开发和验证一种数学模型,用于评估威尔布兰德因子的剪切诱导损伤
Yuan Li1, Yifeng Xi1, Hongyu Wang1
1Key Laboratory of Biomechanics and Mechanobiology (Beihang University), Ministry of Education, Beijing Advanced Innovation Center for Biomedical Engineering, School of Biological Science and Medical Engineering, Beihang University, Beijing, 100083, China.
Computers in biology and medicine
|August 19, 2023
概括
一个新的数学模型准确地预测了心室辅助器件 (VAD) 如何使用损伤高分子量维莱布兰德因子 (HMWM-vWF) 的多度量. 尽量减少VAD速度和优化设计可以减少这种损害,改善患者的治疗结果.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 心血管生理学心血管生理学
- 计算生物学 计算生物学
背景情况:
- 心室辅助器件 (VAD) 对于心力衰竭管理至关重要,但由于剪切引起的血液成分损伤,可能会导致并发症.
- ·威尔布兰德因子 (vWF),特别是其高分子量多元体 (HMWM-vWF),对于静血至关重要,并且在剪切应力下容易降解.
- 了解和减轻HMWM-vWF降解对于改善VAD血红相容性和患者安全至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证用于预测剪切诱导的HMWM-vWF函数修改的数学模型.
- 为VAD的设计提供指导,以尽量减少HMWM-vWF损伤.
- 评估VAD患者的HMWM-vWF损伤,以减少临床并发症.
主要方法:
- 在剪切应力下,基于三种vWF形态变异 (球形,展开,退化) 构建了数学模型.
- 模型包含了先前研究和实验数据的参数.
- 模拟分析了不同VAD模式 (儿科/成人),操作状态 (脉冲/常量) 和VAD类型 (HeartMate II,HeartWare,CentriMag) 的剪切诱导的HMWM-vWF损伤.
主要成果:
- 数学模型准确地预测了VAD诱导的HMWM-vWF降解 (r2 > 0.99).
- 儿科VAD模式显示每单位时间/流量降解率较高,但总降解率低于成人模式.
- 与恒定模式相比,脉冲模式减少了降解,这是由于改善了血液冲洗.
- VAD设计特征 (转子尺寸,体积) 和切削应力/停留时间相互作用显著影响了HMWM-vWF降解.
- 轴流VAD (HeartMate II) 的降解比离心VAD (HeartWare,CentriMag) 的降解更大.
- 水力动力悬浮VAD (HeartWare) 的降解比磁悬浮VAD (CentriMag) 的降解更高.
结论:
- 一个经过验证的数学模型可以评估VAD患者的剪切诱导的HMWM-vWF降解.
- 该模型有助于评估HMWM-vWF损伤,以减少临床并发症.
- 结果指导VAD优化,通过最大限度地降低降解来改善血红相容性.
