在不同灌注条件下，动脉插管方向对中心静脉-动脉体外膜氧合（CVCAEMO）中主动脉血流动力学特征的影响

《Computer Methods and Programs in Biomedicine》：The Impact of Arterial Cannula Direction in Central Venoarterial Extracorporeal Membrane Oxygenation on Aortic Hemodynamic Characteristics under Various Perfusion Conditions

本研究通过计算流体动力学方法，系统评估了中心静脉动脉体外膜氧合（CVA ECMO）导管方向对主动脉血流动力学及氧运输的影响。结果表明，心脏恢复与导管方向共同作用，显著影响冠状动脉及主动脉分支的供氧，导管方向调整可优化供氧，但需权衡剪切应力增加与血栓风险升高的问题。

　　这项研究聚焦于中央静脉动脉体外膜肺氧合（CVA ECMO）中导管方向对主动脉血流动力学和氧气输送的影响。通过多参数比较分析，研究者评估了在不同心脏输出条件下，导管方向如何改变血流环境以及可能引发的并发症。研究结果表明，心脏功能的恢复和导管方向都会对主动脉内的血液流动环境产生显著影响，尤其是在心脏功能部分恢复时，会导致冠状动脉供氧不足，进而影响全身器官的血液供应。同时，不同导管方向对血液混合区域的分布、剪切应力水平、溶血风险和血栓形成风险也存在差异。

在研究中，团队采用了计算流体动力学（CFD）方法，构建了五个不同的导管方向模型，包括向下、垂直、内侧、中心和外侧。这些模型基于临床获取的主动脉CT数据，模拟了在不同心脏功能状态下的血流情况。研究结果显示，当导管方向为向下或垂直时，虽然能够提高冠状动脉的供氧水平，达到93%-98%的氧饱和度，但同时也会增加主动脉壁的剪切应力（WSS），平均剪切应力增加了27%-54.7%。这意味着在某些情况下，尽管氧气供应得到了改善，但血流对血管壁的冲击可能带来额外的风险。

相比之下，当导管方向为内侧或中心时，能够显著降低高剪切应力区域的体积以及溶血风险，其中在ECMO支持水平从80%降低至60%时，高剪切应力区域的体积减少了86%，溶血风险降低了44%-46%。然而，这种方向选择对冠状动脉的供氧能力产生了更大的负面影响，因为此时心脏仍然承担着主要的供血任务，而ECMO的血液供应则相对减少。此外，研究还发现，肾脏和髂动脉的氧合情况受到导管方向的影响较小，但导管方向可能显著增加腹主动脉分叉处的血栓形成风险。

从整体来看，导管方向的选择在CVA ECMO中是一个关键因素，它不仅影响主动脉的血流动力学环境，还可能对患者的整体预后产生深远影响。例如，当心脏功能部分恢复时，心输出量的增加可能改变血液混合区域的位置，从而影响ECMO的供氧效率。同时，研究者发现，尽管中心ECMO在一定程度上减少了下肢缺血的发生率，但其可能增加主动脉分叉处的血栓风险，这在临床实践中是一个需要重点关注的问题。

在讨论部分，研究团队进一步分析了不同导管方向对血液混合区域、剪切应力和溶血风险的影响。他们指出，导管方向对上半身血管的供血影响较大，尤其是在冠状动脉和主动脉弓分支区域，而对下半身血管的影响则相对较小。这一发现对于优化ECMO导管方向具有重要的指导意义，因为它揭示了不同方向在改善供氧和减少血流相关风险之间的权衡关系。

此外，研究团队还提到，尽管ECMO在临床应用中已被广泛采用，但导管方向的选择往往依赖于临床经验，缺乏理论依据。因此，本研究通过数值模拟的方法，系统地评估了不同导管方向对ECMO支持效果和主动脉血流环境的影响，填补了这一领域的研究空白。研究结果表明，心脏功能的恢复和导管方向是影响ECMO支持效果的两个关键因素，它们共同作用于主动脉内的血流环境，从而影响患者的预后。

研究团队在伦理声明中提到，本研究仅使用了患者的CT临床数据，未涉及任何个人身份信息。该研究获得了北京航空航天大学生物科学与医学工程学院的伦理审查委员会批准。这一做法符合医学研究的伦理规范，确保了研究的科学性和伦理性。

在作者贡献部分，研究团队明确了每位成员在研究中的具体职责。例如，Yifeng Xi负责数据收集、分析和文章的撰写与修改；Yuan Li负责研究的概念设计、数据收集、分析以及文章的起草和修改；Hongyu Wang参与了数据收集和分析，并对文章进行了修改；Xiaofei Wang负责文章的修改；Bingyang Ji负责文章的修改和监督；Zengsheng Chen则负责研究的概念设计、文章的修改、项目管理以及资金获取。这种明确的分工有助于确保研究的顺利进行和结果的可靠性。

综上所述，这项研究通过计算流体动力学方法，系统地分析了CVA ECMO中不同导管方向对主动脉血流动力学和氧气输送的影响。研究结果不仅揭示了心脏功能恢复与导管方向之间的相互作用，还为优化ECMO导管策略提供了重要的理论依据。这些发现对于临床实践中的ECMO应用具有重要意义，有助于提高患者的生存率和减少并发症的发生。