Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của định hướng ống thông tĩnh mạch chủ đến mô hình dòng chảy ở các mạch máu ngoài chủ trong quá trình bắc cầu tim phổi xung.
Tóm tắt
Thiếu máu não có thể xảy ra trong quá trình bắc cầu tim phổi (CPB) tuyến tính, thường là nguyên nhân gây ra các vấn đề về trí nhớ, mất chức năng thần kinh hoặc hôn mê. CPB xung có thể cung cấp bảo vệ cơ quan tốt hơn, đặc biệt là cho não. Công trình hiện tại nghiên cứu số cách mà định hướng ống thông CPB ảnh hưởng đến dòng chảy máu trong các mạch máu chủ và ngoài chủ trong quá trình CPB xung, được thực hiện bằng cách sử dụng bơm bóng trong động mạch chủ (IABP). Mô hình động lực học chất lỏng tính toán (CFD) bao gồm động mạch chủ ba chiều (3D) đặc trưng cho bệnh nhân với ba mạch ngoài chủ, một quả bóng trong động mạch chủ có thể tích 40 cm3, và một ống thông động mạch 24 Fr ở vị trí và định hướng truyền thống (góc nghiêng 45°, trường hợp I) và với một góc nghiêng lớn hơn (góc nghiêng 60°, trường hợp II). Các nghiên cứu so sánh đa quy mô, được thực hiện bằng cách kết hợp phân tích CFD 3D và mô hình tham số tập trung, đã được thực hiện để xác định những biến đổi huyết động học do sự thay đổi trong định hướng ống thông. So sánh giữa hai trường hợp cho thấy khi dòng chảy của ống thông được hướng tới các mạch máu ngoài chủ (trường hợp I), dòng chảy trung bình của động mạch dưới đòn trái và động mạch chủ ngực tăng khoảng 2.08 và 7.50%, tương ứng. Khi dòng chảy của ống thông va chạm với lòng lõm của cung động mạch chủ (trường hợp II), khu vực này có giá trị căng cắt tường cao (WSS) và một lượng máu lớn hơn xuất hiện trong động mạch chủ đi lên, nơi máu bị đình trệ, mặc dù dòng chảy trung bình của động mạch không tên và động mạch cảnh chung trái tăng khoảng 6.25 và 3.13%, tương ứng. CPB xung có thể giảm thiểu tổn thương não trong quá trình phẫu thuật tim, vì vậy việc đánh giá dòng chảy ngoài chủ trong quá trình tuần hoàn ngoài cơ thể với các định hướng ống thông động mạch khác nhau là rất hữu ích cho phân tích các biến đổi huyết động học.
Từ khóa
#thiếu máu não #bắc cầu tim phổi #dòng chảy máu #động lực học chất lỏng tính toán #ống thông #phẫu thuật timTài liệu tham khảo
Machine, D., & Allsager, C. (2006). Principles of cardiopulmonary bypass. Continuing Education in Anaesthesia, Critical Care & Pain, 6, 176–181.
De Bartolo, C., Nigro, A., Fragomeni, G., Colacino, F. M., Wang, D., Jones, C. C., & Zwischenberger, J. (2011). Numerical and experimental flow analysis of the Wang-Zwische Double-Lumen cannula. ASAIO Journal, 57, 318–327.
Mulholland, J. W., Shelton, J. C., & Luo, X. Y. (2005). Blood flow and damage by the roller pumps during cardiopulmonary bypass. Journal of Fluids and Structures, 20, 129–140.
Westerhof, N., Elzinga, G., & Sipkema, P. (1971). An artificial arterial system for pumping hearts. Journal of Applied Physiology, 31, 776–781.
Hornick, P., & Taylor, K. M. (1997). Pulsatile and non-pulsatile perfusion: The continuing controversy. Journal of cardiothoracic and vascular anesthesia, 11, 310–315.
Voss, B., Krane, M., Jung, C., Brockmann, G., Braun, S., Günther, T., et al. (2010). Cardiopulmonary bypass with physiological flow and pressure curves: Pulse is unnecessary. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery, 37, 223–232.
Grossi, E. A., Connolly, M. W., Krieger, K. H., Nathan, I. M., Hunter, C. E., Colvin, S. B., et al. (1985). Quantification of pulsatile flow during cardiopulmonary bypass to permit direct comparison of the effectiveness of various types of ‘pulsatile’ and ‘nonpulsatile’ flow. Surgery, 98, 547–554.
Taylor, K. M., Devlin, B. J., Mittra, S. M., Gillan, J. G., Brannan, J. J., & McKenna, J. M. (1980). Assessment of cerebral damage during open heart surgery. A new experimental model. Scandinavian Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery, 14, 197–203.
Taylor, K. M. (1986). Pulsatile perfusion. In K. M. Taylor (Ed.), Cardiopulmonary bypass-principles and management. London: Chapman and Hall.
Jacobs, L. A., Klopp, E. H., Seamone, W., Topaz, S. R., & Gott, V. L. (1969). Improved organ function during cardiac bypass with a roller pump modified to deliver pulsatile flow. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery, 58, 703–712.
Dunn, J., Kirsh, M. M., Harness, J., Carroll, M., Straker, J., & Sloan, H. (1974). Hemodynamic, metabolic and hematologic effects of pulsatile cardiopulmonary bypass. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery, 68, 138–147.
Simpson, J. C. (1981). Cerebral perfusion during cardiac surgery using cardiac bypass. In D. B. Longmore (Ed.), Towards safer cardiac surgery. Lancaster: MTP.
Kono, M., Orita, H., Shimanuki, T., Fukasawa, M., Inui, K., & Wasio, M. (1990). A clinical study of cerebral perfusion during pulsatile and non-pulsatile cardiopulmonary bypass. Nippon Geka Gakkai Zasshi, 91, 1016–1022.
Dabrowski, W., Rzecki, Z., Pilat, J., & Czajkowski, M. (2012). Brain damage in cardiac surgery patients. Current Opinion in Pharmacology, 12, 1–6.
Onorati, F., Presta, P., Fuiano, G., Mastroroberto, P., Comi, N., Pezzo, F., et al. (2007). A randomized trial of pulsatile perfusion using intra-aortic balloon pump versus non-pulsatile perfusion on short-term changes in kidney function during cardiopulmonary bypass during myocardial reperfusion. American Journal of Kidney Diseases, 50, 229–238.
Onorati, F., Cristodoro, L., Bilotta, M., Impiombato, B., Pezzo, F., Mastroroberto, P., et al. (2006). Intra-aortic balloon pumping during cardioplegic arrest preserves lung function in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Annals of Thoracic Surgery, 82, 35–43.
Onorati, F., Esposito, A., Comi, M. C., Impiombato, B., Cristodoro, L., Mastroroberto, P., & Renzulli, A. (2008). Intra-aortic balloon pump-induced pulsatile flow reduces coagulative and fibrinolytic response to cardiopulmonary bypass. Artificial Organs, 32, 433–441.
Gramigna, V., Caruso, M. V., Rossi, M., Serraino, G. F., Renzulli, A., & Fragomeni, G. (2014). A numerical analysis of the aortic blood flow pattern during pulsed cardiopulmonary bypass. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 25, 1–8.
Kaufmann, T. A., Hormes, M., Laumen, M., Timms, D. L., Linde, T., Schmitz-Rode, T., et al. (2009). The impact of aortic/subclavian outflow cannulation for cardiopulmonary bypass and cardiac support: A computational fluid dynamics study. Artificial Organs, 33, 727–732.
Kaufmann, T. A., Hormes, M., Laumen, M., Timms, D. L., Schmitz-Rode, T., Moritz, A., et al. (2009). Flow distribution during cardiopulmonary bypass in dependency on the outflow cannula positioning. Artificial Organs, 33, 988–992.
Jegger, D., Sundaram, S., Shah, K., Mallabiabarrena, I., Mucciolo, G., & von Segesser, L. K. (2007). Using computational fluid dynamics to evaluate a novel venous cannula (Smart canula) for use in cardiopulmonary bypass operating procedures. Perfusion, 22, 257–265.
Menon, P. G., Antaki, J. F., Undar, A., & Pekkan, K. (2013). Aortic outflow cannula tip design and orientation impacts cerebral perfusion during pediatric cardiopulmonary bypass procedure. Annals of Biomedical Engineering, 41, 2588–2602.
Tokuda, Y., Song, M. H., Ueda, Y., Usui, A., Akita, T., Yoneyama, S., & Maruyama, S. (2008). Three-dimensional numerical simulation of blood flow in the aortic arch during cardiopulmonary bypass. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery, 33, 164–167.
Vignon-Clementel, I. E., Figueroa, C. A., Jansen, K. E., & Taylor, C. A. (2006). Outflow boundary conditions for three dimensional finite element modeling of blood flow and pressure in arteries. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 195, 3776–3796.
Vignon-Clementel, I. E. (2006). A coupled multidomain method for computational modeling of blood flow. Ph.D. dissertation, Stanford University, Mechanical Engineering Department.
Serraino, G. F., Marsico, R., Musolino, G., Ventura, V., Gulletta, E., Sante, P., & Renzulli, A. (2011). Pulsatile cardiopulmonary bypass with intra-aortic balloon pump improves organ function and reduces endothelial activation. Circulation Journal, 76, 1121–1129.
Kern, M. J., Aguirre, F. V., Caracciolo, E. A., Bach, R. G., Donohue, T. J., Lasorda, D., et al. (1999). Hemodynamic effects of new intra-aortic balloon counterpulsation timing methods in patients: A multicenter evaluation. American Heart Journal, 137, 1129–1136.
Klopman, M. A., Chen, E. P., & Sniecinski, R. M. (2011). Positioning an intraaortic balloon pump using intraoperative transesophageal echocardiogram guidance. Anesthesia and Analgesia, 113, 40–43.
Formaggia, L., Perktold, K., & Quarteroni, A. (2009). Basic mathematical models and motivations. In A. Quarteroni, L. Formaggia, & A. Veneziani (Eds.), Cardiovascular mathematics: Modeling and simulation of the circulatory system (pp. 47–75). Milan: Spinger.
Figueroa, C. A., Vignon-Clementel, I. E., Jansen, K. E., Hughes, T. J. R., & Taylor, C. A. (2006). A coupled momentum method for modeling blood flow in three dimensional deformable arteries. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 195, 5685–5706.
Stalder, A. F., Russe, M. F., Frydrychowicz, A., Bock, J., Henning, J., & Markl, M. (2008). Quantitative 2D and 3D phase contrast MRI: Optimized analysis of blood flow and vessel wall parameters. Magnetic Resonance in Medicine, 60, 1218–1231.
Malek, A. M., Alper, S. L., & Izumo, S. (1999). Hemodynamic shear stress and its role in atherosclerosis. JAMA, 282, 2035–2042.
Siegemund, M., & Steiner, L. A. (2013). Brain perfusion and autoregulation in systemic critical illness. In M. Siegemund & L. A. Steiner (Eds.), Brain disorders in critical illness, mechanism, diagnosis, and treatment (pp. 129–138). Cambridge: Cambridge University Press.
Kaufmann, T. A., Schmitz-Rode, T., & Steinseifer, U. (2012). Implementation of cerebral autoregulation into computational fluid dynamics studies of cardiopulmonary bypass. Artificial Organs, 36(8), 754–758.
Hammon, J. W. (2008). Extracorporeal circulation: The response of humoral and cellular elements of blood to extracorporeal circulation. In L. H. Cohn (Ed.), Cardiac surgery in the adult (pp. 370–389). New York: McGraw-Hill.
Mukherjee, N. D., Beran, A. V., Hirai, J., Wakabayashi, A., Sperling, D. R., Taylor, W. F., & Connolly, J. E. (1973). In vivo determination of renal tissue oxygenation during pulsatile and non-pulsatile left heart bypass. Annals of Thoracic Surgery, 15, 334–363.
Pappas, G., Winter, S. D., Kopriva, C. J., & Steele, P. P. (1975). Improvement of myocardial and other vital organ functions and metabolism with a simple method of pulsatile flow during clinical cardiopulmonary bypass. Surgery, 77, 34–44.
Lu, Y. H., Chen, C. Y., Menon, P. G., Liu, K. T., & Lin, H. H. (2014). Hemodynamic effects of endoleak formation in abdominal aortic aneurysm patients with Stent-Graft implants. Journal of Medical and Biological Engineering, 34(6), 554–558.