医療機器関連の溶血による患者の血漿遊離ヘモグロビンレベルの予測

医療機器を通る血液通過は、血管収縮や腎臓尿細管損傷などの副作用につながる可能性のある血漿を含まないヘモグロビン（PFH）のレベルの増加を引き起こす可能性があります。装置の溶血の可能性は通常、動物の血液を使用してin vitroで特徴付けられますが、結果はドナー種などのさまざまな血液パラメーターによって影響を受ける可能性があります。さらに、in vivoでのPFH蓄積は、PFHを結合して安全に排除できる血漿ハプトグロビン（HPT）の可用性の両方に依存するため、in vitro溶血で測定されたin vitro溶血レベルを臨床性能に関連付ける方法は不明です。これらの不確実性に対処するために、in vivo溶血速度を時間依存のPFHおよびHPT濃度にリンクする生体発生モデルを開発しました。このモデルは、人間に過剰なPFHを導入した後、ベースラインレベルとPFHおよびHPTの進化を特徴付ける研究を使用して、当初パラメーター化されました。生体動物パラメーターが指定された場合、このモデルは、心肺バイパス手術を受けている3つの患者グループの溶血率を予測するために適用されました。これらの臨床データとのモデルの一致性は、in vivo溶血率を推測し、懸念を引き起こす可能性のあるPFHレベルへの洞察を提供できることを示唆しています。その後、このモデルを使用して、慢性循環補助血液ポンプの文献で提案されている受け入れ閾値溶血値を評価し、単純なスケーリング引数を使用してPFH蓄積に対する患者の体重の影響を評価しました。

Blood passage through medical devices can cause hemolysis and increased levels of plasma free hemoglobin (pfH) that may lead to adverse effects such as vasoconstriction and renal tubule injury. Although the hemolytic potential of devices is typically characterized in vitro using animal blood, the results can be impacted by various blood parameters, such as donor species. Moreover, it is unclear how to relate measured in vitro hemolysis levels to clinical performance because pfH accumulation in vivo depends on both hemolysis rate and availability of plasma haptoglobin (Hpt) that can bind and safely eliminate pfH. To help to address these uncertainties, we developed a biokinetic model linking in vivo hemolysis rates to time-dependent pfH and Hpt concentrations. The model was initially parameterized using studies that characterized baseline levels and evolution of pfH and Hpt after introduction of excess pfH in humans. With the biokinetic parameters specified, the model was applied to predict hemolysis rates in three patient groups undergoing cardiopulmonary bypass surgery. The congruity of the model with these clinical data suggests that it can infer in vivo hemolysis rates and provide insight into pfH levels that may cause concern. The model was subsequently used to evaluate acceptance threshold hemolysis values proposed in the literature for chronic circulatory assist blood pumps and to assess the impact of patient weight on pfH accumulation using simple scaling arguments, which suggested that identical hemolysis index values may increase pfH levels nearly threefold in 10 kg pediatric patients compared with 80 kg adults.