降低人工心脏瓣膜血栓的风险

大多数人都熟悉航空中的湍流：一些风况会导致乘客颠簸。但即使在人的血管里，血流也会紊乱。当血液沿着血管的弯曲处或边缘流动时，会出现湍流，从而引起流速的突然变化。湍流产生的额外力量会增加形成血凝块的机会。这些凝块缓慢生长，直到它们可能被血流带走，堵塞大脑中的动脉，导致中风。

机械阀门会产生湍流。

使用人工心脏瓣膜的患者有更高的血栓形成风险。从人工瓣膜植入后对患者的观察可以看出，风险是增加的。对于机械心脏瓣膜的接受者来说，血液凝固的危险因素尤其严重。在这种情况下，患者必须每天接受血液稀释剂以对抗中风的风险。到目前为止，还不清楚为什么机械心脏瓣膜比其他类型的瓣膜(例如，生物心脏瓣膜)更能促进血栓形成。

来自伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心心血管工程组的工程师们现在成功地发现了一种可以显著促进血凝块形成的机制。他们使用了流体力学稳定性理论的复杂数学方法，这是流体力学的一个子领域，几十年来一直被成功用于开发节油飞机。这是第一次将这些结合了物理学和应用数学的方法转化为医学。

通过在卢加诺中央科技中心的旗舰超级计算机上使用复杂的计算机模拟，研究小组能够证明心脏瓣膜的流量控制阀瓣的当前形状会导致血液流动的强烈湍流。该研究的第一作者Hadi Zolfaghari解释说：“通过浏览模拟数据，我们发现了血液是如何撞击瓣膜前缘的，以及血液是如何迅速变得不稳定并形成湍流漩涡的。”“在这个过程中产生的强大力量可能会激活血液凝固，并在瓣膜后立即形成凝块。超级计算机帮助我们抓住了这些阀门中湍流的根本原因，而流体动力稳定性理论帮助我们找到了解决这个问题的工程方法”。

研究中使用的机械心脏瓣膜由一个金属环和两个在铰链上旋转的瓣膜组成。心脏每跳动一次，瓣就会开合一次，让血液流出心脏，但不能再流入。在研究中，研究小组还研究了如何改善心脏瓣膜。结果表明，即使瓣膜设计略有改变，血液也可以流动，而不会出现导致湍流的不稳定性——更像一个健康的心脏。这种湍流将大大减少血栓形成和中风的机会。

终身不用血液稀释剂？

每年有超过10万人使用机械心脏瓣膜。由于血液凝固的高风险，所有这些人都必须在余生中每天服用稀释剂。如果从流体力学的角度改进心脏瓣膜的设计，可以想象这些瓣膜的接受者将不再需要血液稀释剂。这可能会导致正常的生活-没有血液稀释药物的持久负担。“自20世纪70年代以来，机械心脏瓣膜的设计几乎没有修改过，”阿托格中心研究小组的负责人张秀坤奥布里斯特说。“相比之下，在其他工程领域(如飞机设计)已经进行了大量的研发。考虑到有多少人有人工心脏瓣膜，

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