De bloedstroom in het menselijk lichaam wordt algemeen verondersteld soepel te zijn vanwege de lage snelheid en hoge viscositeit. Onstabiliteit in de bloedstroom is gekoppeld aan verschillende hart- en vaatziekten en het is aangetoond dat het disfunctie en ontsteking in de binnenste laag van bloedvaten bevordert, het endotheel. Beurtelings, dit kan leiden tot de ontwikkeling van arteriosclerose - een belangrijke doodsoorzaak wereldwijd - waarbij arteriële paden in het lichaam vernauwen als gevolg van de opbouw van plaque. Echter, de bron van deze onvastheid wordt niet goed begrepen. Nutsvoorzieningen, IST Oostenrijk professor Björn Hof, samen met een internationaal team van onderzoekers, heeft aangetoond dat pulserend bloed stroomt, zoals die uit ons hart, sterk reageren op geometrische onregelmatigheden in bloedvaten (zoals de opbouw van plaque) en veel hogere snelheidsfluctuaties veroorzaken dan eerder werd verwacht. Het onderzoek zou implicaties kunnen hebben voor de manier waarop we in de toekomst bloedstroomgerelateerde ziekten bestuderen.

"In dit project, we wilden onderzoeken of recente inzichten over de oorsprong van turbulentie in leidingstroming licht kunnen werpen op instabiliteiten in pulserende stromingen en op cardiovasculaire stroming in bloedvaten, " zegt Hof. "Onze resultaten geven aan dat een voorheen onbekend mechanisme turbulentie kan veroorzaken in pulserende stromen in het menselijk lichaam bij lagere stroomsnelheden dan eerder werd gedacht."

Waarom is turbulente bloedstroom gevaarlijk voor de gezondheid?

De binnenwand van een bloedvat, het endotheel, is erg gevoelig voor een kracht die bekend staat als 'schuifspanning' die, in dit geval, verwijst naar de wrijving die wordt veroorzaakt door de bloedstroom aan de binnenkant van een bloedvat. Normaal gesproken, de cellen in het endotheel zijn aangepast aan relatief constante stroomsnelheden in één richting. Echter, als er turbulentie in het vat ontstaat (bijv. vanwege een geometrische onregelmatigheid), de stroom wordt multidirectioneel en resulteert in veranderende schuifspanningskrachten op het endotheel. Dergelijke stressfluctuaties kunnen cellulaire disfunctie veroorzaken, ontsteking van het endotheel en, op de lange termijn, arteriosclerose.

Turbulentie in de bloedstroom modelleren

Het team heeft zowel experimenteel als theoretisch bewezen, dat bloedvaten met geometrische onregelmatigheden waarschijnlijk meer turbulentie veroorzaken dan eerder werd gedacht. In hun experimenten, die werden uitgevoerd bij IST Oostenrijk, teamlid Dr. Atul Varshney kon aantonen dat, wanneer de pulserende bloedstroom vertraagt ​​(bijv. tussen hartslagen), turbulentie is ontstaan, vooral in gebieden met geometrische onregelmatigheden. Toen de stroom weer op gang kwam, zoals met het kloppen van een hart, het werd glad en turbulentievrij (ook wel bekend als laminaire stroming). Dit betekent dat als een bloedvat niet ideaal gevormd is of geometrische onregelmatigheden heeft, meer turbulente stroming zal waarschijnlijk optreden bij elke pulscyclus of hartslag. Het onderzoek kan belangrijke gevolgen hebben voor de manier waarop de medische gemeenschap de bloedstroom modelleert, vooral in grote bloedvaten zoals de aorta.

Hof concludeert:"Het is verbazingwekkend dat deze instabiliteit in eerdere studies over het hoofd is gezien. We vermoeden, ook vanwege de complexe samenstelling van bloed, dat er mogelijk andere mechanismen zijn die turbulentie in de cardiovasculaire stroom kunnen veroorzaken bij nog lagere snelheden. Net als in de huidige studie, ons toekomstige werk zal ook gericht zijn op het identificeren van fundamentele mechanismen die relevant zijn voor andere gebieden zoals geneeskunde."