侧向振动对患者特异性前臂及手部动脉系统血流动力学的机制研究：聚焦壁剪切应力(WSS)与反射波现象

这篇研究通过计算流体力学(CFD)模拟，首次揭示了侧向振动如何通过改变壁剪切应力(WSS)和诱发反射波，导致手-臂振动综合征(HAVS)的血流动力学机制。作者基于患者特异性3D模型，发现振动加速度和频率超过阈值时，会引发WSS波动加剧及反射波叠加现象，为振动白指(VWF)的病理机制提供了新的生物力学解释。

　　

Highlight

侧向振动对人类手指血流的即时抑制效应已被证实，但其机制尚未明确。与惰性管道不同，我们提出假说：振动通过破坏血管壁张力与局部血流的反馈机制，导致血流分布异常。这项研究首次发现反射波现象——当振动加速度超过临界值时，反射波从心动周期末端产生并传播，伴随WSS波动幅度和频次增加。振动频率升高还会引发原始波与反射波的相位叠加，这种效应在血管分叉处尤为显著。

Methodology of the study

采用COMSOL Multiphysics软件进行计算流体动力学(CFD)模拟，将侧向振动转化为作用于血管全长的体积力。入口设为速度边界条件，四个出口采用Windkessel模型计算压力。通过四组网格收敛性验证，最终选用误差<1%的96.3万单元网格。

Numerical simulation

基于CT血管造影构建的患者特异性几何模型显示，压力在心动周期初期最低（t?=0时平均压力9322.8 Pa），逐渐升至收缩峰值后回落。WSS波动幅度与振动加速度呈正相关，反射波的出现显著改变了血流动力学模式。

Results and discussion

数据显示：振动加速度增加使WSS波动幅度最高提升47%，波动次数增加2.3倍。频率超过125Hz时，反射波与原始波叠加导致WSS瞬时值突破生理阈值。这种效应通过刺激帕西尼小体(Pacinian corpuscle)加剧病理过程，而血管分叉处的几何特征会优先引发反射波。

Conclusions

本研究首次阐明振动通过双重机制影响血流：1）WSS波动破坏内皮功能，导致平滑肌细胞(SMC)迁移；2）反射波产生机械刺激放大效应。这些发现为制定振动防护标准提供了量化依据，特别是对健身振动设备（最高300Hz）的风险预警具有重要意义。