病変の場所は、なぜ偏るのか

同じ血液が、同じ濃度のコレステロールを含んで全身をめぐっています。それなのに、動脈硬化のプラークができる場所は大きく偏っています。

好発部位として繰り返し挙がるのは、分岐部、湾曲部、頸動脈分岐、大動脈弓の内彎、冠動脈の分岐、大動脈弁の大動脈側です。逆に、下行胸部大動脈や腹部大動脈のまっすぐな部分は比較的免れます（Chiu と Chien の総説¹）。この偏りはヒトの自然経過でも成り立っていて、偶然の散らばりではありません。

直管と湾曲管における流れの違い

まず、血管の中で流れがどうなっているかを見てください。下の図は大動脈弓を模した理想形状で、粒子が流れる様子を立体で表示しています。ドラッグして回すと、管の中の流れが一様ではないことが分かります。

管がまっすぐなら、流れは断面の中心を軸に整った層をなして進みます。曲がると、遠心力で速い流れが外側に押しやられ、内側では流れが遅くなります。分岐すれば、分かれ目の向こう側で流れが壁から剥がれ、渦ができて、行き先を失った流れが往復します。

この状態を 擾乱流（disturbed flow）と呼びます。空間的には剥離と再付着を伴い、時間的には向きが往復します。まっすぐな区間では起きません。

ここで用語を分けておきます。擾乱流は、流体力学でいう乱流（turbulent flow）とは別の概念です。 擾乱流は「一方向に定まらず、再循環と往復を含む複雑な流れ」を指します。乱流は「速度が不規則に変動し、大小の渦を含む状態」を指します。分岐部の擾乱流が乱流であるとは限らず、逆に狭窄後方の乱流は擾乱流とも呼ばれます。以降、内皮への作用を論じる場面では擾乱流、渦とエネルギー散逸を論じる場面では乱流と書き分けます。乱流の判定は 5-2第5章で扱います。

4D Flow MRI で観察した大動脈弓の流線

いまのは理想形状の模型でした。実際に人の大動脈を測ると、どう見えるのでしょうか。下は健常ボランティアの 4D Flow MRI から起こした流線です。同じように回して見られます。

模型との違いが二つ目につきます。ひとつは、流れがまっすぐ進んでいないことです。弓部では流れが螺旋を描きます。健常でも起きる現象で、異常ではありません。もうひとつは、分枝があることです。腕頭動脈から左鎖骨下動脈にかけての枝が、弓部の流れを乱します。

第1章の残りでは、この「流れの偏り」を数値にする方法を組み立てます。

好発部位の分布と擾乱流の分布の一致

ここで病変の好発部位をもう一度見てください。分岐部、湾曲部、大動脈弓の内彎は、いずれも擾乱流が生じる場所です。

この重なりが、循環器に流体力学が入ってきた出発点です。全身の因子（血圧、脂質、喫煙）は「動脈硬化になりやすいかどうか」を決めますが、「どこになるか」は決めません。場所を決めているのは局所の流れではないか、という発想です。

もっとも、二つの地図が重なることは、因果を証明しません。次に必要なものは二つあります。ひとつは 1-2擾乱流を数値で表す方法であり、もうひとつは 1-4壁の側にそれを感じ取る仕組みがあるという確認です。

順に見ていきます。