扭轉(zhuǎn)力學(xué)作用下的動脈重建.pdf

1、高血壓、動脈粥樣硬化和心肌梗塞等心血管疾病是嚴(yán)重危害人類健康的常見疾病之一。力學(xué)因素在血管生理功能和心血管疾病發(fā)生、發(fā)展中明顯的重要影響因素。在體血管處于復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境中，身體運動以及手術(shù)操作等影響，處于身體活動程度較高部位的血管在體內(nèi)經(jīng)常受到沿軸向的扭轉(zhuǎn)，可能導(dǎo)致血管力學(xué)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，血管壁應(yīng)力分布以及血流均將發(fā)生改變，持續(xù)的扭轉(zhuǎn)作用將誘導(dǎo)血管重建（remodeling）。然而，扭轉(zhuǎn)力學(xué)作用下的動脈重建的相關(guān)機制尚未完全闡明。
　　

2、本文將從以下4個方面對頸總動脈扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致血管重建的力學(xué)生物學(xué)機制進行探討：①力學(xué)模型分析，通過離體實驗和在體實驗獲得真實的血管變形前后的幾何形態(tài)和力學(xué)性能等數(shù)據(jù)，建立簡化的圓管受力分析模型，計算其應(yīng)力變化和主應(yīng)變方向變化等，對血管扭轉(zhuǎn)力學(xué)模型進行定量分析；②基于生物實驗數(shù)據(jù)，應(yīng)用ABAQUS有限元軟件，構(gòu)建血管非線性有限元模擬，研究血管形變和應(yīng)力變化過程，加深對血管扭轉(zhuǎn)力學(xué)模型變形過程的理解；③建立離體器官培養(yǎng)的血管扭轉(zhuǎn)模型，利用器官培養(yǎng)

3、精準(zhǔn)控制變量的優(yōu)勢，研究單一變量控制以及多變量共同作用下短時相的血管重建，并探討其機制；④建立新的頸總動脈扭轉(zhuǎn)大鼠模型，實現(xiàn)較長時相的頸總動脈扭轉(zhuǎn)力學(xué)作用狀態(tài)，從血管組織-細(xì)胞分子層次，探討扭轉(zhuǎn)在血管重建中的力學(xué)生物學(xué)作用及其機制。
　　本研究結(jié)果表明，在扭轉(zhuǎn)力學(xué)作用下，血管(r,θ,z)3個方向主應(yīng)力并無明顯變化，θ-z平面上剪應(yīng)力明顯增加；且該平面主應(yīng)變方向發(fā)生明顯改變，其與血流方向的夾角由扭轉(zhuǎn)之前的0°，在豬頸總動脈扭轉(zhuǎn)模型

4、變?yōu)?.6±0.5°，而大鼠頸總動脈扭轉(zhuǎn)模型則為9.3±3.5°；在離體模型中，血管在扭轉(zhuǎn)力學(xué)加載下培養(yǎng)3d后，血管壁發(fā)生明顯重建，MMP-2高表達，細(xì)胞增殖明顯；內(nèi)彈性膜窗孔變小、變長；內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)變長梭，其朝向趨向血流方向調(diào)整；成功構(gòu)建了大鼠頸總動脈扭轉(zhuǎn)模型，動脈在體內(nèi)承受扭轉(zhuǎn)力學(xué)作用后發(fā)生明顯的血管重建：血管細(xì)胞增殖明顯，MMP-2和MMP-9的表達明顯上調(diào)，MMP-2活性明顯增加；內(nèi)彈性膜窗孔變大、變長；內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)變長，其朝向

5、隨著時間更趨向血流方向排列；血管壁厚內(nèi)徑比明顯增加，膠原纖維與彈性纖維含量之比值（C/E值）明顯降低，動脈剛性（stiffness）降低。
　　本研究提供了扭轉(zhuǎn)力學(xué)加載條件下研究血管重建新的器官模型與新的動物模型并驗證了其有效性。在扭轉(zhuǎn)力學(xué)作用下，動脈發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)和功能重建，其細(xì)胞形態(tài)與排列、細(xì)胞增殖功能、細(xì)胞外基質(zhì)與相關(guān)基質(zhì)金屬蛋白酶的變化均與動脈扭轉(zhuǎn)后θ-z平面上剪應(yīng)力明顯增加以及主應(yīng)變方向發(fā)生明顯改變有關(guān)。本研究將力學(xué)分析