搭桥适用哪些流体力学原理？受体血管的部位应该选在哪里？如何充分利用供体所能提供的血流？
有些答案我们根据现有的血流动力学知识加以推导，有些我们可以针对问题进行一些针对性的研究。今天，来自华山医院神经外科的徐斌教授跟大家一起聊聊搭桥相关血流动力学那些事。
关于脑血管病搭桥手术，通常有以下三种情况：
1.复杂动脉瘤的颅内外搭桥通常是血流替代性的搭桥；
2.颅内的侧侧吻合则是向邻近血管借用血流的搭桥；
3.烟雾病或烟雾综合征的搭桥是一种血流扩增性的搭桥，将颈外动脉的血流引入颅内的缺血的血管网络，为脑组织补充血流。
前两种情况血流动力学变化相对简单，而烟雾血管病则相当复杂。在进行烟雾血管病（包括烟雾病和烟雾综合征）手术时，术者所面对的是血流动力学纷繁复杂的颅内血管网络，而且几乎每个手术侧的半球血流情况都是不同的，这就为我们提出了很多问题：
1
搭桥适用哪些流体力学原理？受体血管的部位应该选在哪里？
供体血管长度对血流影响如何？
如何充分利用供体所能提供的血流？
应该搭几根血管合适，是不是越多越好？
什么样的情况需要考虑多支搭桥，什么样的情况需要放弃搭桥？
为何有些血管当时看着挺通畅，过一段时间就闭塞了？
Cut flow究竟该如何理解？
扩大的吻合口真的会增加流量吗？
桥血管的流量取决于哪些因素？
哪些情况下只需要搭桥不需要贴敷？
联合贴敷的术式，颈外动脉的各分支之间是否存在竞争和此消彼长的关系？
什么情况下术中或术后容易发生出血？
供受体血管之间怎样的入射角度会更好些？
搭桥后局部的脑血流量、血容量、血管渗透性、摄氧功能、局部脑组织压力、脑脊液分泌、局部脑功能究竟如何变化，何时达到相对稳定？
搭桥术后颈内动脉及其分支、颈外动脉及其分支、椎动脉-大脑后动脉内血流如何变化等等。
有些答案我们根据现有的血流动力学知识加以推导，有些我们可以针对问题进行一些针对性的研究：
一、常用的血流动力学原理
01
泊肃叶定律
当我们将颞浅动脉接入大脑中动脉系统时，大脑中动脉系统并不是空心的“管道"系统，而是充满血液的"血管"，本身是有压强的，只有当颞浅动脉吻合端的压强大于受体处的压强时，血流才能从颈外动脉系统进入到颅内。这个压强差就是泊肃叶定律中的ΔP。
实验表明，流体在水平圆管中作层流运动时，其体积流量Q与管子两端的压强差Δp，管的半径r，长度L，以及流体的粘滞系数η有以下关系：
Q=π×r^4×Δp/(8ηL)
这就是泊肃叶定律(Poiseuille定律)。令R=8ηL/(πr^4)，即Q=Δp/R，R称为流阻。
从泊肃叶定律可以看出，血流量与血管半径的四次方成正比，与血管两端的压强差Δp呈正比，与粘滞系数η及血管长度L呈反比。在这些参数中，只有Δp是与血流运动相关的参数，其他参数都与血流运动不相关。所以，Δp是驱动血流流动及决定其流向（从压强高处流往压强低处）的唯一动力。管道本身不论其粗细如何，都只是承载血流，但不决定血流方向。
但泊肃叶定律适用于刚性管道，实际上血管是柔性的管道系统，有一定的收缩和舒张特性，“管道”的半径是可变的，血流速度也是随着心脏搏动而四维变化的，因此实际上更加复杂。
视频1：可见AVM远端供血动脉栓塞后，远端压强增高，近端血管成为Nidus主供血动脉，流速加快，压强减低，Δp =0，因此这段PICA远端到基底动脉之间的椎动脉内血流停滞，没有明显流动。
02
伯努利定律
泊肃叶定律解决了血流量与压强及管道长度、宽度、粘滞系数之间的关系，可以看出其中并不包括血流速度及能量之间的关系，解决这个问题需要用到伯努利原理。
P+1/2ρv2+ρgh=C
或
P1+1/2ρv12+ρgh1=P2+1/2 v22+ρgh2
P为理想流体中某点的压强、v为流体该点的流速、ρ为流体密度、g为重力加速度、h为该点所在高度、C是一个常量。
伯努利原理的实质是流体的机械能守恒，即动能+重力势能+压力势能=常数。以上是根据能量守恒原理推导出的公式。根据这一原理可以推论出等高流动时，流速越大、压强就越小。
图1：1726年丹尼尔·伯努利实验发现 ：在水流或气流里，如果速度小，压强就大，如果速度大，压强就小。
图2：1797年意大利物理学家文丘里（G.B.Venturi,1746～1822年）通过对变截面管道实验，发现最小截面处速度增大、压强减小（文丘里效应），提出利用这一效应和连续条件测量管道流体流量的收缩扩张型管道，即文丘里管（如图c所示）。其基本原理（如图a、b所示）：对于通过理想不可压缩流体的水平管道，如果在管道中插入一段先收缩后扩张的管段，根据文丘里效应，建立管道收缩前1断面和收缩后2断面之间的伯努利方程，并利用连续性条件，可得管道通过的体积流量Q。
从上图可以看出，在刚性管道中，局部的狭窄并没有影响流量Q，而可以利用局部压强的变化来测定流量Q。同理，局部扩张的管道，会造成流速减慢、压强增高，但与流量Q无关，因此扩大局部管道并不能增加血流量Q。
在脑血管病中，动脉壁内膜掀起引起夹层改变后的血流动力学改变与文丘里管的局部血流加速、压强减低类似。内膜掀起后（如图3），在内膜的内侧（主要血流侧）流速增高，压强减低，而内膜外侧则是低速高压状态，这样可以进一步使内膜掀起（与大风掀起屋顶的流体力学原理相似），形成长段的夹层改变，严重时甚至引起动脉闭塞。
图3
图4：此图颈动脉分叉部的血流线图，暖色表示流速快，冷色表示血流慢，可以看出血流从较粗的颈总动脉流经较细的颈外和颈内远端时，血流均快于颈总，但在流经局部扩大的壶腹部时，血流最慢，并且出现紊流，产生与血流垂直方向的分速度，损耗了部分血流方向上的动能。
接下来通过集中常见疾病的发病机制，分析血流与压强间的关系：
AVF中常见的渐扩管现象表明，血流在逐渐减速，压强在增高，导致瘤体处易破。
AVM的盗血机制表明，畸形团侧分支流速越高，压强越低，分配到的血流就越多。
伯努利原理在AVM Onyx介入治疗中的体现，微导管远端的P3最高，大于近端压强P1，所以Onyx会向近端返流。
搭桥术后可以在ICG flow800图像中清楚地看到伯努利原理所涉及的流速与直径之间地关系。这段静脉有一段与动脉并行，因为压力低，被两边充盈的动脉推挤导致管腔变窄，可见这个狭窄段内血流明显快于两端粗的部分。动脉端，可见局部桥血管远端的受体动脉局部扩张，该扩张段内血流慢于双侧相对狭窄部分的血流。
（未完待续）
徐斌 教授
复旦大学附属华山医院神经外科教授
亚洲澳洲神经外科协会（AASNS）教育委员会共同主席
亚洲神经外科医师协会（ACNS）执委
世界神经外科联盟（WFNS）脑血管病诊疗委员会、教育委员会、伦理委员会委员
意大利海外神经外科导师
多个国家级专业学会委员、多本国际杂志评审专家，长期从事脑血管病的临床医疗及基础研究，尤其擅长缺血性脑血管病及烟雾病的血管吻合手术，已完成颅内外血管搭桥手术近8000例。
