导管泵辅助模式对心血管和冠状动脉血流动力学的影响.pdf

江苏大學学报（自然科学版）JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY(Natural Science Edition)D01:10.3969/j.issn.1671 7775.2023.06.0132023年11月第44卷第6 期Nov.2023Vol.44No.6开放科学（资源服务）标识码（OSID）：导管泵辅助模式对心血管和冠状动脉血流动力学的影响王芳群，张志豪，朱凤莲，张（江苏大学电气信息工程学院，江苏镇江2 12 0 13）瑶，徐凡，何辰杨摘要：通过构建基于经皮导管泵辅助模式的心血管及冠状动脉系统的集中参数模型，采用数值仿真方法研究冠状动脉狭窄对患者血流动力学的影响，以及导管泵对冠状动脉系统的影响.研究结果表明：不同的导管泵辅助模式均可有效提高左主干狭窄合并心力衰竭患者心血管的心输出量，帮助左心室卸载；导管泵的变转速辅助模式和定转速辅助模式均可有效提高狭窄情况下冠状动脉的血液灌注量和冠脉血压，维持血流动力学的稳定；当左主干狭窄程度分别为6 0%和8 0%时，变转速辅助模式可分别辅助提高左主干血流量38.1%和47.4%，且均高于定转速辅助模式；相较于定转速辅助模式，变转速辅助模式在提高心输出量、狭窄冠脉的血流量以及提高血流的搏动性等方面，具有较明显的优势。关键词：经皮导管泵；冠脉狭窄；集中参数模型；辅助模式；血流动力学中图分类号：R318引文格式：王芳群，张志豪，朱风莲，等。导管泵辅助模式对心血管和冠状动脉血液动力学的影响 J.江苏大学学报（自然科学版),2 0 2 3,44(6):7 10-7 18.Effects of catheter pump auxiliary mode oncardiovascular and coronary hemodynamicsWANG Fangqun,ZHANG Zhihao,ZHU Fenglian,ZHANG Yao,XU Fan,HE Chenyang(School of Electrical and Information Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang,Jiangsu 212013,China)Abstract:The Impella-like catheter pump assisted centralized parameter model of cardiovascular andcoronary artery system was constructed to investigate the hemodynamics of patients with coronary stenosisand the influence of catheter pump on coronary artery system by numerical method.The results show thatdifferent auxiliary modes of catheter pump can effectively improve the cardiovascular cardiac output inpatients with left main stenosis complicated with heart failure for helping the left ventricle unload.Thevariable speed model and constant speed model of the catheter pump can effectively improve the bloodperfusion volume and coronary pressure of coronary artery in the case of stenosis to maintain the stabilityof hemodynamics.When the stenosis degrees of left main trunk are 60%and 80%,the flow rates of leftmain trunk can be respectively increased by 38.1%and 47.4%at variable speed,which are higher thanthose at constant speed mode.Compared with constant speed assisted mode,variable speed mode hasobvious advantages for improving cardiac output,stenosis coronary artery flow and blood flow pulsatility.文献标志码：A文章编号：16 7 1-7 7 7 5(2 0 2 3)0 6-0 7 10-0 9收稿日期：2 0 2 1-10-10基金项目：国家自然科学基金资助项目（516 7 7 0 8 2）作者简介：王芳群（197 7 一），女，浙江丽水人，教授（），主要从事人工心脏的研究.张志豪（1997 一），男，山东济南人，硕士研究生（），主要从事心脏泵辅助系统仿真的研究。711第6 期王芳群等：导管泵辅助模式对心血管和冠状动脉血流动力学的影响Key words:percutaneous catheter pup;coronary stenosis;centralied parameter model;auxiliary mode;hemodynamics冠心病已成为心力衰竭的主要合并症之一，占合并症的49.5%.心力衰竭合并冠心病患者心脏的冠状动脉供血不足，同时冠状动脉循环也难以为心脏提供足够的血液支持，由此引发的心肌缺血会进一步加重心力衰竭程度 .针对此类患者的治疗不仅需要提高心脏的血流量，还需改善冠状动脉血流量,以提高冠状动脉循环效率，恢复心脏功能导管泵作为一种短期左心室辅助装置，可以提高心血管和冠状动脉系统的血液灌注量,近年来已成为治疗心力衰竭及经皮冠状动脉介入治疗的新手段.临床研究证明了冠状动脉介入（percutaneouscoronary intervention,PCI)手术中预防性使用Impel-la2.5的安全有效性 2 .文献 3发现Impella可以在高风险PCI手术中起到桥梁承接作用.美国心脏病学会等在高危患者PCI手术中使用心脏辅助装置的建议中指出，如患者出现严重左心室功能不全、近期发生失代偿性心力衰竭或需进行PCI手术，推荐使用Impella 进行辅助 4.文献 5利用Impella辅助PCI 治疗了一例左主干末端分叉病变患者.同时 Impella可以改善急性心梗患者的血流动力学参数 1.Impella导管泵可为患者提供41.6 6 8 3.33mL/s的血流量支持.文献 6 证明Impella 能有效辅助左心室卸载,维持血流动力学.文献 7 通过建立血流动力学仿真模型,预测Impella能提高冠状动脉血流量,增加氧气供应.文献 8 研究表明,利用Im-pella辅助装置对心力衰竭下血流动力学不稳的冠心病患者进行合理治疗，能明显改善术后症状及心脏功能.然而，目前较少针对导管泵辅助下心血管及冠状动脉系统血流动力学变化方面的研究.在心血管系统模拟仿真领域,集中参数模型的优势在于能够定量地描述心血管系统的血流动力学参数变化,并可快速地对系统中的单一参数进行敏感性分析，最大限度地减少对复杂物理模型或体外试验的需求,为临床研究提供参考.对狭窄模型的研究表明：冠状动脉的狭窄程度、狭窄分支对冠状动脉血流影响显著；狭窄造成冠状动脉血流量急速下降，血流量和狭窄程度呈负相关关系；冠状动脉分支中，左冠狭窄对血流量影响远大于右冠,左主干狭窄将造成左冠整体流量的降低.因此,本课题组忽略右冠狭窄的影响，以左主干狭窄合并心力衰竭患者为研究对象，采用集中参数模型,构建基于导管泵辅助的心血管及冠状动脉狭窄模型,研究模型的血流动力学及不同导管泵辅助模式对冠状动脉血流动力学的影响。1方法1.1心血管冠状动脉导管泵的耦合模型建模仿真过程以血流动力学为基础，根据流体网络与电学网络的相似性,采用心脏电路模型的参数来描述心血管系统中的血流动力学参数 8-10 .在心脏电路模型中,通常采用文献 11 中的弹性腔理论模拟数学建模的方法，构建模拟心室收缩功能的集中参数模型，建立的3阶Windkessel模型采用电阻-电感电容(RLC)模拟心脏循环系统.为模拟心肌对左冠状动脉的挤压作用，设定分段函数L(t),其计算式如下:1.5PLV,L(t)=1o,式中:PLv为左心室血压;t。为一个心动周期.心脏处于收缩期时，函数与左心室血压相关；心脏处于舒张期时，函数设置为0.本课题组设计了一种用于短期心室辅助的经皮导管泵 12 .前期研究结果 13-15 表明,在转速为9 0 0 0r/min、流量为6 6.6 7 mL/s时,导管泵出人口压差为82.60 mmHg(1mmHg=0.133kPa),符合左心室辅助装置所需的水力性能要求.由于导管泵采用轴流叶轮,因此采用前期提出的旋转式心脏泵模型 16 .耦合系统集中参数模型包括心脏模型、冠状动脉模型及导管泵模型.耦合系统等效电路如图1所示,其中导管泵的出口与冠状动脉、主动脉相连，人口与左心室相连.数值模型的仿真在Matlab软件中实现.在数值仿真中,通过调整左心室收缩的最大弹性系数Emx来模拟左心室的心力衰竭程度 12 。由于在临床中,受左、右心室生理性不同的影响,左心室的心肌较右心室更为肥大，同时左心室的表面积大于右心室，导致覆盖左、右心室的左、右冠状动脉不同,因此图1中左、右冠的等效电路模型并非完全对称.生理中血液参数的阻力、惯性与顺应性分别对应于电路参数中的电阻、电容与电感.等效电路图中心血管及导管泵系统模型参数的生理意义及其t0.3te,0.3ttte,(1)712江苏大学学报（自然科学版）第44卷取值参见文献 13.耦合系统等效电路图中的左、右冠状动脉模型参数取值是通过对文献 14 模型进行模拟得到的.表1为模型中各系统状态参数的生理意义。RRRkYRd导管泵RmRAYCY2CA+.Y4Civ(l)*Y心血管及导管泵系统变量参数生理意义YPLVYsQAF主动脉血流量X2PRCA2右冠中段血压PLAD前降支近段血压x10PD2x14PPDx23QRCA3右冠远段血流量27QLCX回旋支近段血流量考虑到数据的精度，仿真步长设置为t=0.0001s,则状态变量推导公式 14 为dx(tn)At+x(tn),dt式中:x(t，)为此时刻状态变量;x(tn+1)为下一时刻状态变量.1.2研究方案构建心力衰竭模型、冠状动脉狭窄模型和导管泵辅助模式的耦合系统，对左主干狭窄合并心力衰竭患者的心脏展开数值仿真研究。1.2.1心力衰竭模型针对心血管的健康状态与心力衰竭状态两种情况进行数值模拟.收缩性心力衰竭是主要的心力衰竭类利用基尔霍夫定律建立耦合模型的状态方程组,用以描述心血管系统及冠状动脉血流动力学的变化.以一个心动周期中的心室舒张末期为仿真起点，赋予状态变量初始值。RLTLaRsYX5RMCsYXLR2RRi5R4X15R15m15变量参数左心室血压YPLAYQM二尖瓣血流量X3PRCA3右冠末段血压X7PLAD2前降支中段血压第二对角支血压PLCX左冠后降支血压x15PRPLX24QLM左主干血流量(2)RRsvRX16=C8mWX8LRL6X24X25CiX6C6+x1R11X11ECiCR4m图1耦合系统等效电路图表1状态变量的生理意义生理意义变量参数左心房血压YPA动脉血压YQp(t)泵血流量x4PPDPLAD3前降支远段血压回旋支近段血压X12PLCX2回旋支末段血压右心室后支血压X21QRCA右冠近段血流量X25QLAD前降支近段血流量X26QLAD2前降支中段血流量型,导管泵可以辅助心力衰竭患者提高血液灌注量,因此本课题组对心力衰竭状态展开研究.收缩性心力衰竭特征为心脏收缩性能的减弱,对应于集中参数模型中左心室收缩的最大弹性系数Emax和最小弹性系数Emin的改变.本健康模型中的Emax和Emin分别设为2.0 0和0.0 5,心力衰竭模型弹性系数则为1.0 0 和0.0 5 16 .健康人体处于静息状态时，心率约为7 5次/min.1.2.2冠脉狭窄模型通过构建冠脉狭窄模型,可以研究不同冠脉狭窄程度对心脏功能的影响,以及导管泵对不同狭窄程度冠脉的辅助影响.基于冠脉狭窄部位分布特点和狭窄分类的复杂性 12 ,判断冠脉狭窄程度需明确可行的标准.冠X7CTRRomLAX9C.Xit+ComLuRi2X27X12卡冠状动脉模型生理意义右冠后降支血压X26LiC12X28CRoyR10X10C10X18-CiomLR14mRiR14X20C14mCi4X14RR13mX1313X19-C13m变量参数Y4PAOPRCAPLMPDIX13PLPLX22QRCA2右冠中段血流量RAm主动脉压右冠近段血压左主干血压第一对角支血压左心室后侧支血压RY生理意义713第6 期王芳群等：导管泵辅助模式对心血管和冠状动脉血流动力学的影响脉狭窄程度评分标准主要包括Leaman积分、Gensi-ni 积分和 ACC（A me r i c a n Co l l e g e o f Ca r d i o l o g y）/AHA（A m e r i c a n H e a r t A s s o c i a t i o n）等评分法.本研究中以临床试验中广泛应用的Gensini评分法作为参考.依据各节段狭窄对总负荷的影响程度设置权重，即左主干权重为5.0，前降支近段、中段及远段权重分别为2.5、1.5及1.0，回旋支近段和末段权重分别为2.5和1.0,右冠权重为1.0,其余小分支权重为0.5.根据狭窄程度对冠脉进行评分.冠状动脉狭窄的影响因素主要有管腔面积、狭窄长度及堆积方式等.零维集中参数模型将血管模型模拟为电路模型,而零维模型中将血管转换为电路元器件,忽略了血管长度因素的影响.因此,本研究中主要考虑管腔面积即狭窄程度对冠状动脉血流动力学的影响.根据临床中冠脉狭窄的定义 17 及泊肃叶定理,将狭窄程度转换为模型中对应分支阻值的改变.采用控制变量的方法改变左主干血管阻力Rs，对左主干狭窄程度分别设置为30%、6 0%和8 0%.1.2.3导管泵定转速及变转速辅助模式系统作为一种急性的左心室辅助装置，导管泵可以增加心力衰竭患者心血管系统的血液灌注量,提高主动脉血压与血流量.导管泵的辅助性能受到其辅助模式的影响.导管泵辅助模式主要分为定转速模式与变转速模式。定转速模式常用于临床中,为手术提供长期稳定的血流量.患者处于不同状态时，对血液灌注的需求也不同,此时需要临床医生判断患者生理状态,通过变转速模式调节血泵转速来满足患者的灌注需求。若导管泵转速控制不当，容易引起心室抽吸、反流等异常工况.为降低异常工况的发生概率，可采用变转速控制系统辅助患者泵血.本研究中采用比例积分（proportion-integral,PI）算法建立导管泵的变转速控制系统.图2 为变转速辅助模式控制框图，其中表示泵转速.参考Qao十模型Qref图2 变转速辅助模式控制框图变转速控制系统的数学模型为u(t)=K,Q(t)+K,JQ(t)dt,0式中:u(t)为需要调整的转速;Q(t)为耦合模型主动脉流量Qa.与参考模型主动脉流量Qrer的差值；K为比例系数,通过对K,与Q(t)作乘积处理,可以使瞬态误差减小，从而加快系统的响应速度；K,为积分系数，通过调整K可以消除静态误差.2结果与分析2.1楼模型有效性的验证为验证模型的有效性,对冠状动脉血流量及一个心动周期内血流量变化趋势进行分析.2.1.1健康状态下主动脉与冠状动脉血流动力学行为由于冠状动脉与主动脉相连，其血流量变化必然受到主动脉和左心室血压的影响,并呈周期性变化.选用数值仿真模型稳定后的3个周期内血流量进行研究.图3为根据本数值仿真模型计算得到的健康状态下主动脉和冠状动脉的血流量变化曲线.700(s/Ta)/鲁4500300100-10004(s/Tu)/鲁30图3健康状态下主动脉和冠状动脉的血流量变化曲线由图3可知，健康状态下，主动脉血流量为103.160mL/s,冠状动脉血流量为4.6 7 0 mL/s,约为心输出量的4.5%.临床试验中，冠状动脉血流量为2.6505.420mL/s，约为主动脉流量的4.0%Q(t)泵流量心血PI泵辅助装置压差统(3)0.50.55.0%15.可见,仿真模型所得冠状动脉与主动脉的管系血流量之比与临床试验相符.与参考模型 13 对比，本研究的左、右冠流量误差更小，分别为5.0%与4.3%.可见，零维模型可以模拟健康状态人体心血管及冠状动脉的血流动力学行为.由图3还可知：右冠血流量在收缩期（如0 0.28 s)达到最大值3.47 0 mL/s）,其后随主动脉血流量的下降而降低,其与主动脉血流量变化趋势相1.0时间/s(a)主动脉1.01.5时间/s(b)冠状动脉1.52.02.02.5右冠近段左主干前降支近段回旋支近段2.5714江苏大学学报（自然科学版）第44卷同;左冠血流量（如左主干血流量)与主动脉变化趋势存在差异，在一个周期内呈双峰波动.由于左冠血流量变化受主动脉血流量和左心室血压的双重影响,因此,随主动脉血压的增加,快速射血期间左冠血流量增加，减慢射血期左冠血流量下降，舒张期（如0.2 8 0.8 0 s）内,左心室的挤压作用降低，左冠血流量迅速增加，在舒张早期达到血流量峰值（2.2 2 0 m L/s）,前降支与回旋支最大血流量分别达到1.430 和1.2 0 0 mL/s,其后血流量逐渐下降.模型的血流量变化趋势与生理相符.生理中,左心室血液供应量的50%来自左冠前降支,30%来自回旋支,2 0%来自右冠.因此，前降支血流量起关键作用，对其分支模型的构建比重较高，使其在左冠血流量中占有更大比重 16 2.1.2心力衰竭状态下主动脉与冠状动脉血流动力学行为通过计算心力衰竭患者的冠状动脉血流量变化,为冠脉狭窄模型的构建提供一定的先决条件，便于根据左心室血液循环系统参数构建心力衰竭状态下的冠状动脉循环系统.健康状态和心力衰竭状态模型的冠状动脉血流量汇总见表2,其中max表示对应分支的最大血流量。表2 健康和心力衰竭状态模型冠状动脉血流量汇总mL/s参数健康状态Q RCA,max3.470QLM,max2.220QLAD,max1.430QLcX,max1.200QRCA2.680QLM1.990QLAD1.040QLCX0.960QLCA4.670由表2 可知：由于心力衰竭导致的左心室弹性降低和主动脉流量降低，影响了冠状动脉流量变化，导致心力衰竭状态模型冠状动脉血流量较健康状态均有所减小；结合计算结果还可知，心力衰竭状态模型中,左冠流量QLcA较健康状态模型减小了42.8%，右冠流量QRCA、左主干流量QLM、左冠中前降支血流量QLAD与回旋支血流量QLcx较健康状态模型分别减小43.6%、41.7%41.3%和42.7%.图4为心力衰竭状态模型的主动脉与冠状动脉血流量变化曲线.心力衰竭状态下，心室收缩能力降低，但其舒张末期血压上升，容积增大，心衰状态下，左心室血压与主动脉血压呈现同步变化,因此冠状动脉仍受到左心室血压影响.根据图4可知，流量变化趋势与健康状态模型相似.300250(6/T)/20015010050F0-5002.52.0(s/Tal)/鲁1.51.00.50图4心力衰竭状态模型主动脉与冠状动脉血流量变化曲线2.2冠脉狭窄模型2.2.1健康和心力衰竭状态下冠状动脉分支血压通过对比健康及心力衰竭模型冠状动脉主要分支血压的变化趋势，为冠脉狭窄模型的研究提供参考.图5为健康及心力衰竭状态下右冠近段血压、心力衰竭状态左主干血压、前降支血压及回旋支血压变化曲线的1.990对比.1.3300.6800.7201.5101.1600.6100.5502.6700.50.575r7065F60F553Huru/H(TI50454012011010090807060%00.10.20.30.40.5时间/s图5俊健康及心力衰竭状态下冠状动脉血压变化曲线对比根据图1的模型仿真，可以得到健康和心力衰竭状态下主动脉血压最大值分别为12 9.54和73.75mmHg,左心室血压最大值分别为12 9.93和74.03mmHg,降低幅值约为50 mmHg.由图5可知，1.0时间/s(a)主动脉1.01.5时间/s(b)冠状动脉一右冠近段一左主干前降支近段回旋支近段心力衰竭状态健康状态0.60.70.81.52.0一右冠近段一左主干前降支近段回旋支近段2.02.52.5715第6 期王芳群等：导管泵辅助模式对心血管和冠状动脉血流动力学的影响心力衰竭状态下各分支血压最大值均下降了50.0 0mmHg左右,说明心脏功能减弱,冠状动脉血压下降幅值与左心室血压、主动脉血压下降幅值相差不多.冠状动脉血压同样受主动脉血压影响，变化趋势与主动脉相同.由图5还可知，各分支血压相差不大，但左主干阻力较小。由于左主干位于左冠的人口处，流经左冠的血液需经过左主干,左主干生理变化会直接影响冠脉的血流动力学，因此左主干是左冠的重要组成部位,可认为左主干在冠状动脉中起更为重要的作用.2.2.2左主干狭窄程度对冠脉血流动力学的影响考虑左、右冠具有相对的独立性,本研究仅针对不同狭窄程度下左冠血流动力学进行研究.假设左主干狭窄程度分别为30%、6 0%和8 0%时，各分支血流量变化曲线如图6 所示.由图6 可知，随着狭窄程度上升，左主干阻值增加，流量下降.同时，右冠流量有小幅度的上升.2.01.51.00.50-0.52.01.81.6(s/Tu)/鲁21.41.21.0.80.60.40.201.81.61.41.21.00.80.60.40.200.10.20.30.40.50.60.70.8时间/图6不同狭窄程度下各分支血流量变化曲线表3为不同狭窄程度下左冠在收缩期和舒张期的血流量汇总,其中LAD表示左冠中前降支,LCX表示回旋支.由表3可知：随着狭窄程度上升，左冠血流量(收缩期与舒张期中LAD 和LCX的血流量总和)由1.0 90 mL/s 逐渐降至0.47 8 mL/s;狭窄程度为8 0%时，前降支收缩期血流量仅为0.110mL/s,接近于舒张期血流量(0.150 mL/s）,表明模型中左主干狭窄对前降支舒张期影响更明显。由图6 和表3可知,随着狭窄程度增大，总冠状动脉血流量呈下降趋势，且血流量下降越来越明显.8 0%狭窄程度时，不同于前降支，回旋支收缩期血流量仅为0.0 38 mL/s，回旋支收缩末期出现负值.原因可能在于此时心脏挤压作用较明显，收缩期血流量在循环中占比下降.模型中,左主干狭窄程度对前降支舒张期影响更明显，而对于回旋支来说，则是收缩期更明显。表3不不同狭窄程度下左冠在一个心动周期中血流量汇总mL/s狭窄程度/%心动周期收缩期30舒张期收缩期60舒张期收缩期80舒张期图7 为不同狭窄程度下左冠分支血压变化曲线对比.由图7 可知：左主干血压、前降支近段血压和回旋支近段血压在30%狭窄程度下最大值分别为一右冠近段一前降支近段左主干一回旋支近段80%狭窄60%狭窄30%狭窄QLAD0.1900.3800.1700.3000.1100.15069.54,64.79和6 8.10 mmHg,在8 0%狭窄程度下三者的压差分别为44.53、44.53和40.6 8 mmHg，说明随着狭窄程度的增加,血压逐渐下降;随着狭窄程度的增加,压力最大值和最小值的差值逐渐增大.在一个心动周期内，血管压降的剧烈变化会造成动脉中层弹性组织退变受损，对血管表面造成更大的损伤,并可能损伤血管壁 18 .6050F4030F201006560555045403530256560F555045403500.10.2 0.30.40.50.6 0.70.8时间/s图7 不同狭窄程度下左冠分支血压变化曲线对比2.3辅助模式对血流动力学的影响作为一种急性的左心室辅助装置，导管泵可以增加心力衰竭患者心血管系统的血液灌注量，提高QLcx0.1300.3900.1000.3200.0380.180一左主干前降支近段一回旋支近段80%狭窄60%狭窄30%狭窄716江苏大学学报（自然科学版）第44卷主动脉血压与血流量,但不同辅助模式对心力衰竭合并冠脉狭窄患者的影响是不同的.表4为不同状态及辅助模式下心脏血流动力学参数汇总.由表4可知,定转速和变转速辅助模式都不同程度地提升了心力衰竭患者血流量，说明导管泵对心室产生了辅助卸载作用，提高了血液灌注量.表4不同状态及辅助模式下血流动力学参数汇总表血流动力学参数健康无辅助定转速变转速动脉压/mmHg97.80主动脉血流量/(mL/s)103.160脉搏血压/mmHg47.62左心室压变化率峰值/1 306.00(mmHg/s)由表4可知，导管泵定转速和变转速辅助模式下平均主动脉血流量分别达到7 6.16 0 和114.50 0mL/s,高于无辅助心力衰竭状态（48.0 0 0 mL/s），因此足以满足患者的生理灌注.此外，两种辅助模式下主动脉血压均有所降低，这说明泵的辅助作用在提高患者血液灌注量的同时,还会降低系统的搏动性.但变转速模式下脉搏血压可达到2 9.18 mmHg，符合正常生理范围.左心室血压的变化率峰值dpLV.max/dt代表心室收缩能力.心力衰竭患者收缩能力降低,定转速模式下收缩能力未能得到提高，远低于健康状态，而变转速模式下心室收缩能力有明显提高.两种辅助模式都提高了心力衰竭患者血3.0一右冠近段一前降支近段80%狭窄左主干一回旋支近段2.52.01.51.00.502.560%狭窄(s/Tu)/鲁2.01.51.00.502.530%狭窄上2.01.51.00.500.10.20.30.40.50.60.70.8时间/s(a)血流量图8 定转速模式下模型血流量和血压变化曲线对比压和血液灌注量,定转速模式下主动脉的血压过低，不利于维持心脏活动.变转速辅助模式可以提高心脏收缩性能，保证心脏的正常活动.导管泵一般用于改善重度冠状动脉狭窄患者的心脏功能,因此笔者仅讨论在定转速和变转速辅助模式下,导管泵对冠状动脉狭窄程度为8 0%的左主干、右冠及多支狭窄模型血流动力学的影响.由于左主干供血量占左心室的7 5%，在冠状动脉循环心力衰竭中起主导作用，因此，还需要讨论导管泵对狭窄程58.1085.4148.00076.16023.4811.53446.34352.2079.73114.50029.181.307.00度分别为30%和6 0%时左主干单支狭窄模型血流动力学的影响.图8 为定转速（8 0 0 0 r/min）模式下,不同冠状动脉狭窄程度模型左主干血流量和血压变化曲线对比.由图8 可知：与未加泵模型的图6 对比，狭窄程度分别为30%6 0%和8 0%时，导管泵辅助模式下左主干流量上升了33.8%、36.0%和37.5%；与图3的健康模型中左主干流量相比，狭窄程度为80%时的导管泵辅助模式下左主干血流量仍相差1.330 mL/s.图9为变转速辅助模式下,左主干不同狭窄程度模型血流量和血压变化曲线对比.由图9可知,变转速辅助模式下，狭窄程度分别为30%、6 0%和80%时，左主干流量初始值分别提升至1.47 0、1.2 30和0.7 2 0 mL/s，较图6 分别上升33.4%、38.1%及47.4%,原因在于主动脉血压提高能明显提高冠状动脉血流量.9070503010-109070SHuu/T503010-109070503010-1000.10.20.30.40.50.60.70.8时间/s(b)血压80%狭窄一右冠近段一前降支近段一左主干一回旋支近段60%狭窄30%狭窄717第6 期王芳群等：导管泵辅助模式对心血管和冠状动脉血流动力学的影响2.52.01.51.00.502.0(s/Tu)/鲁1.51.00.502.01.51.00.5F00.10.20.30.4 0.50.60.70.8时间/s(a)血流量图9变转速模式下模型血流量和血压变化曲线对比由图8 和9可知，当左主干狭窄时,右冠处于正常生理状态，因此左冠血流量受到影响减小.加载导管泵的图8 b模型数据与图6 相比,冠状动脉血流量明显上升.图9 中,变转速辅助模式下,收缩期和舒张期存在峰值.在左主干狭窄程度为6 0%和8 0%的重度狭窄情况下，变转速辅助模式能提高冠状动脉灌注量，保持冠脉搏动性，整体上对冠脉血流量的提高程度大于定转速模式.由图9还可知,变转速辅助模式下的血压与血流量变化具有同步性.结合表4数据，变转速辅助模式下,脉搏血压可以达到2 9.18 mmHg,同时对比图8和图9 中的右冠近段血压，发现变转速辅助模式对右冠血压的提升程度高于定转速模式.对比图5和图9,发现变转速模式下整体左冠血压较无辅助心力衰竭状态提高约2 0.0 0 mmHg.根据对右冠和左冠的血压提升情况可知,变转速辅助模式对冠脉血压的提升效果整体上大于定转速模式.综上,与未加泵辅助模式相比，两种辅助模式对于冠状动脉血流的提升都有明显作用,其中对前降支血流量的提升更明显，符合前降支对血流量更敏感的特点.变转速辅助模式对血压和血流量的提升效果整体上大于定转速辅助模式，说明前者辅助效率优于后者.左主干在冠状动脉中起主要作用，因此针对左主干进行了不同狭窄程度的研究,随着狭窄程度的增大,左主干压力、前降支近段压力和回旋支近段压力的最大值与最小值之间的差值变100r80%狭窄80F右冠近段一前降支近段60F左主干一回旋支近段40203Huu/8060%狭窄6040208030%狭窄604020500.10.20.3 0.40.50.60.70.8时间/s(b)血压大,即压差变大,容易增大血管壁的负担.而采用导管泵辅助模式可以有效缓解这一现象.变转速辅助模式虽能在冠脉狭窄治疗前提高冠状动脉灌注量，保持冠脉搏动性，使其血流动力学达到生理要求，但这种辅助作用并没有从根本上改变生理状态下的冠脉狭窄病理状况.为了使血管恢复正常，需要进行支架植人治疗，使冠状动脉恢复正常状态.3结 论1）构建了基于导管泵辅助模式的心血管及冠状动脉系统的集中参数模型，导管泵两种辅助模式均可有效提高狭窄情况下冠状动脉的血液灌注量和冠脉血压,维持血流动力学的稳定,2）在左主干高狭窄程度（狭窄程度为6 0%和80%）下,变转速辅助模式对血液灌注量的提升程度高于定转速模式，同时变转速模式可有效提高血流的搏动性，总体上其辅助效率更高，能更好地维持心脏活动.参考文献(References)1李安琪,刘江华.糖尿病大血管病变的诊断及早期治疗进展 J.江苏大学学报（医学版）,2 0 2 1,31（4）：363 368.LI A Q,LIU J H.Progress in diagnosis and early treat-ment of diabetes great vessels disease J.Journal ofJiangsu University(Medicine Edition),2021,31（4):一右冠近段一前降支近段一左主干一回旋支近段80%狭窄60%狭窄30%狭窄718江苏大学学报（自然科学版）第44卷363-368.(in Chinese)2 PATEL M,WOLLMUTH J,DAHLE T,et al.Interme-diate-term left ventricular function following non-emer-gent Impella protected PCI:restore EF study J.Jour-nal of the American College of Cardiology,2020,76(17):79.3TANG D G,VETROVEC G W,TOMA C,et al.Effec-tive mechanical circulatory support with Impella in post-cardiotomy cardiogenic shock 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