非生理性剪切应力环境下多参数对血液中vWF机械损伤的影响规律研究

Blood damage caused by artificial heart is the biggest shackle of its development. In our previous study on the mechanical damage of red blood cell, we found that the initial blood parameter and the minor polishing defect on the inner surface of blood pump will have great influence on the hemolysis level under non-physiological shear stress. Therefore, this project focuses on the mechanical damage regularity of blood, intends to use in vitro blood shearing device to explore the effect of exposure time and frequency, initial blood hematocrit and activated clotting time on the mechanical damage of von Willebrand factor under non-physiological shear stress. On this basis, an evaluation model of vWF mechanical damage is established and applied to the design of material surface roughness of artificial heart. This project combines mechanism analysis and experimental verification to investigate the influencing factors of blood damage, and provide guidance for the design of safer artificial heart with blood compatibility.

人工心脏在使用过程中对血液造成的机械损伤已经成为其发展的最大桎梏。我们在前期进行红细胞机械损伤的相关研究时，发现初始血液参数和血泵内表面细微瑕疵即会对非生理性剪切应力下红细胞的损伤评价造成巨大影响。因此，本项目拟针对人工心脏中的血液机械损伤规律这一难点问题，搭建体外血液剪切实验平台，研究在非生理性剪切应力环境中，血液暴露时间和频率、以及初始血液红细胞压积和活化凝血时间等参数，对于血液成分血管性血友病因子（vWF）机械损伤的影响规律。在此基础上建立一个对vWF机械损伤的评价模型，并将其应用于对人工心脏设计参数材料表面粗糙度的研究中。本项目采用机理分析与实验验证相结合的方法，探索血液机械损伤的影响因素，研究成果可以更全面地评价血液机械损伤，为人工心脏的血液相容性设计提供指导。

血液机械损伤规律的研究是人工心脏等医疗器械开发中的的一项核心内容。此类医疗器械在临床使用中存在的由血液机械损伤引起的一系列并发症已经成为其发展的最大桎梏。而人工心脏等医疗器械中复杂几何结构和机械运动，使血细胞和凝血因子经受极高的非生理性剪切力是导致溶血以及高分子量血管性血友病因子（von Willebrand Factor，vWF）多聚体降解的主要原因。本研究针对人工心脏中的血液机械损伤规律这一悬而未决的难题，设计并搭建了模拟不同血液暴露状态的体外血液剪切实验平台，包括低剪切力长时间暴露的涡旋实验平台，高剪切力短时间暴露的毛细管实验平台，以及用于粗糙度参数影响规律研究的滚压泵实验平台，重点探究非生理剪切应力、暴露时间和粗糙度等参数对血液成分vWF和红细胞造成损伤的规律。本研究确定了vWF机械损伤的表征方法及指标，建立了与各实验平台相对应的vWF和红细胞损伤指标与相关影响因素之间的数学模型。通过分析涡旋实验平台和毛细管实验平台的溶血值数学模型得到各参数对血液损伤影响程度的大小，即低剪切力长时间暴露造成的溶血要大于高剪切力短时间暴露，同时也说明了当暴露时间达到一定值时，低剪切力区域也会产生很严重的溶血，暴露时间因素对血液的机械损伤比剪切力因素影响更大。此外，材料表面粗糙度除了会对溶血造成影响之外，也会在短时间暴露下即造成vWF的严重损伤。这些因素均应在人工心脏的相关设计中予以考量。本研究在血液剪切实验平台的设计与对比，以及vWF机械损伤评价模型方面进行了创新，研究成果更加明确了人工心脏等医疗器械中的非生理性剪切应力对血液机械损伤的影响规律，可以应用到对VAD的性能评价中，为血液成分vWF损伤评价标准的确立及血泵的设计优化提供依据，促进我国相关医疗器械领域的发展。

内容获取失败，请点击重试