清華新聞網(wǎng)6月25日電 氣栓是外科手術(shù)、航天作業(yè)和深潛活動(dòng)后易發(fā)的血管栓塞疾病。無(wú)論是由于治療、分娩或手術(shù)過(guò)程中外界氣體意外進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)，還是由于體外壓強(qiáng)急劇下降而導(dǎo)致血液中溶解的氣體析出，都會(huì)造成血管內(nèi)形成氣泡，而一旦氣泡無(wú)法及時(shí)排除，就很可能在微小血管中發(fā)生堵塞，形成氣栓，阻礙血液流動(dòng)、造成組織和器官出現(xiàn)缺血性病變，引發(fā)肺動(dòng)脈高壓、心腦血管梗塞，甚至危及生命。因此，氣栓在臨床醫(yī)療中受到廣泛關(guān)注。然而，對(duì)于極易變形且與血管壁間存在潤(rùn)滑膜的氣泡為何能在微小血管內(nèi)承受較高的血流壓力而造成阻塞的問(wèn)題，一直沒(méi)有合理的解釋。
清華大學(xué)機(jī)械工程系李永健課題組通過(guò)微流控芯片揭示了氣栓發(fā)生的新機(jī)理，并在動(dòng)物試驗(yàn)中得到驗(yàn)證。在該研究中，研究者構(gòu)造了模擬微小血管的微流控芯片系統(tǒng)，觀(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn)當(dāng)液體介質(zhì)為血液時(shí)氣泡在微通道中出現(xiàn)了停滯阻塞，而當(dāng)液體介質(zhì)換成相同黏度的甘油時(shí)氣泡不會(huì)出現(xiàn)堵塞。研究者進(jìn)一步觀(guān)測(cè)了氣泡在血液中從運(yùn)動(dòng)到停止的過(guò)程，結(jié)合通過(guò)生物熒光顯微方法實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)到的血栓標(biāo)志物的變化、通過(guò)示蹤粒子成像技術(shù)觀(guān)測(cè)到的氣泡周?chē)牧鲌?chǎng)，以及通過(guò)雙光干涉法測(cè)得的氣泡和壁面間潤(rùn)滑膜的變化等結(jié)果，最終揭示了氣泡在血液中停滯阻塞的機(jī)制：進(jìn)入微通道的氣泡在其自身周?chē)T發(fā)出特殊的流場(chǎng)，促使血液中的血細(xì)胞和纖維蛋白原在氣泡尾部聚集并逐漸形成血栓，血栓改變了氣泡流動(dòng)的潤(rùn)滑狀態(tài)，導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)阻力大幅增加，最終形成氣栓。該機(jī)制在動(dòng)物試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。該研究從微流體界面密封和潤(rùn)滑的角度解釋了微小血管內(nèi)氣栓發(fā)生的關(guān)鍵機(jī)制，有望為預(yù)防、治療和利用氣栓提供新策略。
（A）基于微流控血管芯片觀(guān)測(cè)氣栓形成過(guò)程（B）在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中觀(guān)測(cè)到微流場(chǎng)作用下氣泡尾部形成血栓而導(dǎo)致氣栓發(fā)生（C）粒子成像法觀(guān)測(cè)到微通道中氣泡尾部的回旋流場(chǎng)，該流場(chǎng)導(dǎo)致血細(xì)胞等成分聚集而加速血栓生長(zhǎng)。
本研究成果于6月21日以“氣泡周?chē)鲌?chǎng)對(duì)微小血管氣栓發(fā)生的作用”（Flow Field around Bubbles on Formation of Air Embolism in Small Vessels）為題，在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（Proceedings of National Academy of Science，PNAS）在線(xiàn)發(fā)表。
清華大學(xué)機(jī)械工程系博士研究生李中南為論文第一作者，李永健副教授為本文的第一通訊作者。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院、北京協(xié)和醫(yī)院和北京科技大學(xué)參與了該項(xiàng)研究。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
論文鏈接：
https://www.pnas.org/content/118/26/e2025406118
供稿：機(jī)械工程系
編輯：李華山
審核：呂婷
