Effect of Left Ventricular Assist Device Pulsatility Mode and Cannula Angle on Aortic Blood Flow Characteristics, Blood Renewal Efficiency, Hemolysis, and Platelet Activation

فشل القلب هو حالة تصبح فيها عضلة القلب ضعيفة للغاية بحيث لا تستطيع ضخ ما يكفي من الدم إلى بقية الجسم. بالنسبة للعديد من المرضى الذين يعانون من مراحل متقدمة من المرض، فإن العلاج الوحيد هو زراعة القلب، ولكن النقص الحاد في الأعضاء المتبرع بها يعني أن معظمهم يجب أن ينتظر حلاً مختلفاً. وهنا يأتي دور جهاز المساعدة البطيني الأيسر، أو ما يعرف بـ LVAD. فكر فيه كأنه مضخة ميكانيكية تتولى عمل الحجرة الرئيسية للقلب، حيث تدفع الدم إلى خارج الجسم. وبينما أنقذت هذه الأجهزة أرواحاً لا حصر لها، إلا أنها ليست مثالية. فمعظم النسخ الحديثة منها تدور بشكل مستمر، مما يخلق تياراً ثابتاً وغير منقطع من الدم. وهذا يختلف تماماً عن القلب الطبيعي، الذي ينبض بنبض إيقاعي. هذا التدفق المستمر والسلس يمكن أن يسبب مشاكل داخل الشريان الرئيسي للجسم، وهو الأبهر. إذ يمكن أن يؤدي ذلك إلى تجلطات دموية، وتلف خلايا الدم، وتعقيدات أخرى لأن الدم لا يتحرك أو يختلط بالطريقة التي ينبغي أن يكون عليها.

أراد الباحثون في جامعة بهانغ والعلوم الطبية الصينية فهم كيفية تأثير تصميم وتشغيل هذه المضخات على تدفق الدم عبر الأبهر بدقة. وقد ركزوا على ثلاثة أشياء محددة: الزاوية التي يتصل بها أنبوب المضخة بالشريان، وما إذا كانت المضخة تعمل بتيار ثابت أم تحاكي نبضات القلب، وماذا يحدث إذا بدأ قلب المريض في استعادة قوته مرة أخرى. وباستخدام نموذج حاسوبي مفصل مبني من تشريح مريض حقيقي، قاموا بمحاكاة كيفية حركة الدم تحت هذه الظروف المختلفة. كان هدفهم هو معرفة كيف تغير هذه العوامل طريقة ملامسة الدم لجدران الشريان، ومدى جودة غسل الدم القديم، وحجم الضرر الذي تلحقه خلايا الدم.

بدأت الدراسة بالنظر في زاوية الأنبوب الذي يتصل بالمضخة بالأبهر. واختبر الباحثون خمس زوايا مختلفة، تتراوح من منحدر ضحل إلى منعطف حاد. ووجدوا أن هذه الزاوية هي العامل الأهم في تحديد سلوك نفاث الدم بمجرد دخوله إلى الشريان. فعندما تكون الزاوية حادة أكثر، يصطدم تيار الدم بالجدار الداخلي للشريان بقوة أكبر ويمتد لمسافة أبعد داخل الوعاء. وهذا يخلق تدفقاً أكثر قوة يساعد في دفع الدم من القلب إلى فروع الجسم. ومع ذلك، فإن هذا الاصطدام القوي يخلق أيضاً نقطة محددة يصطدم فيها الدم بالجدار بضغط عالٍ. أما عندما تكون زاوية الأنبوب أكثر اعتدالاً، فإن الدم يميل إلى الدوران في حركة دائرية بطيئة بالقرب من الجزء العلوي من القلب، مما يخلق جيباً يستقر فيه الدم لفترة طويلة جداً. وهذا الركود خطير لأنه يشجع على تكوين الجلطات.

ثم قارن الباحثون بين طريقتين لتشغيل المضخة: تدفق مستمر وثابت، وتدفق نبضي يتسارع ويتباطأ ليحاكي نبض القلب الطبيعي. واكتشفوا أن الوضع النبضي يعمل بمثابة زر "إعادة ضبط" دوري لتدفق الدم. ففي الوضع المستمر، تميل جيوب الدم البطيئة والدوارة بالقرب من جدار الشريان إلى البقاء هناك، مما يؤدي إلى سوء تنظيف سطح الوعاء. أما الوضع النبضي، ومن خلال تغيير السرعة باستمرار، فإنه يكسر هذه الجيوب الراكدة ويجبر الدم على الاختلاط بشكل أكثر شمولاً. وينتج عن ذلك شريان أنظف بكثير حيث يتم استبدال الدم القديم بدم جديد بكفاءة أكبر. علاوة على ذلك، كان الوضع النبضي أكثر لطفاً على خلايا الدم؛ فبسبب تغير السرعة، لا يتعرض الدم لفترات طويلة وغير منقطعة من الاحتكاك العالي كما يحدث في الوضع الثابت. وقد قلل هذا من كمية الضرر الذي يلحق بخلايا الدم وخفض من خطر تنشيط الصفائح الدموية، وهي الخلايا التي تبدأ عملية التجلط.

أخيراً، قام الفريق بمحاكاة ما يحدث عندما يبدأ قلب المريض في التعافي أثناء دعمه بالجهاز. فبينما يبدأ القلب الطبيعي في الضخ مرة أخرى، فإنه ينضم إلى عمل الآلة. وهذا يخلق تفاعلاً معقداً حيث يضغط مصدران لتدفق الدم — الآلة والقلب — ضد بعضهما البعض. وأظهرت الدراسة أن هذا التعافي يحسن الحركة العامة للدم، مما يساعد في غسل المناطق الراكدة بشكل أفضل مما تستطيع الآلة القيام به وحدها. ومع ذلك، فقد أدى ذلك أيضاً إلى ظهور نوع جديد من التعقيد؛ إذ خلق التقاء التدفقين مزيداً من الدوران وأنماطاً متغيرة بالقرب من قاعدة القلب. وبينما تحسنت الصحة العامة للدم، مع انخفاض الضرر وتحسن الاختلاط، أصبح التدفق أكثر فوضوية في بعض النقاط.

تشير النتائج إلى أنه لا يوجد إعداد مثالي واحد لكل مريض. فالزاوية الأكثر حدة لأنبوب المضخة تحسن من جودة حركة الدم عبر الجسم ولكنها تزيد من القوة التي تصطدم بجدار الشريان. والوضع النبضي ينظف الدم بشكل أفضل ويحمي الخلايا، ولكنه يخلق تبايناً أكبر في كيفية حركة الدم. ومع تعافي قلب المريض، يصبح التدفق مزيجاً من قوة الآلة والقوة البشرية، مما يحسن الدورة الدموية ولكنه يغير أنماط الحركة في الشريان. وخلص الباحثون إلى أن تحسين هذه الأجهزة يتطلب موازنة هذه التأثيرات المتضاربة. فمن خلال الاختيار الدقيق لزاوية الاتصال وإيقاع المضخة، يمكن للأطباء تقليل خطر الجلطات وتلف الدم، وتكييف العلاج وفقاً للاحتياجات الفريدة لتشريح كل مريض ومسار تعافيه.