1、内瘘的病理变化

　　在肢体远端建立AVF会出现血栓形成或成熟不良，几率为20-50％。避免该问题的常规方法是利用超声对肢体血管进行检查，筛选出适合的血管和位置。一般而言，AVF建立后血流的增长依赖很多因素，包括血管地理因素，如血管直径和长度;血管网结构，如静脉侧枝数量和血管数量;毛细血管床的阻力以及吻合口的结构等。

　　Allon和Robbin研究了1977-2002年中动静脉内瘘的手术成功率，发现早期失败率为25％，平均一年原始存活率为70％。影响动静脉内瘘功能的主要问题是狭窄，其来自于内膜的增生。增生机制分为上游事件和下游事件。上游事件包括内皮细胞和平滑肌细胞对刺激和损伤的反应，下游事件包括反应引起的粘附分子，趋化因子和炎症介质的移动，白细胞粘附，平滑肌细胞的迁徙等。

　　在尿毒症患者中，高龄、糖尿病以及肥胖、心血管疾病都会导致血管出现动脉粥样硬化改变，从而使动静脉内瘘手术失败风险增加。因此，患者做瘘之前的血管状态决定了AVF的预后。Allon等人通过对内瘘失败的血管取材研究发现，在AVF手术后就出现了内膜增生情况。当血管内血流动力学作用于内皮细胞感受器和平滑肌细胞后，血管管壁会增厚，通常当血管受到损伤后，动脉会重构，这种重构分为2种，良性重构和非良性重构。

　　Roca-Tey等人通过对患者内瘘血流量测定发现，AVF出现狭窄的主要部位是静脉出口，其次是吻合口部位。而Yong He等人通过利用MRI成像对一名ESRD血液透析患者的内瘘从建立初期进行成像，测速，之后利用CFD进行流体力学分析，发现，AVF随着时间推移，静脉端管腔面积逐渐扩大，而吻合口处静脉面积没有变化，甚至缩小。

　　KDOQI指南指出至少有50％的患者要进行AVF，同时AVF的比例要在40％。评价内瘘成熟的标准尚不统一，目前有两种，一种认为内瘘流量最低能达到350-450ml/min，单次透析能维持3-5小时。另一种认为内瘘建立4个月后内瘘流量最低能达到300ml/min ，并能连续进行8次有效透析治疗。内瘘建立后血流的增加与压力阶差和总血管阻力有关。

　　据统计发现当内瘘建立后，若为挠动脉头静脉吻合，其挠动脉血流量会从平均20ml/min增加至瘘口300ml/min的流量。一周后内瘘流量会增加至539ml/min，而平均剪切力会从5C10dyne/cm2增至24.5dyne/cm2。尽管既往认为血管直径越小，内瘘成功几率越低，但有研究发现即便有时动脉直径为3mm时，内瘘仍有可能失败。

　　Wong等发现内瘘成功率与术后第一天的内瘘血流量有关，而Dixon等人认为动静脉血管扩张以及血流快速增加的几率是决定内瘘成熟的关键因素。而Roy-Chaudhury等人发现适度的血管扩张能有效抑制内膜增生的程度，在没有血管扩张的前提下，即便是微小的内膜增生也会导致内瘘血管狭窄。Tronc等人发现内皮细胞在血流变化刺激下失去内皮细胞特性，导致血管舒张性下降。因此，血管的舒张性而不是直径是导致内瘘成功的决定因素。

　　在内瘘建立三周时，挠动脉血流剪切力明显增加，此时虽然动静脉直径都呈增加趋势，但桡动脉内膜厚度较头静脉变薄，头静脉内膜厚度也有一定程度的减低。内瘘建立一年后发现，头静脉直径持续增加，而桡动脉直径较三周时没有变化;与此同时，桡动脉管壁厚度持续增加，而头静脉管壁厚度没有变化;同时桡动脉内膜厚度也呈增加趋势，而头静脉内膜厚度没有改变。但动静脉内的剪切力较三周时也没有显著改变。

　　通常内瘘成熟失败分三种情况，1动脉扩张失败，主要是由于动脉内皮钙化或外周血管血管疾病;2静脉扩张失败3静脉内膜增生加速，因为内瘘建立后局部低剪切力会诱导内膜增生，同时局部静脉狭窄也会导致内膜增生;此外，手术期间的静脉内膜损伤也会诱导静脉狭窄，从而导致内膜增生。Robbin等人通过对内瘘建立后患者的血管直径连续观察2月发现，静脉内径>10px和内瘘血流量>500ml/min时，95％的患者能满足透析需求。但随着时间延长，这些参数不会继续增加。静脉狭窄和侧枝静脉的出现是导致AVF失败的两个重要因素。而早期应用血管内介入技术可以及时挽救AVF，使之重新开放。

　　2、内瘘的流体力学变化

　　Monica Sigovan等人通过对3名建立动静脉内瘘患者利用MRI数字成像及速度监测系统观察3个月发现，平均剪切力(WSS)在观察期间呈逐渐下降趋势，而端侧吻合患者内瘘剪切力在观察期内无变化。而Sanjay Misra等人通过利用猪进行颈内动静脉吻合PTFE血管移植物，之后利用MRA及MRI技术观察14天，主要测量吻合口出动脉远近端侧、静脉远近端侧的血流，剪切力变化，以及对侧动静脉血流及剪切力改变。研究发现14天时吻合口处剪切力最大，同时出现狭窄，血流速度增加。而吻合口远端动静脉血流低于对照侧动脉血流。

　　Ruben Dammers等人利用B超对16名ESRD患者做瘘前后的动静脉直径进行了观察，并计算剪切力，发现在内瘘建立后第一天，头静脉血流增加明显，但剪切力峰值没有显著变化，考虑此时血流增加与静脉本身扩张有关。在内瘘建立三周时，桡动脉血流剪切力明显增加，此时虽然动静脉直径都呈增加趋势，但桡动脉内膜厚度较头静脉变薄，头静脉内膜厚度也有一定程度的减低。内瘘建立一年后发现，头静脉直径持续增加，而桡动脉直径较三周时没有变化;与此同时，桡动脉管壁厚度持续增加，而头静脉管壁厚度没有变化;同时桡动脉内膜厚度也呈增加趋势，而头静脉内膜厚度没有改变。

　　但动静脉内的剪切力较三周时也没有显著改变。大多数研究计算剪切力时使用泊肃叶公式，但其也有一些弊端，比如说动脉是搏动的，而且血管系统具有扩张性;同时血液的粘滞度以及血流增加的变化都会影响计算的准确性。

　　常规超声测量血管由于忽略各种生理学参数以及脉搏波可能会导致对术前和术后的AVF预后预测不佳。原因有三：1测量的精确性，数据录入和环境参数设置会限制模拟环境与真实环境之间的联系;2模拟的模型忽视了血管自身适应功能和外周血管床的调节作用;3一些物理检测描述无法全面反应出压力和脉搏的扩展。因此需要输入具体的参数，例如血流粘滞系数，脉搏波强度来对流体力学模拟进行校正。AVF建立后，血流量会增加至原来的30倍。AVF一般开始于血液透析之前3月建立。低位内瘘有50％出现成熟困难，主要原因来自于远端肢体缺血和心衰。

　　因此需要利用预测工具在AVF术前对内瘘的位置进行优化选择，同时能对患者进行个体化预测内瘘流量增加情况。一般而言，当内瘘建立后流量大于心输出量的30％就会出现远端肢体缺血和心衰。W. Huberts等人利用建立体外模拟AVF术后血管流量增加的状态来验证实际生理状态下的描述的准确性。

　　Andrea Remuzzi等人通过流体力学模型研究发现，AVF夹角越小，其发生低剪切力的区域就越小。他们还来利用核磁共振成像结合CFD对2名AVF患者术后4周的内瘘进行造影现象，发现实际测得的结果与单纯使用CFD的技术模拟出的结果是相似的，也就证实了CFD可以模拟实际情况。而在导致AVF血管扩张的因素中，峰值剪切力是起主导作用，而不是平均剪切力。

　　因为在AVF建立后4周，峰值剪切力没有改变，而平均剪切力增加了五倍以上。同时Aron S. Bode等人利用计算血流动力学模型对25名病人的血管条件进行模拟，预测AVF建立位置，以及术后血流情况，其符合程度为75％。从一定角度看，计算机血流动力学模拟可以帮助那些年轻医生来对患者血管通路进行术前评估，但仍需大规模随机对照研究进行验证。

　　在建立AVF后48h内就会出现内瘘流量的增加。S. Manini等人利用计算机模拟血流脉搏震动网络数据对患者AVF血管进行模拟估算术后血管直径及血流改变情况，表现出很高的相关性。可以将来为手术方式选择提供帮助，当然还需要对不同手术方式的数据进行拟合。同时这种模拟还可以为进一步探讨内皮细胞功能障碍在内瘘功能不良当中的重要作用提供帮助。该研究由于还能模拟AVF术后动脉直径和血流的不同时间内的变化，因此推测在内瘘近端虽然流量很大，并没有出现内皮细胞明显改变。Hull等人利用CFD模拟建立AVF，并以3mm为基础不断增大动静脉直径来模拟建立内瘘之后的血流量。

　　模型分为侧侧吻合(STS)与端侧吻合(ETS)两种术式。研究发现侧侧吻合与90°的端侧吻合其内部剪切力都存在压力阶差。而当ETS为45°时，压力阶差最低，静脉流出量最低，而剪切力强度为中等水平。而利用CFD来模拟AVF吻合口角度可以有助于手术前对内瘘吻合口进行选择，以避免内膜增生，动脉反流和窃血现象。而在猪模型中也发现，当90°ETS和STS时，如果将动脉长度延长1.5至3倍，静脉流出端血流会增加5到10倍。而在ETS在3°至58°之间时，不会出现动脉反流，动脉血流量会达到900ml/min。

　　计算机模拟血流脉搏波可以计算出现AVF建立后血管分支内的血流量，较3D模型更能具有病人特异性。它能纳入非线性方程来计算横断面面积与压力之间的关系，同时还能计算狭窄处，弯曲处或吻合口处的压力阶差。这种方法要对动脉系统和分支系统的特性参数进行汇总，分成不同的节点，每个节点代表一个动脉系统的部位，其中纳入具体的生理学参数，结合一些数学公式算法，以亮灯的方式模拟计算出该处的压力和血管壁剪切力以及阻力情况，各种节点会自动分析汇总，从而能模拟出一套完整的血管系统血流脉搏情况。

　　再将这一模型应用于临床，提出预测数值，再与临床实际测量的血管参数进行比较，最后再改进模型，从而达到指导临床的目的。但这种方法却忽视了病人本身血管分布地理图，后者对于外科医师规划手术位置非常重要。

　　最近又提出了利用边界理论和速度模式来快速模拟内瘘成熟过程中的血管重构以及血流情况，同时由于筛选出特异性更强的病人个体化参数，使得这种模型更能准确的预测内瘘的成熟及变化。为了验证这一模型在临床工作中的准确性，一项纳入欧洲四个中心的93名血液透析患者的ARCH研究启动，为期2年，其中对每个病人的挠动脉，尺动脉和头静脉的血管直径，血流量进行常规测定，对发生内瘘功能不良的事件进行记录。

　　研究发现，在糖尿病患者中，高位瘘的肱动脉直径在内瘘建立40天后没有明显变化，而低位瘘中的挠动脉直径发生显著变化。而利用计算机模拟预测出的血流变化与实际测量的40天后的血流变化非常接近。而那些遗传和全身性因素不会影响测量的准确性。

　　Anders Koustrup Niemann等人通过对病人的内瘘进行MRI成像，之后利用CFD软件进行模拟，观察不同时期的血管内瘘流速和剪切力变化。他们发现内瘘血管形态与剪切力没有明确相关性，但该模型可以有助于揭示内瘘剪切力与内瘘形态变化之间的关系，同时能有助医护人员更好的理解内瘘并发症的防治。未来还需要利用图像CFD技术来研究模拟血液脉冲流动中血管壁的弹性对AVF内湍流产生的影响机制。