美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的数据显示，一种被称为动脉粥样硬化的动脉炎性疾病是美国的主要死因，但在45岁以上的美国成年人中，约有一半患有这种疾病，却不自知。动脉是将血液从心脏输送到身体其他部位的血管高速公路，其特点是斑块在动脉内积聚，这种情况经常被忽视，直到它变得严重。

一个很有希望的解决方案可能存在于一个在外行人看来毫无关联的领域:机械工程。诺拉·卡罗琳·怀尔德是乔治·华盛顿大学工程与应用科学学院的一名研究生，她正在利用心血管流体动力学来探索可能的解剖学因素，从而尽早提醒高危患者。

怀尔德说:“一旦病人出现症状，就意味着他们已经患有动脉粥样硬化，这通常是相当严重的。”怀尔德是Michael Plesniak生物流体动力学实验室主任的机械和航空航天工程博士候选人。

“所以我正在研究什么样的预先存在的特征会导致某人的血液流动对血管组织产生不健康的影响。我们能否通过观察病人血管的几何形状——血管分支的角度和直径——来统计地将病人分为高风险或低风险?”

斑块是由胆固醇、细胞废物和其他脂肪物质组成的，所有这些物质在通过血液时都会积聚在血管壁上。但是健康的内皮细胞，排列在血管壁上，通过对血液流动的生化反应来防止斑块的积累，因为它们经常与血液流动接触。

在理想的健康状况下，血液流动的力量会产生微小的漩涡状涡流，对动脉壁施加一种叫做剪切应力的摩擦力。剪切应力刺激内皮细胞，防止斑块积聚，防止其变得危险。

但怀尔德发现，对一些病人来说，剪应力受到动脉几何形状的影响。想象一根软管在坡道上喷水:如果坡道的尽头是一个平缓的斜坡，水就会均匀地流到坡道的顶端，然后流到坡道底部的草地上。但是，如果坡道以90度的陡坡结束，加压水就会在坡道底部的草地上形成弧形，几乎不会湿润草地。

如果软管、坡道和草地都在水下，当加压流向前推进时，会形成涡流，平缓坡度下的草地受到剪切应力，陡坡下的草地受到剪切应力很小或没有。

颈总动脉是向面部和大脑输送血液的重要血管，它以类似的方式分支到颈部的内、外颈动脉，这一部位容易形成斑块。

利用患者平均临床数据，Wild创建了两个颈动脉分叉区域的模型。第一个模型，基于健康人群的数据，有一个60度的对称分支角——一个平缓的斜坡，血液在上面均匀流动，产生有效的、持久的漩涡。第二种模型基于动脉粥样硬化风险增加患者的解剖特征，分叉不对称且角度更大。

怀尔德通过第二个模型对血液流动进行模拟，发现临界涡流恶化的速度更快。它们不仅被分叉的尖锐角度推过了脆弱的连接点，而且它们没有持续足够长的时间来有效地旋转回来。没有受到必要的剪切应力，这些血管壁更有可能保留斑块的积聚。

在这些高风险的颈动脉连接处，血液流动的功能“有点像华盛顿特区的夏天”，怀尔德开玩笑说:你想要一个“宜人的微风”来防止自己被汗水淹没，但你却被静止的空气压迫着。

如果Wild的虚拟研究结果在临床应用，患者可以通过测量颈动脉压力梯度，在临床环境中无创地筛查动脉粥样硬化风险。(怀尔德说，通过传感器和基于成像的新方法，在临床环境中获得动脉的压力梯度是可能的。)血管几何形状表明危险增加的患者可以相应地改变他们的行为，包括建立更积极的护理计划。

怀尔德说:“在未来，我相信这项研究将有助于在患者出现严重症状之前治疗动脉粥样硬化。”“我们对这些发现感到兴奋，因为它们增加了对为什么某些人更容易形成斑块的理解，从而有助于确定临床参数，以改善临床早期检测。”

由乔治华盛顿大学提供
引用流体动力学在预测心血管危险方面起着关键作用(2024,1月22日)，2024年1月22日检索自https://medicalxpress.com/news/2024-01-fluid-dynamics-plays-key-role.html 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。