膽道良性疾病發(fā)病機制中膽道力學(xué)改變意義及應(yīng)用2026膽道良性疾病病情復(fù)雜、易反復(fù)發(fā)作，若未得到有效干預(yù)，可繼發(fā)膽道梗阻、感染、膽汁性肝硬化、腫瘤甚至肝功能衰竭，嚴(yán)重影響病人生活質(zhì)量，并帶來沉重的社會經(jīng)濟負擔(dān)［1-4］。其中，肝膽管結(jié)石術(shù)后高復(fù)發(fā)率是當(dāng)前膽道外科面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)［5］。因此，深入探討其發(fā)病機制，對改善預(yù)后、降低復(fù)發(fā)風(fēng)險具有重要意義。傳統(tǒng)上，膽道系統(tǒng)多被視為被動的輸送管道。而現(xiàn)代研究結(jié)果揭示，膽道系統(tǒng)是一個高度協(xié)同的“泵-管-閥”水力系統(tǒng)，涵蓋流體力學(xué)與固體力學(xué)兩大特性［6］。膽道結(jié)構(gòu)、膽汁成分及其力學(xué)性質(zhì)的改變，直接影響膽汁的正常流動，誘發(fā)一系列病理生理反應(yīng)［7］。膽道力學(xué)變化不僅是疾病的表現(xiàn)，更是推動其發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著影像學(xué)、計算模擬等技術(shù)的進步，生物力學(xué)領(lǐng)域研究不斷深入［8］。本文系統(tǒng)闡述膽道力學(xué)在良性疾病發(fā)病機制中的作用，并展望其在臨床診療中的應(yīng)用前景。1道良性疾病中的固體力學(xué)

膽道幾何特征

膽道系統(tǒng)的三維構(gòu)型是決定膽汁流動的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。從肝內(nèi)毛細膽管起始，經(jīng)多級“Y”形匯合形成左右肝管，最終構(gòu)成肝外膽道。該匯流式分支網(wǎng)絡(luò)在分岔處易產(chǎn)生流體擾動，促進成石物質(zhì)沉積。肝內(nèi)膽管系統(tǒng)具有明顯的幾何不對稱性，左肝管水平走向較長、管徑較大，而左肝體積相對較小，共同導(dǎo)致該區(qū)域膽汁更易滯留，為左肝內(nèi)膽管結(jié)石高發(fā)（狹窄占57.9%）提供了解剖學(xué)依據(jù)［9-10］。

膽管狹窄是常見的幾何變異，發(fā)生率達42.0%~75.0%，顯著改變局部流場特征［11］。狹窄上游因流阻增加導(dǎo)致壓力升高與膽汁淤積；狹窄喉部流速劇增，膽管壁剪切力升高；狹窄下游則因流速驟降形成渦流與環(huán)流，降低顆粒輸運能力，促進膽固醇結(jié)晶等沉積［12］。體外流體模擬實驗結(jié)果證實，此類幾何結(jié)構(gòu)變化直接影響流速與壓力分布。

外科手術(shù)也顯著改變膽道幾何結(jié)構(gòu)。膽囊切除術(shù)后，膽總管雖代償性擴張，但緩沖能力有限；膽腸吻合術(shù)后2.6%~11.9%發(fā)生吻合口狹窄，形成新的幾何狹窄，擾亂膽汁流動，增加反流性膽管炎與結(jié)石復(fù)發(fā)風(fēng)險［13］。上述現(xiàn)象凸顯膽道幾何結(jié)構(gòu)在維持正常流體環(huán)境中的核心作用。1.2

Oddi括約肌

Oddi括約?。╯phincterofOddi，SO）作為膽胰系統(tǒng)末端的特異性平滑肌結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)膽汁與胰液排放，對維持膽道系統(tǒng)流體力學(xué)平衡至關(guān)重要［14］。生理狀態(tài)下，SO周期性收縮與舒張維持膽總管基礎(chǔ)壓力于10~15mmHg（1mmHg=0.133kPa），有效阻止十二指腸內(nèi)容物反流，并在進食后協(xié)調(diào)松弛以介導(dǎo)膽汁排放［15］。

SO功能障礙（SphincterofOddidysfunction，SOD）可分為痙攣型、狹窄型及開放延遲型，均導(dǎo)致流出阻力增加、膽道壓力升高及流體動力學(xué)異常。從力學(xué)角度看，SO高壓促使膽汁由層流向湍流轉(zhuǎn)變，壁剪切力分布紊亂，進而誘發(fā)黏液糖蛋白過度分泌與膽管上皮機械損傷，形成微結(jié)石生成的病理微環(huán)境［12］。而在膽囊切除術(shù)后，SO失去膽囊的緩沖與神經(jīng)體液協(xié)同調(diào)節(jié)，更易發(fā)生功能紊亂，成為“膽囊切除術(shù)后綜合征”及肝內(nèi)膽管結(jié)石復(fù)發(fā)的重要機制［12-14］。

臨床上，內(nèi)鏡下Oddi括約肌壓力測定（sphincterofOddimanometry，SOM）是評估SO基礎(chǔ)壓力與收縮特征的標(biāo)志性手段。對明確SO高壓者，內(nèi)鏡下括約肌切開術(shù)（endoscopicsphincterotomy，EST）可有效降低流出阻力，但可能造成括約肌結(jié)構(gòu)永久性損傷，增加十二指腸液反流與反復(fù)膽管炎風(fēng)險。因此，治療決策需兼顧流體力學(xué)改善與長期功能保全［1,15］。1.3

膽囊與膽總管力學(xué)特性

膽囊與膽管構(gòu)成膽汁儲存與輸送的功能單元，其力學(xué)行為遵循生物軟組織規(guī)律，可從壓力-容積關(guān)系、長度-張力特性、應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)及零應(yīng)力狀態(tài)等角度理解其力學(xué)特性。膽囊具備高順應(yīng)性（約0.77mL/mmHg），可在基礎(chǔ)狀態(tài)下容納大量膽汁而壓力上升有限；餐后順應(yīng)性降至0.34~0.38mL/mmHg，壁體趨于“硬化”以提升排空效率。壓力-容積曲線滯后現(xiàn)象揭示其黏彈性特質(zhì)，源于平滑肌與膠原/彈性蛋白基質(zhì)的能量耗散。膽管應(yīng)力-應(yīng)變呈非線性“J”形曲線，具備低應(yīng)變時高順應(yīng)性與高應(yīng)變下剛度增強特性，適應(yīng)不同壓力負荷。

同時膽囊肌條實驗結(jié)果顯示，其主動張力在特定初長度達峰值，被動張力隨拉伸單調(diào)上升，提示存在最佳充盈狀態(tài)以實現(xiàn)高效收縮。區(qū)域差異（如膽囊體部強于頸部）影響整體蠕動協(xié)調(diào)性。膽管雖無主動收縮能力，其應(yīng)變剛度源于膠原與彈性纖維的排列與重排。膽管在無載荷狀態(tài)下并非零應(yīng)力狀態(tài)。徑向切開后呈現(xiàn)的扇形張開表明其壁內(nèi)存在殘余應(yīng)力，該狀態(tài)可優(yōu)化管壁在承壓時的應(yīng)力分布，避免局部損傷。忽略零應(yīng)力狀態(tài)將導(dǎo)致對應(yīng)變估計的顯著偏差。有研究結(jié)果表明，膽囊與膽管系統(tǒng)均表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)與力學(xué)的區(qū)域異質(zhì)性。膽囊不同部位肌條的收縮力與敏感性不同；膽道系統(tǒng)自膽總管至肝內(nèi)膽管，彈性模量逐級遞減，反映各節(jié)段在功能需求上的力學(xué)適應(yīng)［16］。

慢性炎癥、膽結(jié)石或膽道梗阻可致顯著力學(xué)重塑。膽囊炎癥時膠原沉積與纖維化導(dǎo)致順應(yīng)性下降與收縮功能障礙，表現(xiàn)為排空障礙與疼痛。膽管梗阻后早期擴張并“軟化”，后期因膠原沉積與交聯(lián)顯著“硬化”，呈現(xiàn)纖維化力學(xué)特征［17］。缺血損傷可致上皮壞死與纖維增生，進一步增加壁體剛度，影響手術(shù)愈合［16］。2膽道良性疾病中的流體力學(xué)2.1

膽汁成分改變對流體力學(xué)的影響

膽汁的流體力學(xué)特性不僅受解剖結(jié)構(gòu)影響，更與其化學(xué)成分密切相關(guān)。正常膽汁為膠體溶液，成分平衡維持低黏度與良好流動性；一旦失衡，流變學(xué)性質(zhì)顯著改變，成為膽石形成與疾病進展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

膽汁黏度作為核心流變參數(shù)，受膽固醇、膽汁酸、磷脂及黏液糖蛋白4類物質(zhì)調(diào)控。膽固醇過飽和析出晶體，通過顆粒懸浮效應(yīng)提升黏度，使膽汁由牛頓流體轉(zhuǎn)為具有剪切稀化特性的非牛頓流體，加劇低流速區(qū)淤積與晶體聚集［18］。膽汁酸與磷脂形成混合膠束，維持膽固醇溶解并作為內(nèi)源性表面活性劑降低內(nèi)摩擦阻力；比例失調(diào)或濃度降低時，減阻效應(yīng)減弱，黏度升高［1］。炎癥狀態(tài)下，黏液糖蛋白形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，捕獲水分提高黏度指數(shù)，包裹晶體及顆粒形成生物凝膠，顯著增加屈服應(yīng)力，損害流動性［19］。

膽汁成分與流體異常形成自我強化惡性循環(huán)，尤見于膽囊結(jié)石形成。始動環(huán)節(jié)為膽固醇過飽和或感染致黏度升高；流動惡化致流速減慢，形成死區(qū)與渦流，加劇淤積；淤積區(qū)水分重吸收使膽汁濃縮，成石成分飽和度升高，炎癥加重刺激黏液分泌；黏度進一步攀升，流動性更差，循環(huán)往復(fù)，終致結(jié)石形成。有研究結(jié)果表明，膽石病病人膽汁在低剪切率下表現(xiàn)為黏度顯著高于正常人，為惡性循環(huán)的流變學(xué)體現(xiàn)［13］。

作為面部兩親性分子，膽汁酸能在油水界面自發(fā)排列，降低界面張力，影響膠體溶液穩(wěn)定性［20］。其自組裝形成混合膠束的能力是維持膽固醇溶解、防止結(jié)晶析出的核心機制［21］。膽汁酸鹽濃度還影響滲透壓，調(diào)控膽管與膽囊對水分的重吸收，間接影響膽汁濃縮程度與流動性［22］。2.2

流體動力學(xué)改變對膽石的影響

肝內(nèi)膽管結(jié)石與膽道結(jié)構(gòu)性狹窄及其引發(fā)的流體動力學(xué)異常密切相關(guān)。狹窄發(fā)生率達42.0%~75.0%，顯著改變膽汁流動：狹窄入口前及出口后形成淤滯區(qū)，喉部流速劇增，下游產(chǎn)生渦流與環(huán)流，破壞層流，降低顆粒攜帶能力，促進成核物質(zhì)沉積。狹窄致流阻增加，上游膽管壓力升高加劇淤積。計算流體動力學(xué)（computationalfluiddynamics，CFD）模擬結(jié)果顯示，狹窄喉部高壁剪切力可損傷上皮，上游低剪切力環(huán)境則促進黏蛋白分泌，共同構(gòu)成結(jié)石形成的微環(huán)境［23］。左肝管因幾何特性更易發(fā)生膽汁滯留，解釋其結(jié)石高發(fā)［9］。膽囊切除術(shù)后，膽汁黏度因缺乏膽囊濃縮作用而降低，但肝管及膽總管壓力因膽囊緩沖功能喪失及SO協(xié)調(diào)運動失衡而顯著升高［13］，該“低黏度、高壓力”狀態(tài)通過多重力學(xué)機制共同促進結(jié)石復(fù)發(fā)：一方面，低黏度膽汁對微結(jié)石和膽固醇結(jié)晶的懸浮與包裹能力減弱，黏液糖蛋白等大分子物質(zhì)減少，削弱了對成核顆粒的穩(wěn)定作用，使其更易沉積；另一方面，膽道內(nèi)壓力持續(xù)升高可導(dǎo)致膽管上皮微損傷，破壞黏膜屏障，促進炎癥介質(zhì)釋放及黏液過度分泌，進一步改變局部流場并增強晶體聚集趨勢。同時，高壓狀態(tài)加劇十二指腸液反流，引入細菌與β-葡糖醛酸苷酶，促使結(jié)合膽紅素水解沉淀，并與黏液網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成結(jié)石形成的“腳手架”。因此，低黏度與高壓力并非孤立作用，而是協(xié)同降低了膽汁的顆粒攜帶能力，誘發(fā)生物力學(xué)惡性循環(huán)，最終構(gòu)成術(shù)后結(jié)石復(fù)發(fā)的關(guān)鍵力學(xué)基礎(chǔ)。

膽囊動力學(xué)異常是結(jié)石形成的始動環(huán)節(jié)，收縮功能減弱致膽汁滯留時間延長，為膽固醇過飽和、成核及晶體生長提供條件［24］。相關(guān)數(shù)值模擬結(jié)果顯示，膽囊收縮時囊頸部及出口附近形成S形漩渦，構(gòu)成流動死區(qū)，使黏液、脫落細胞與微晶體滯留、聚集并生長為結(jié)石。成分與力學(xué)惡性循環(huán)（淤積-成石-炎癥-黏度增高-進一步淤積）不斷加劇病理進程。

膽道感染與結(jié)石形成互為因果，流體力學(xué)是連接二者的關(guān)鍵［19］。炎癥改變膽汁流變性，細菌β-葡糖醛酸苷酶水解結(jié)合膽紅素為不溶性非結(jié)合膽紅素，與鈣形成沉淀；細菌與感染膽管上皮分泌大量黏蛋白，增加黏度并網(wǎng)絡(luò)顆粒物質(zhì)，加速結(jié)石形成與生長。慢性膽管炎反復(fù)發(fā)作致膽管壁增厚、管腔狹窄及黏膜不平，永久改變幾何形態(tài)，引發(fā)持續(xù)流體異常，成為結(jié)石復(fù)發(fā)的病理學(xué)基礎(chǔ)。3膽道良性疾病中力學(xué)改變的應(yīng)用前景隨著對膽道系統(tǒng)“泵管閥”流體力學(xué)與固體力學(xué)特性認(rèn)識的深化，膽道力學(xué)研究已從機制探索逐步走向臨床轉(zhuǎn)化。其在膽道良性疾病的個體化診療、手術(shù)優(yōu)化、新型材料與藥物開發(fā)等方面展現(xiàn)出廣闊前景。3.1

基于CFD與流固耦合數(shù)值模擬技術(shù)的個體化膽道功能評估平臺

CFD與流固耦合數(shù)值模擬技術(shù)（fluid-structureinteraction，F(xiàn)SI）為膽道系統(tǒng)生理與病理狀態(tài)下的功能精準(zhǔn)評估提供了強有力的研究工具。通過整合病人特異性醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，可構(gòu)建高度仿真的三維膽道幾何模型，進而模擬分析膽汁在生理與多種病理狀態(tài)下的流動特性，精準(zhǔn)預(yù)測狹窄區(qū)域的流場變化、壁面剪切力分布以及顆粒物（如微結(jié)石、沉淀物）的滯留風(fēng)險。例如，Huang等［25］通過建立12種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括單絲直徑、編織頭數(shù)等）的膽道支架膽汁膽管系統(tǒng)的FSI模型，系統(tǒng)揭示了支架微觀結(jié)構(gòu)對膽汁流速分布、壁面剪切力大小及分布情況，以及支架與膽管間應(yīng)力傳遞的顯著影響，為支架結(jié)構(gòu)的精細化、個性化優(yōu)化提供了重要的理論依據(jù)。然而，值得注意的是，盡管CFD與FSI技術(shù)在膽道力學(xué)研究中展現(xiàn)出巨大潛力，其應(yīng)用仍存在一定局限性。首先，現(xiàn)有模型多基于簡化假設(shè)，如將膽管壁視為線性彈性材料或忽略其黏彈性特征，這與真實生物組織的非線性、各向異性力學(xué)行為存在差距。其次，膽汁的流變學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，尤其在病理狀態(tài)下常表現(xiàn)為非牛頓流體特性，而模型中使用的流變參數(shù)多來自體外實驗或有限樣本，缺乏個體化、動態(tài)變化的體內(nèi)數(shù)據(jù)支持，可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與實際生理狀態(tài)偏差。此外，目前大多數(shù)CFD/FSI研究仍缺乏系統(tǒng)的體內(nèi)驗證，模型預(yù)測的準(zhǔn)確性尚未通過臨床大規(guī)模前瞻性研究結(jié)果證實。未來需進一步結(jié)合多模態(tài)影像、實時壓力-流量監(jiān)測與生物樣本分析，獲取更準(zhǔn)確的邊界條件與材料參數(shù)，推動模型從“結(jié)構(gòu)仿生”向“功能真實”跨越，從而提升其在臨床決策中的可靠性與轉(zhuǎn)化價值，進一步融合人工智能與影像組學(xué)技術(shù)，構(gòu)建涵蓋膽道幾何形態(tài)、力學(xué)環(huán)境與生理功能的多維評估體系，有望實現(xiàn)對膽道梗阻程度、結(jié)石復(fù)發(fā)傾向以及術(shù)后流體動力學(xué)環(huán)境改善效果的精準(zhǔn)、前瞻性預(yù)測。3.2

外科手術(shù)中力學(xué)功能的重建與優(yōu)化

外科治療的目標(biāo)不僅在于解除機械性梗阻，更應(yīng)注重膽道系統(tǒng)整體力學(xué)功能的保護與生理性重建。SO作為調(diào)控膽汁排放的關(guān)鍵“閥門”，其功能的保留與恢復(fù)至關(guān)重要。在EST中，需依據(jù)病人膽管直徑、結(jié)石大小及括約肌基礎(chǔ)張力等因素，進行個體化切開范圍控制，以平衡降低膽汁流出阻力與保全其抗十二指腸液反流功能之間的關(guān)系。在膽腸吻合術(shù)中，可結(jié)合CFD模擬技術(shù)，優(yōu)化吻合口的幾何形態(tài)與空間走向，旨在避免或減少膽汁流動中渦流的產(chǎn)生與淤滯區(qū)的形成，從而有效降低術(shù)后反流性膽管炎與結(jié)石復(fù)發(fā)的風(fēng)險。此外，組織工程化膽管的研究為長段膽管缺損的修復(fù)帶來了希望。有研究結(jié)果表明，采用聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）、甲基丙烯?；髂z（GelMA）等可降解生物材料，并結(jié)合骨髓間充質(zhì)干細胞或誘導(dǎo)性多能干細胞（iPSC）定向分化的膽管上皮細胞進行種植，能夠構(gòu)建出兼具良好生物相容性與力學(xué)適配性的膽管替代物［26］。展望未來，此類組織工程化膽管甚至有望集成柔性傳感與驅(qū)動元件，發(fā)展為具備仿生括約肌主動調(diào)節(jié)功能的智能膽管移植物［27］。3.3

新型可降解支架與力學(xué)調(diào)控藥物研發(fā)

可降解膽道支架是近年來的研究熱點，其核心在于實現(xiàn)支撐強度、降解周期與組織反應(yīng)的平衡。Kwon等［28］的研究比較了多種材料支架的性能，結(jié)果顯示聚對二氧環(huán)己酮（polydioxanone，PDO）/聚左旋乳酸（poly-l-lacticacid，PLLA）鞘芯結(jié)構(gòu)能更長時間維持徑向支撐力，并因其降解后碎片更細小，從而降低了膽道梗阻和結(jié)石形成等不良事件的發(fā)生風(fēng)險。Zhang等［29］研發(fā)的PDO與PLA編織支架在動物實驗中也表現(xiàn)出良