（A） 流量控制在自然界中用于飞行优化。示意图显示了 alula 的使用，alula 是鸟类翅膀上的一个小结构，可以增加升力并延迟失速。（B）在空气动力学工业中，流量控制方法改进了飞机设计。示意图显示了使用开槽翼型来减少气流分离 （C） 在常规瓣膜中，异常流动和停滞区容易发生血栓形成（左）。在流量控制的瓣膜中，少量血流被重定向以减少停滞区，并调节流量曲线以减少湍流，并总体上减少与血流相关的血栓形成（右） 

研究人员正在开发一种用于经导管主动脉瓣置换术 （TAVR） 的新外观人工瓣膜，这可能代表严重主动脉瓣狭窄 （AS） 患者的重大突破。该瓣膜开发仍在进行中，它将通过限制血凝块的形成来持续清洁自身，从而提高耐用性。

该项目背后的团队在欧洲心脏病学会期刊《 European Heart Journal, a European Society of Cardiology journal》上分享了其工作的早期观点。[1]

“在过去的六十年中，人工心脏瓣膜，无论是生物的还是机械的，都提高了主动脉瓣心脏病患者的生存率和生活质量，以色列理工学院工程师Netanel Korin博士及其同事写道。“虽然从动物组织中取出并通过TAVR手术植入的生物心脏瓣膜显示出改善的血液动力学，但它们的耐用性有限，并且经常需要在10-15年内更换。然而，通过手术植入的机械心脏瓣膜可以持续一生，但需要终生抗凝治疗以减轻血栓形成风险。因此，迫切需要不需要抗凝剂的耐用人工心脏瓣膜。

该小组指出，TAVR瓣膜本质上会产生促血栓形成的病理性流动结构，这意味着即使是材料的进步也未能有效降低血流相关血栓形成的风险。他们提出的解决方案包括设计“规避病理流动结构”的人工心脏瓣膜——这是他们从自然界中不同动物的运动方式中汲取的想法。

研究人员解释说，被动流量控制是一个概念，可以解释鲸鱼如何在不主动使用能量的情况下游泳和鸟类飞行。多年来，工程师们在设计飞机时一直使用被动流量控制，现在Korin等人希望同样的想法可以应用于心脏瓣膜。

尽管已经有一些工作试图应用这一一般概念来改善心血管设备，例如在机械心脏瓣膜中使用涡旋发生器，但到目前为止，它在心血管设备和人工心脏瓣膜中的普遍应用非常有限。

在欧洲研究理事会的财政支持下，研究团队利用这种被动流量控制的概念来推进其新的StreamlineValve项目。

“我们计划使用被动流量控制策略来调节流场，以减少导致人工心脏瓣膜凝血的主要因素，例如，减少停滞区、停留时间、高剪切应力和湍流，”他们解释说。“流量的重定向允许流量控制的人工心脏瓣膜充当自清洁瓣膜，保持瓣膜周围的无凝块环境。此外，使用这种方法还可以导致所有流动区域的压力均匀，从而改善瓣膜波动，降低峰值血流速度，从而减少湍流区，并通过瓣膜的独特结构确保不间断的血流到冠状动脉。

到目前为止，研究人员已经发现了他们的工作的早期成功，但现在还为时过早;他们写道，最终目标是提高瓣膜的耐久性和患者安全性，这对于面临终身植入和相关风险的年轻患者尤为重要。

Reference:

1. Yevgeniy Kreinin, Mark Epshtein, Gil Bolotin, et al. Taking inspiration from birds to improve flow in prosthetic heart valves: an European Research Council granted project. European Heart Journal. July 10, 2024.