Turbulenzen kennen die meisten aus der Luftfahrt: Bestimmte Windverhältnisse sorgen für einen holprigen Passagierflug. Aber auch innerhalb menschlicher Gefäße kann der Blutfluss turbulent sein. Turbulenzen können auftreten, wenn das Blut entlang von Gefäßkrümmungen oder -kanten fließt und dabei die Fließgeschwindigkeit abrupt ändert. Eine turbulente Blutströmung erzeugt zusätzliche Kräfte, welche die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Blutgerinnseln erhöhen können. Diese Gerinnsel wachsen langsam an, bis sie vom Blutstrom mitgerissen werden und zum Beispiel einen Schlaganfall verursachen können, indem sie eine Arterie im Gehirn verschließen.
Menschen mit künstlicher Herzklappe haben ein erhöhtes Risiko für solche Gerinnselbildung. Dies ist aus der Beobachtung von Patienten nach der Implantation einer künstlichen Klappe bekannt.
Insbesondere trifft das bei Personen mit mechanischen Herzklappen zu, die deshalb täglich Blutverdünner erhalten, um einem Hirnschlag vorzubeugen. Unklar war jedoch bislang, warum mechanische Herzklappen die Gerinnselbildung weitaus stärker fördern als andere Klappentypen, zum Beispiel biologische Herzklappen aus tierischem Gewebe.
Blutgerinnsel durch mechanische Herzklappe
Zwei Ingenieure der Cardiovascular Engineering Gruppe am Artorg Center for Biomedical Engineering Research der Universität Bern in der Schweiz ist es nun gelungen, einen Mechanismus zu identifizieren, der wesentlich zur Gerinnselbildung beitragen kann. Dazu verwendeten sie komplexe mathematische Methoden der hydrodynamischen Stabilitätstheorie, einem Untergebiet der Strömungsmechanik, das schon seit vielen Jahrzehnten erfolgreich zur Entwicklung treibstoffeffizienter Flugzeuge eingesetzt wird.
Diese zeigen, dass die aktuelle Form der Ventilflügel der Herzklappe zu starker Turbulenz im Blutstrom führt. „Mit Hilfe von Supercomputern konnten wir eine Ursache für die Turbulenz in diesen Herzklappen aufspüren und mittels hydrodynamischer Stabilitätstheorie eine technische Lösung dafür finden“, erklärt Hadi Zolfaghari, Erstautor der Studie.
Es zeigte sich, dass bereits ein leicht abgeändertes Design der Ventilflügel das Blut fließen lässt, ohne Instabilitäten zu erzeugen, die zu Turbulenz führen – also ähnlich wie bei einem gesunden Herzen. Ein solcher turbulenzfreier Blutfluss würde die Neigung zu Gerinnselbildung und Hirnschlag deutlich verringern. Menschen mit künstlicher Herzklappe könnte damit die lebenslange Einnahme von Blutverdünner erspart bleiben.
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https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.4.123901
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