改善腎透析療法，航天科技來幫忙

圖片說明：上圖是理想狀態下動靜脈瘺中的流線形體和流量。線的顏色對應血液的速度：紅色表示高速，藍色表示低速。圖片來源：Peter Vincent/Imperial College London

英國的一個研究小組已經發明了一種新方法：在動脈和靜脈之間構建一個人工連接，這種技術被稱為動靜脈瘺。這個手術是在晚期腎病患者的胳膊上進行的，以便病人接受常規透析，過濾血液和維持生命。

該成果發表在了Physics of Fluids上。它可以降低動靜脈瘺堵塞的幾率，緩解透析主要併發症的發生。

在AVF臨床試驗尚未證明這種技術是否有效之前，普遍認為它是一種成功的設計。研究人員對這種設計熱情高漲，他們是使用了航空航天設計軟體來實現了這種設計。

作為倫敦帝國理工學院（Imperial College London）航空專業中英國工程與自然科學研究委員會（The Engineering and Physical Sciences Research Council，EPSRC）的早期成員，同時還是該大學的高級講師，Peter Vincent說：「目前，建立動靜脈瘺透析過程還不是萬全之策。我們的最終目標是利用計算機模擬工具來定製具體患者的動靜脈瘺的方案，這有助於提高成功率。」

透析和慢性腎病

透析是晚期慢性腎病患者維持生命的治療方法，該病主要是由於人的腎臟受損，無法有效地過濾血液。因此，血液中的代謝物留在體內而無法排除，進而引發心血管疾病、貧血和骨病方面的問題。

慢性腎病是全球範圍內的疾病。僅從美國來看，美國國家疾病控制和預防中心（Centers for Disease Control and Prevention）估計，約2000萬成年人（美國成年人數量的10%）可能患有這種疾病，儘管有些尚未得到確診。腎臟疾病是美國本土排名第九的死因。

一旦腎臟功能失效，病人就需要腎移植或通過透析來維持腎臟過濾血液的常規治療。腎臟移植通常具有很好的效果，但是受制於腎源的數量和可用性。在美國，每年只有幾千個可用腎源，而成千上萬的人卻在等待腎移植。病人在等待腎源的時候，只能接受定期透析。

透析治療的一個問題是，身體通過動靜脈瘺的透析連接經常堵塞，從而使得治療失敗。這將對全球醫療保健系統產生不利的臨床結果和高昂的額外成本。

因此，一個跨學科的團隊將對上述問題進行研究，以期降低動靜脈瘺療法的失敗率，改善原先療法產生的不利後果。

基於航天軟體的設計

為了解決上述問題，研究人員首先需要更好地理解動靜脈瘺中曲率如何影響動脈血流量和氧的運輸模式。

Vincent表示，動靜脈瘺中的血流模式是天生的「不自然」形式，並且這些不正常的流動模式導致了動靜脈瘺中最終的堵塞問題。

通過使用原本為航空部門設計的計算模擬軟體，團隊能夠模擬和預測動靜脈瘺的流動模式。Vincent說道：「這使我們能夠設計出更多的血液流動的自然模式，進一步降低實驗的失敗幾率。」

Vincent還認為，團隊確定建立動靜脈瘺等的流動方式是穩定的。他們還發現，如果動靜脈瘺的連接是在動脈彎曲外形成的話，將會形成穩定的流動方式。

這項工作的影響是巨大的，因為這可能會最終設計出成功的低故障率的動靜脈瘺療法，從而改善腎功能衰竭患者所需的透析治療。（科學之家，譯審：Y Sun）

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