Blodflödet i människokroppen antas i allmänhet vara jämnt på grund av dess låga hastighet och höga viskositet. Ostabilt blodflöde är kopplat till olika hjärt-kärlsjukdomar och har visat sig främja dysfunktion och inflammation i det inre lagret av blodkärlen, endotelet. I tur och ordning, detta kan leda till utvecklingen av åderförkalkning – en ledande dödsorsak över hela världen – där arteriella vägar i kroppen smalnar av på grund av plackuppbyggnad. Dock, källan till denna ostadighet är inte väl förstådd. Nu, IST Österrike professor Björn Hof, tillsammans med ett internationellt team av forskare, har visat att pulserande blod flödar, som de från vårt hjärta, reagerar starkt på geometriska oregelbundenheter i kärl (såsom plackuppbyggnad) och orsakar mycket högre nivåer av hastighetsfluktuationer än tidigare förväntat. Forskningen kan få konsekvenser för hur vi studerar blodflödesrelaterade sjukdomar i framtiden.

"I detta projekt, vi ville undersöka om insikter vi nyligen fått om ursprunget till turbulens i rörflöde kan kasta ljus över instabiliteter i pulserande flöden och på kardiovaskulärt flöde i blodkärl, " säger Hof. "Våra resultat indikerar att en tidigare okänd mekanism kan orsaka turbulens i pulserande flöden i människokroppen vid lägre flödeshastigheter än man tidigare trott."

Varför är turbulent blodflöde hälsofarligt?

Den inre väggen av ett blodkärl, endotelet, är mycket känslig för en kraft som kallas "skjuvspänning" som, I detta fall, hänvisar till friktionen som skapas av blodflödet på insidan av ett blodkärl. I vanliga fall, cellerna i endotelet är anpassade till relativt jämna flödeshastigheter i en riktning. Dock, om turbulens uppstår i fartyget (t.ex. på grund av en geometrisk oregelbundenhet), flödet blir flerriktat och resulterar i förändrade skjuvspänningskrafter på endotelet. Sådana stressfluktuationer kan utlösa cellulär dysfunktion, inflammation i endotelet och, i längden, arterioskleros.

Modellera turbulens i blodflödet

Teamet har bevisat både experimentellt och teoretiskt, att blodkärl med geometriska ojämnheter sannolikt orsakar mer turbulens än man tidigare trott. I deras experiment, som genomfördes vid IST Österrike, teammedlem Dr. Atul Varshney kunde visa att, när pulserande blodflöde saktar ner (t.ex. mellan hjärtslagen), turbulens skapades, speciellt i områden som hade geometriska oregelbundenheter. När väl flödet accelererades igen, som med ett hjärtslag, det blev jämnt och turbulensfritt (även känt som laminärt flöde). Detta innebär att om ett blodkärl inte är idealiskt format eller har geometriska oregelbundenheter, mer turbulent flöde kommer sannolikt att inträffa med varje pulscykel eller hjärtslag. Forskningen kan ha viktiga konsekvenser i hur det medicinska samhället modellerar blodflödet, speciellt i stora blodkärl som aorta.

Hof avslutar:"Det är häpnadsväckande att denna instabilitet har förbisetts i tidigare studier. Vi misstänker, också på grund av den komplexa sammansättningen av blod, att det kan finnas andra mekanismer som kan orsaka turbulens i kardiovaskulärt flöde vid ännu lägre hastigheter. Som i denna studie, även vårt framtida arbete kommer att syfta till att identifiera grundläggande mekanismer som är relevanta för andra områden som medicin."