 의사는 이식에 대한 격차를 해소하기 위한 수단으로 기계적 순환 지원(MCS)을 사용할 수 있으며, HF의 유형에 따라 어떤 MCS를 사용할 수 있는지가 결정됩니다. 단심실 부전의 경우 심실 보조 장치(VAD)를 사용하여 심실의 혈액 공급을 보조할 수 있지만, 말기 양심실 HF의 경우 전인공심장(TAH)이 기능을 완전히 대체합니다. 본연의 마음이 더 적절하다4.

MCS 장치에는 회전식과 용적식의 두 가지 주요 펌핑 방법이 있습니다. 가장 최근의 VAD는 회전식 장치5,6,7입니다. 여기에는 고정자 블레이드(축류 펌프의 경우) 또는 볼류트(원심 흐름 펌프의 경우)에 의해 압력 수두로 변환되는 혈액에 운동 에너지를 제공하는 단일 회전 임펠러가 포함되어 있습니다. 로터리 펌프는 일반적으로 연속 흐름을 생성하지만 임펠러 회전 속도를 변경하여 박동 흐름 파형을 생성할 수 있습니다. TAH는 일반적으로 전기 또는 공압으로 구동되는 멤브레인 또는 푸셔 플레이트에 의해 장치에서 혈액을 밀어내어 박동 흐름을 생성하는 용적식 펌핑 방법을 사용합니다8,9,10. 회전식 펌프도 TAH11,12로 사용되었으며 용적식 펌프도 VAD13,14,15,16로 사용되었습니다. 연속 흐름 장치는 일반적으로 박동 펌프보다 작고 초기 용적 VAD 기술에 비해 더 견고하고 신뢰할 수 있는 것으로 나타났지만, 연구에 따르면 장치 내부와 신체 전체에서 박동의 생리학적 이점이 나타났습니다17,18.