主动脉瓣二瓣畸形患者主动脉扩张的血流动力学研究

Aortic dilatation is the most common complication associated with bicuspid aortic valves, which has a propensity for dissection and rupture, making it a potentially lethal disease. It is demonstrated that the blood flow in normal human aorta exhibits an helical flow pattern and plays an important role in its physiology. The applicant hypothesizes that unlike the normal trileaflet aortic valves, the bicuspid aortic valves would greatly alter the blood flow injection from left ventricular to aorta and destroy the normal helical flow pattern in the aorta, leading to abnormal flow pattern with uneven distribution of wall shear stress and hence affecting the aortic physiology, which would contribute to the formation of aortic dilation. To test the hypothesis, the proposed research project will carry out the following two scientific problems. 1) How do bicuspid aortic valves affect the blood flow in the aorta and what is the difference with the trileaflet aortic valves? 2) How does the changed blood flow pattern affect the aortic physiology and dilation? The expected findings in the proposed research project can not only contribute to the mechanism of aortic dilatation associated with bicuspid aortic valves, but also help to design more efficient artificial aortic valves.

主动脉扩张是主动脉瓣二瓣畸形最为常见的并发症，会导致主动脉夹层和破裂，诱发致命性临床事件。前人研究表明，正常主动脉中的流动成旋动流态，该流态具有保护主动脉的重要生理功能。申请人推测，与正常三叶式主动脉瓣相比，主动脉瓣二瓣畸形会极大地改变血液从左心室射入主动脉的状态，破坏主动脉中的旋动流态，从而影响血液对血管壁的均匀冲刷、导致主动脉中局部壁面剪切力异常，进而影响主动脉正常的生理功能，这可能便是主动脉瓣二瓣畸形导致主动脉扩张的重要原因。基于这一科学推测，本项目将围绕如下两个科学问题展开：1）主动脉瓣二瓣畸形如何改变主动脉中的血流动力学特征，与正常三叶式主动脉瓣相比有何差异？2）这种差异如何影响主动脉的生理功能，是否会影响主动脉的扩张？本项目的执行不仅有助于认识主动脉瓣二瓣畸形主动脉扩张的机制，为二瓣畸形患者疾病进展及预后提供临床依据；而且有助于指导人工主动脉瓣膜的优化设计。

主动脉扩张是主动脉瓣二瓣畸形（Bicuspid Aortic Valves，BAV）最为常见的并发症，会导致主动脉夹层和破裂，诱发致命性临床事件。本项目从血流动力学的角度，围绕主动脉瓣二瓣畸形主动脉扩张成因及扩张后介入治疗方案相关问题，开展了以下几方面工作：1）基于临床医学影像的主动脉3D模型构建；2）BAV患者及健康人主动脉入口速度提取；3）计算分析主动脉瓣二瓣畸形对主动脉内血流动力学特征的影响；4）在体研究BAV患者主动脉血流动力学特征；5）探讨运动对BAV患者主动脉内血液流动的影响；6）数值研究BAV患者主动脉瘤介入治疗后的血流动力学环境；7）计算模拟BAV患者主动脉瘤介入治疗后血小板运动规律；8）通过实验和计算相结合的方式，研究壁面切应力对血管壁物质传输特性及传输规律的影响；9）初步开展了PIV体外实验分析。本项目研究结果表明：与正常的三叶式主动脉瓣相比，主动脉瓣二瓣畸形会破坏主动脉中正常的旋动流态，导致壁面剪切力相对较低，剪切震荡指数和相对停留时间相对较高，这可能影响血管内皮细胞细胞外基质的调节过程，导致弹性纤维变性，进而导致升主动脉的扩张；运动有利于改善BAV患者主动脉内的血流动力学环境；重叠裸支架介入能够抑制脉瘤腔内血液流动、促进脉瘤腔内血栓形成，对于BAV患者主动脉瘤治疗具有显著效果。以上工作的主要贡献在于，初步摸清了BAV患者主动脉内的血流动力学特征，为进一步研究主动脉扩张的血流动力学机制提供了基础，对于寻求预防途径以及扩张后的介入治疗方案优化，具有重要参考意义。.本项目发表论文4篇，正在投稿论文3篇，完成了相关工作计划。