航天血栓评估别漏血流动力学！健康人与房颤患者风险截然不同

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作者 |血动力仿真 仿真秀优秀讲师

首发 |仿真秀APP

   

随着人类探索太空的步伐不断加快，航天环境对人体的影响已成为生物医学研究的热点。微重力暴露会显著改变心血管系统的负荷状态，但其对左心房血流动力学及血栓形成风险的具体影响机制尚不明确。这一领域的探索不仅关乎航天员的健康保障，也为理解地面心血管疾病提供了独特的视角。  

本文由格雷斯·霍普纳及其合作者开展了一项基于患者特异性模型的计算流体动力学研究。研究团队分别构建了3例健康个体和3例房颤患者的左心房模型，利用超声心动图数据模拟了基线状态及微重力引起的飞行后短期与长期心脏负荷变化。通过计算左心房血流速度、时间平均壁面切应力、振荡剪切指数及相对滞留时间等关键指标，该研究深入评估了不同重力环境下的血栓形成风险。研究结果揭示了健康个体与房颤患者对微重力负荷的差异化血流动力学反应：微重力可短暂增加健康人的心房血流停滞风险，而房颤患者则始终处于高危状态。这项工作提供了首个针对特定患者、室内水平的计算评估，强调了在评估航天相关血栓风险时考虑血流动力学适应的重要性。

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研究亮点与方法    

1、填补了微重力心血管影响的研究空白：针对特定患者的室内水平计算评估，量化了航天相关的微重力引起的心脏流出改变如何具体影响左心房血流动力学，填补了该领域的认知空白。

2、揭示了不同人群的差异化血流动力学反应：健康个体表现出明显的适应性。短期微重力暴露会导致心房血流停滞显著增加（从19.6%增至64.2%），切应力降低，血栓风险短暂上升；但在长期暴露下，指标可恢复甚至优于基线，显示出血流动力学适应。房颤患者：表现出“不敏感性”与持续高危。无论在何种负荷条件下，其血流停滞和切应力指标变化极小，始终处于高血栓风险状态。

3、计算流体动力学（CFD）模拟：利用CFD技术对左心房内的血流情况进行数值模拟，分析血流速度、时间平均室壁切应力、振荡切变指数、相对滞留时间和淤积量等关键指标。

4、多维度对比分析：研究在健康人与房颤患者之间、以及地球环境、短期微重力、长期微重力三种不同工况下进行交叉对比，以评估微重力对血栓形成潜力的机械学影响。

图1.本研究采用的工作流程。

这项研究通过使用患者特有的计算流体动力学(CFD)来评估微重力修改的二尖瓣流出状态如何影响与血栓形成风险和不良结局相关的左房血流模式，以解决这一差距。通过比较健康个体和房颤患者(包括窦性心律内和窦性心律外)在地球上、短期和长期微重力模拟中的差异，这项工作提供了第一个关于微重力如何在不同心脏生理条件下影响心房停滞、切应力和血栓形成潜力的机械学见解。

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研究结果    

健康组的平均速度流线如图2a所示，窦性心律房颤患者的平均速度流线如图2B所示，非窦性心律房颤患者的平均速度流线如图2c所示。在模拟的重力环境中，每组的血流行为都表现出显著的差异，这表明对微重力暴露的血流动力学反应因心率状态而异。在所有患者、节律组和模拟条件下，LAA始终保持低速区域。在每个模拟重力环境下，OSI在LA中的分布如健康队列的补充图2A、窦性心律的房颤患者的补充图2B和非窦性心律的房颤患者的补充图2C所示。

图2。(A)健康患者在每个模拟重力条件下的平均速度流线。(B)每种模拟重力状态下窦性心律房颤患者的平均速度流线。(C)每种模拟重力状态下窦性心律外房颤患者的平均速度流线。

每种模拟条件下TAWSS在LA上的分布重力环境如图3A所示为健康人群，图3B为窦性心律房颤患者，图3C为非窦性心律房颤患者。在所有组中，LAA始终表现出低的剪切应力值，尤其是在附属器尖端附近(<0.5Pa.)。

图3。(A)健康患者在每种模拟重力条件下的TAWSS等值线图。(B)每种模拟重力状态下窦性心律房颤患者的TAWSS等值线图。(C)每种模拟重力状态下房颤患者的TAWSS等值线图。

图4A为健康组，图4B为窦性心律房颤患者，图4C为非窦性心律房颤患者，图4A显示了每种模拟重力环境下房颤在左房的分布。RRT升高的区域与TAWSS降低的区域相对应，主要位于LAA的顶端。

图4。(A)健康患者在每种模拟重力条件下的RRT等值线图。(B)每种模拟重力状态下窦性心律房颤患者的RRT等值线图。(C)每种模拟重力状态下窦性心律外房颤患者的RRT等值线图。

尽管有大量证据表明微重力会扰乱全身心血管生理学，但它对房间水平血流的影响，包括影响血栓形成风险的左房血流模式，从未被描述过。这是第一次使用计算流体力学研究微重力条件下特定患者的左房血流动力学。这项研究包括健康对照组以及窦性心律和非窦性心律的房颤患者，微重力在这些组中产生了不同的血流动力学反应。考虑到队列规模较小，这里提出的发现旨在支持机械性的、产生假设的洞察力，而不是确定的人口水平推断。

03    

结论    

   

   

研究局限性  

本研究受限于较小的样本量（每组3例），限制了统计功效与群体层面的推断。患者特异性的左心房几何结构及血流组织存在个体差异，可能影响队列间的直接比较；尽管考虑了左心耳形态，但尚未发现其与微重力下血流动力学变化之间的明确关系。此外，房颤患者的心房容量显著大于健康对照组，这种结构性重塑可能会降低其对模拟负荷的血流动力学反应。

在模型设定上，血液被假设为牛顿流体，未能捕捉微重力引起的血浆容量和红细胞压积变化对血液流变学的影响。同时，研究通过修改二尖瓣流出波形来模拟微重力效应，而左心房几何形状保持固定，未包含长期微重力暴露导致的心房结构或容量重构。由于缺乏飞行后特异性影像数据及房颤患者在微重力下的心电数据，研究统一应用了人群级别的扰动波形，因此结果侧重于相对血流动力学敏感性而非疾病特异性适应。

   

   

研究总结与展望  

尽管存在上述局限，该研究仍首次提供了针对特定患者的左心房水平分析，揭示了微重力相关的舒张期流出改变会短暂增加健康人的血栓风险，而房颤患者则持续处于高危状态。未来工作将扩展至更大规模队列，纳入结构性心房适应，并评估长时间太空飞行期间节律变异性和负荷变化的综合影响，以进一步完善航天心血管风险评估体系。

原文：Microgravity-induced alterations in left atrial hemodynamics andthrombogenic risk: Insights from healthy and atrial fibrillation models

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写在最后    

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（完）

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