一看題目，您就會說了：什么什么？放不放支架，不是醫(yī)生說了算嗎？怎么跟生物力學也扯上關系了？

看官莫急，看官莫急！淡定，淡定！聽我慢慢道來。

首先看看，支架是干什么用的。

1. 支架是干什么用的？

常常聽一些科研“小鮮肉”們在學術論文和報告中開門見山地說，“隨著人們生活水平的提高，心血管疾病的發(fā)病率越來越高了”。這話一聽就覺得別扭！怎么生活水平提高了，得病的越來越多了？

事實上，心血管疾病發(fā)病率高是因為人的壽命越來越長了，像心血管疾病這樣的退行性病變不可避免地就多了。退行性病變一般是指隨著年齡增長而使身體機能退化引起的疾病。人世間最公平的一件事情就是每個人都會變老、死亡。因此，年老體衰，是自然之“道”?；畹迷嚼?，罹患心血管疾病的風險就越高。

所以呢，前面那句話用科研“老司機”的話可以這么說“隨著人的壽命越來越長，心血管疾病的發(fā)病率越來越高了”。

這是一個小小的序幕。下面說正題。

心血管疾病被公認為是威脅人類生命健康的“頭號殺手”！其中尤以缺血性心臟病最為兇險（圖1），而且這一趨勢還在加劇和惡化。

圖1 全球10大死亡原因排序

醫(yī)學上，缺血性心臟病指：冠狀動脈粥樣硬化使血管腔狹窄或阻塞，或因冠狀動脈痙攣導致心肌缺血、缺氧或壞死而引起的心臟病?！捌^取尾”，缺血性心臟病就是指冠狀動脈粥樣硬化性心臟病，簡稱冠心病。

（1）冠心病是怎么會事兒？

心臟的形狀如一倒置的、前后略扁的圓錐體，或者更形象地說，心臟就像一個桃子，大小跟人的自身拳頭相仿。位于心臟表面、幾乎環(huán)繞心臟一周的動脈，是供給心臟血液的動脈，被稱為冠狀動脈。如將心臟視為一個腦袋，則正好應了那句話——“心頭”。冠狀動脈恰似一頂王冠，扣在“心頭”上，這就是其名稱的由來。冠狀動脈起于主動脈根部，分左右兩支，即左冠狀動脈（又分為左冠回旋支和左冠前降支）和右冠狀動脈，行于心臟表面（圖2）。

圖2 冠狀動脈解剖結構示意圖

冠狀動脈是給心臟提供血液灌注的動脈，也就是給心肌提供營養(yǎng)物質的輸送管道。心肌這一塊“心田”的灌溉，需要左、右冠狀動脈這兩根血管來暢通地輸送營養(yǎng)。冠狀動脈這么重要的管道，卻是動脈粥樣硬化的好發(fā)部位。具體原因請查閱我的微信公眾號文章：“三十年河東三十年河西”與血液循環(huán)系統(tǒng)。

一旦發(fā)生冠心病，那么粥樣硬化斑塊就會堵塞血管，造成血管狹窄，結果是冠脈狹窄部位下游經毛細血管網灌注的心肌，就會因為得不到足夠的血液灌注而造成心肌缺血、缺氧、壞死（即心肌梗死，圖3）。相應的心肌就失去了收縮和舒張的功能，心臟跳動自然就乏力，進而引起心衰、猝死等嚴重后果！

圖3 冠心病引起心肌梗死

這就好比是農田的滴灌灌溉一樣。如果把進水口的閥門關小，那么水流量就會減小，下游的灌溉區(qū)就會缺水，禾苗就會枯死（圖4）。

圖4 農田滴灌灌溉示意圖

由此可見，冠心病，真要命！更為可怕的是，冠心病往往是靜悄悄地發(fā)生的；很多患者都沒有明顯的感覺，然而一旦引起心梗則還未來得及送醫(yī)院就不治而亡了！——悄悄地我走了，正如你悄悄地來；轉眼間撒手人寰，不帶走一點錢財……

（2）支架是干什么用的？

血管狹窄了，就類似于河道中的河岸塌方潰壩、堵塞了河道。

河道堵塞了，怎么辦呢？工程上常采用網架結構來構筑河岸護坡，加固河岸，保持河道暢通（圖5）。

圖5 河道塌方后，構筑河岸護坡

那么工程上采用的方法能否引用到血管狹窄堵塞的治療呢？

答案是肯定的。血管支架就是利用了工程技術方案來對狹窄血管進行重塑的。

血管支架是指在管腔球囊擴張成形的基礎上，在血管狹窄病變段置入內支架以達到支撐狹窄閉塞段血管、減少血管彈性回縮及再塑形、保持管腔血流通暢的目的（圖6）。

圖6 支架釋放過程

血管支架介入治療屬于微創(chuàng)手術。它不需要像傳統(tǒng)的外科手術那樣“開膛破肚”，而是在皮膚淺表動脈處穿個“針眼”，然后順著血管上行，把支架送到冠狀動脈病變部位。因此，被稱為經皮冠脈介入術（percutaneous coronary intervention，PCI）。用通俗的話來說就是，放個支架。

人體的血管是通向心臟的天然通道，而介入手術就是沿著血管“逆流而上”進入心臟來完成的。

最常見的穿刺部位是選擇手腕上的橈動脈或者大腿內側的股動脈（圖7）。這個進針口，就是這項手術唯一的體表傷口了。

圖7 股動脈穿刺

選好穿刺口后，就順著穿刺針放進導絲、導管、鞘管，將血管撐出一個通道。金屬支架包裹在一個球囊表面，并被壓握成很細的形狀。順著通道，醫(yī)生將支架和球囊推送到病變部位的血管；用大約 10 倍大氣壓的壓力對球囊充氣，將金屬支架撐開；然后球囊泄壓撤出，將支架滯留在了血管內（圖8）。

圖8 支架介入治療

這種支架，一旦安放好便一直保持此形狀，永久性地支撐住狹窄部位。就好比河道的護坡一樣，血管支架加固了血管這個河道，并擴張了血管腔，使其中的血流通暢，從而恢復下游心肌的血液灌注。狹窄血管被擴張開，就好比圖4中的灌溉系統(tǒng)的進水口閥門被打開了一樣，下游的灌溉區(qū)得到了充分的澆灌。

實際上，上述過程經常是一個爭分奪秒的過程?；颊咭呀洶l(fā)生心肌梗死，病情危重，送醫(yī)急診，能否最快時間開通梗阻的血管，是挽救生命健康的關鍵。支架介入術從鬼門關里救回來了無數鮮活的生命。

冠脈支架介入術的優(yōu)點是創(chuàng)傷小，恢復快，適用于病變相對簡單的冠心病患者，以及急性心肌梗死患者的急救治療。冠脈支架介入術的缺點是狹窄復發(fā)風險高，對于病情嚴重、病變復雜的冠心病患者治療效果相對有限。

無論如何，冠脈支架介入術因其明顯的優(yōu)勢而已經被全世界醫(yī)生和患者所廣泛接受。已知在一個患者體內放置了支架最多的是一個美國的患者，他一共放了67個支架，被“譽為”支架介入治療界的“鋼鐵俠”。

既然支架介入治療優(yōu)勢明顯，廣為流行，那么為什么在各種媒體和傳言中總是有一些質疑的聲音呢？支架，放還是不放？

2. 支架，放還是不放？這是個生物力學問題

在這里，我們不去剖析醫(yī)生和患者對此問題的心理和認知反應等主觀因素，我們僅僅從科學的角度來剖析其背后的本質問題。

血管狹窄了，要不要放支架呢？

這個問題是有專家共識和標準答案的。

冠脈造影及血管內超聲（IVUS）一直被認為是診斷冠心病的“金標準”，但是這兩種方法只能對狹窄程度進行影像學評價，而狹窄對于遠端血流是否產生影響（功能性評價）不得而知。也就是說，利用醫(yī)學影像學來評價血管狹窄的嚴重程度，也就是用血管狹窄率來評價冠脈狹窄，這是形態(tài)學的評價方法。狹窄到底在多大程度上影響了下游心肌的血液灌注、造成多么嚴重的心肌缺血，這是功能學的評價方法。

利用血管造影數據，可以觀測到血管狹窄程度。直徑狹窄50%的病變通常被認為需要進行血管重建，也就是需要放支架。但是，大量研究表明：血管造影狹窄率在50%~70%的情況下，會有1/3的缺血病人被忽略而沒有放支架——耽誤治療，引發(fā)不良事件；血管造影狹窄率大于70%的情況下，僅憑造影診斷結果會有1/5的沒有缺血的病人被放了支架——過度治療，浪費醫(yī)患資源。由此可見，僅僅憑形態(tài)學的指標會造成很多誤診。

為什么是這樣子呢？這主要與心肌缺血的影響因素有關。心肌是否缺血不僅僅與血管狹窄程度有關，而且還與心肌重構、灌注面積、多分支/多處病變、心肌血流量等諸多因素有關。比如說，狹窄率大的病變而下游心肌不缺血，可能是因為存在側枝循環(huán)，代償了狹窄病變的低灌注（也就是說狹窄病變旁邊的其他血管為狹窄下游的心肌提供了血液灌注）；若狹窄小的病變下游心肌反而缺血，則可能是心肌組織的微循環(huán)障礙導致的。因此，僅憑狹窄率的形態(tài)學指標判斷，并不能確定支架放還是不放。

很顯然，僅從直觀的感覺也能理解，功能學的評價方法應該是更客觀的。

冠狀動脈血流儲備分數(fractional flow reserve, FFR)已經成為冠脈狹窄功能性評價的公認指標，目前成為評價心肌缺血的“金標準”。

（1）什么是FFR？

FFR是指在冠狀動脈存在狹窄病變的情況下、該血管所供心肌區(qū)域能獲得的最大血流量Qsmax與同一區(qū)域理論上正常無狹窄情況下所能獲得的最大血流量QNmax之比：FFR=Qsmax/QNmax。

這個定義在理論上是嚴謹的，但在實際上是不可行的。一個人的一段冠脈不可能既是病變有狹窄的、又是正常無狹窄的，因此Qsmax和QNmax這兩個流量無法同時測得。

在臨床上，實際使用的FFR測量和計算方法是，冠狀動脈狹窄部位下游的壓力Pd與狹窄部位上游的壓力Pa的比值：FFR=Pd/Pa。這樣就很容易利用壓力導絲分別來測量狹窄病變上、下游的這兩個壓力（圖9）。這樣得到的FFR值，近似等于上面定義中的FFR值（具體推導過程是參考了電路知識里面的歐姆定律，這里不再展開講解）。同時，這項技術操作簡單易行，有很高的重復性。因此，它是可靠、客觀、準確的。

圖9 壓力導絲測量狹窄上、下游壓力

對于沒有狹窄病變的冠脈，FFR的理論值為1。對于存在狹窄病變的冠脈，所有FFR<0.75的病變均可誘發(fā)心肌缺血；而FFR>0.80病變，90%以上的不會誘發(fā)心肌缺血。對FFR<0.75的病變進行支架介入治療，可明顯改善患者的長期預后；而FFR≥0.75的病變不能從支架介入治療中獲益。一般選擇FFR=0.75~0.8作為臨界值，如果FFR比臨界值大（>0.8），則提示此處狹窄病變沒有實際意義，為藥物治療的指證，無需放支架；如果FFR比臨界值?。?lt;0.75），則提示病變需要處理，宜行血運重建、放支架；而FFR=0.75~0.8，為灰色地帶，醫(yī)生可綜合患者的臨床情況及血管供血的重要性決定是否進行血運重建。這就是FFR這個功能性“心肌缺血”評價指標的專家共識和“金標準”。

如果因為FFR是由兩個壓力比值求得的，就說放不放支架是個生物力學問題，那就太簡單啦！

（2）支架，放還是不放？為什么是個生物力學問題？

根據FFR的計算方法，我們進一步分析一下FFR的物理意義。如圖10所示，仿照電路知識中的歐姆定律，FFR的計算可以用Rm/(Rm+Rs)來表示。該式中，Rm表示狹窄下游灌注心肌的微循環(huán)阻力；Rs表示狹窄部分的血液流動阻力；那么Rm+Rs表示總的阻力。

圖10 FFR的物理意義推演過程

FFR=Rm/(Rm+Rs)就是計算微循環(huán)阻力占總阻力的比例大小；在物理本質上就是比較狹窄流動阻力與微循環(huán)阻力的相對大小。這兩個阻力，從宏觀上來說，與血液流變學、血流動力學有關；從微觀上來說，與對流、擴散、滲透壓、細胞分子生物力學有關。如果正本清源、追根溯源，那么歸根到底還是與“生物力學的兩個核心問題”有關：本構關系和應力-生長關系。這里點到為止，有興趣的同學可以參考我的微信公眾號文章**“**生物力學的兩個核心問題”。由此可見，FFR確實是個不折不扣的生物力學問題。

FFR<0.75，就表示狹窄部分的血液流動阻力Rs對下游心肌缺血的貢獻較大，這時候放不放支架治療狹窄，就有較大差別，所以專家共識就是“放支架”；因為放支架之后，血液流動阻力Rs就會明顯減小，從而FFR可以明顯提高，這意味著心肌缺血的狀況會得到明顯改善。

FFR=0.8時，微循環(huán)阻力占總阻力的80%，狹窄阻力占總阻力的20%，Rs=0.25Rm。在此情況下，總的阻力Rs+Rm=1.25Rm。如果放支架后狹窄直徑擴大1倍，那么依據Poisueille定律知道流動阻力與管徑的4次方成反比，此時狹窄阻力為Rs=0.25Rm/16=0.015625Rm。在此情況下，總的阻力Rs+Rm=1.015625Rm，放支架前后的變化率18.75%。

FFR=0.6時，微循環(huán)阻力占總阻力的60%，狹窄阻力占總阻力的40%，Rs=0.67Rm。在此情況下，總的阻力Rs+Rm=1.67Rm。如果放支架后狹窄直徑擴大1倍，那么此時狹窄阻力為Rs=0.67Rm/16=0.041875Rm。在此情況下，總的阻力Rs+Rm=1.041875Rm，放支架前后的變化率37.61%。是上述FFR=0.8情況時的約2倍，改善效果明顯。

FFR>0.8，就表示狹窄部分的血液流動阻力Rs對下游心肌缺血的貢獻不大，這時候放不放支架治療狹窄，沒有多大差別，所以專家共識就是“不放支架”；因為放支架之后，血液流動阻力Rs就算明顯減小，也不會導致FFR的明顯提高。

再通過比較狹窄流動阻力與微循環(huán)阻力的相對大小來解釋一下其中的道理。如果心肌缺血是因為狹窄流動阻力造成的，那么說明狹窄流動阻力對心肌缺血的影響大；這時候就需要放支架治療狹窄。如果心肌缺血不是狹窄流動阻力造成的，而是由微循環(huán)阻力造成的，那么說明放不放支架是無關緊要的，放支架也解決不了微循環(huán)阻力的問題。也就是說，打開心肌缺血這把“鎖”的“鑰匙”應該是微循環(huán)而不是狹窄病變。否則就是舍本求末、緣木求魚、治標不治本、吃苦不討好啦！

如果拿前面圖4的滴灌系統(tǒng)打比方的話，那就更容易理解。滴灌系統(tǒng)失效，如果是因為閥門沒有打開，那么將閥門打開就會明顯解決問題；如果是閥門下游的微循環(huán)系統(tǒng)出了問題，那么打開閥門也于事無補。這就是閥門是否需要進一步打開（放不放支架）的判據。

這么顛來倒去地說，諸位應該理解了：為什么說“支架，放還是不放？這是個生物力學問題”。這與造成心肌缺血的阻力來自哪里有直接的關系。

那么，馬上問題就來了：為什么很多支架介入治療手術并沒有測量FFR、進行功能學評價，而是依舊采用傳統(tǒng)的血管造影形態(tài)學評價呢？

數據顯示，FFR在全球范圍內的患者應用率大約為6%~8%。在發(fā)達國家，FFR的應用已經較為廣泛。英國的應用比例為18%，美國的應用比例達到30.8%。而截止目前，FFR在中國的應用比例還不到1%。FFR應用率在中國不高。一方面是因為市場教育不到位，操作難度較高；另一方面原因則是FFR壓力導絲由海外兩大巨頭公司壟斷，價格也非常昂貴，醫(yī)院終端價格大致在1~2萬元左右，太貴啦！當然，還有其他許多復雜的原因，包括醫(yī)生和患者的主觀意愿、危重型急性心?；颊叩木o急搶救時間等。

3. 小結

支架，放還是不放，這是個生物力學問題。從理論機制來說，是否放支架需要評價狹窄流動阻力與微循環(huán)阻力的相對大小。從臨床醫(yī)學來說，是否放支架需要預判支架放進去之后的治療效果。生物力學的基礎知識和臨床醫(yī)學的實際應用是相輔相成的，我們的共同目標是：精準治療，造福人類。

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支架，放還是不放？這是個生物力學問題