机械应力诱导的氧化应激在动脉瘤血管重建中的作用和机制

目的机械应力在多种血管疾病的血管重建过程中发挥重要作用,然而其中的力学生物学机制有待进一步阐明。本研究探究了机械应力诱导的氧化应激在动脉瘤血管重建中的作用和机制。方法收集腹主动脉瘤临床样本;使用Ang II构建小鼠高血压和动脉瘤模型,超声检测腹主动脉直径,DHE和ESR检测血管超氧化物的总产量;Western blot检测蛋白表达水平;构建内皮特异性敲除小鼠验证相关基因的表达和作用;使用Flexcell 5000张应变加载系统对VSMCs施加15%、1.25 Hz周期性张应变模拟VSMCs在体所受到的周期性张应变;使用平行平板流动腔系统对内皮细胞施加不同的剪切力;结构光照明显微成像(SIM)观察细胞核形态;使用H_(2)O_(2)以及H_(2)O_(2)联合抗氧化剂HZCR等处理VSMCs细胞。结果Ang II构建小鼠高血压和动脉瘤模型,小鼠血管的氧化应激水平显著上升。腹主动脉瘤临床样本的氧化应激水平也显著上升。周期性张应变显著提高血管VSMCs的氧化应激水平,扰动流可以显著提高内皮细胞的氧化应激水平。H_(2)O_(2)促进VSMCs细胞核畸变和表型转换。抗氧化剂HZCR等可以有效缓解H_(2)O_(2)引发的细胞核畸变,恢复血管功能。结论异常升高的周期性张应变显著提高血管氧化应激水平,引发VSMCs核畸变,进而导致动脉瘤血管重建,抑制血管的氧化应激水平可以有效缓解动脉瘤血管重建。

切应力作用下与血管平滑肌细胞联合培养的内皮细胞的形态学

目的 :观察生理切应力作用下与血管平滑肌细胞联合培养的内皮细胞的抗应力能力。方法 :应用内皮细胞与血管平滑肌细胞联合培养模型和流动腔系统 ,以倒置相差显微镜及电镜观察生理切应力作用下的联合培养的内皮细胞的形态及超微结构。 结果 :0 .2 m N/ cm2和 0 .4m N/ cm2切应力作用 2 4h,绝大多数内皮细胞均沿切应力方向发生重排 ,细胞内肌动蛋白微丝形成与切应力方向平行的应力纤维。 2 4h后 ,内皮细胞未见明显脱落。结论 :联合培养条件下 ,内皮细胞重排程度与切应力大小有关。切应力越大 ,重排程度越高 ,提示内皮细胞抗应力能力增强。

自发性高血压大鼠胸主动脉的结构重建及力学特性

选取自发性高血压大鼠 SHR在高血压形成前后的不同时相点 ,采用组织形态学方法结合计算机图像分析 ,对 SHR大鼠胸主动脉几何形态及纤维结构进行了形态定量学研究 ,测定了 SHR胸主动脉零应力状态张开角的变化及压力 -直径关系。结果表明 ,随着血压增高 ,SHR主动脉几何形态及各种显微结构指标均显著增大 ;高血压形成和发展阶段 ,SHR主动脉零应力状态张开角增大 ;高血压主动脉结构重建例如管壁增厚 ,胶原纤维不成比例地增加可能导致主动脉可扩张性降低 ;

与平滑肌细胞联合培养的内皮细胞的形态学和生长增殖

目的 探讨平滑肌细胞对内皮细胞形态和增殖的影响 ,为内皮细胞种植的组织工程学提供理论基础。 方法 模拟血管壁的内层结构及内皮细胞平滑肌细胞间的相互影响途径 ,建立内皮细胞与平滑肌细胞联合培养的模型 ,应用形态学、细胞计数对内皮细胞的结构和增殖进行研究。 结果 联合培养的新内皮细胞呈伸长性生长 ,沿细胞长轴排列的微丝增多 ,增殖受抑制。 结论 内皮细胞和平滑肌细胞联合培养的新模型是目前研究这两种细胞间相互影响的最佳方式。联合培养的内皮细胞的形态结构更接近于在体生理状态 。

高血压大鼠动脉的零应力状态与内皮素的关系

本文通过观察胸主动脉、肾动脉主干张开角的大小 ,研究了SHR高血压建立前后胸主动脉和肾动脉零应力状态的变化 ,并于SHR高血压形成前 ,给予口服型ETA型受体拮抗剂BMS 182 874,研究了内源性ET在SHR主动脉和肾动脉零应力状态变化中的作用。结果发现 ,在未建立高血压的SHR(4周 ) ,主动脉和肾动脉主干的张开角与同龄WKY相比 ,都没有显著的变化。在高血压已建立的SHR(16周 ) ,主动脉和肾动脉主干的张开角分别为 6 9.0± 2 7.0°和 114.2± 42 .2° ,显著大于同龄的WKY大鼠 (4 5 .9± 2 5 .7°和 70 .2± 30 .4°)。给予SHRBMS 182 874(4～ 16周 ) ,SHR主动脉张开角未发生明显变化 (6 2 .8± 2 5 .6°) ,而肾动脉主干的张开角显著减小 (6 6 .6±41.5 4°)。结果表明 ,在已建立高血压的SHR ,主动脉和肾动脉主干都存在非均匀生长 ,其残余应力、应变大于同龄的WKY ,内源性ET在SHR肾动脉零应力状态的改变中起重要作用。

犬冠状动脉及有关动、静脉显微结构成分的定量分析

本文采用6例成年犬的左冠状动脉前室间支、旋支、右冠状动脉,以及胸廓内动脉、大隐静脉和股静脉,制备组织切片,用不同的方法染色显示血管平滑肌、胶原纤维和弹性纤维。用显微分光光度计扫描测定各血管上述3种成分的相对含量。结果表明,犬左、右冠状动脉上述3种成分的含量,彼此均无显著差异(P>0.05);而胸廓内动脉的弹性纤维含量,高于冠状动脉和静脉(P<0.01),其胶原纤维与弹性纤维含量之比(C/E值),却低于冠状动脉和静脉(P<0.01)。冠状动脉具有较高的C/E值,与其输送血液的功能相适应。

犬冠状动脉的零应力状态

用计算机图像分析技术测量了6例杂种犬左、右冠状动脉主干全长的张开角以及时间对它们的影响.结果表明,冠状动脉主干的张开角范围在65°±12°至112°± 30°之间;张开角大小和动脉直径大小无关.冠状动脉零应力状态的观测应该在血管环切开20分钟后进行.冠状动脉在无载荷时存在残余应力,其无载荷状态不能作为血管力学特性分析的参考状态;血管的生理状态,在体是承载生理压力状态,离体即为零应力状态.在血管壁组织形态研究中,应考虑血管的残余应力,应该取血管的生理状态进行组织固定.

狗冠状动脉的生物力学特性——Ⅱ、心外膜下各级分支的压力—直径关系

本文应用离体心脏病冠伏动脉x线造影和计算机图像处理技术,对6例狗的左、右冠状动脉心外膜下各级分支的压力—直径关系进行研究。在动脉压为8-21.3kPa范围,冠状动脉心外膜下各级分支的直径随压力变化呈线性变化(P<0.005);当动脉压力大于21.3kPa时,动脉直径不再变化,等于常数C。

人冠状动脉的生物力学特性 Ⅱ.二维载荷下的应力-应变关系

本文在生物软组织试验台上,对7例成人的左冠状动脉前室间支、旋支、右冠状动脉、胸廓内动脉以及大隐静脉进行了二维载荷的力学试验。上述血管的二维载荷下的应力-应变关系以指数型应变能函数表达。讨论了血管二维材料常数的意义。

人冠状动脉的生物力学特性 Ⅲ.静态弹性模量与血管结构及其临床意义

本文在生物软组织试验台上,对7例成人的左冠状动脉前室间支、旋支、右冠状动脉、胸廓内动脉以及大隐静脉进行二维载荷的力学试验,得到上述血管的增量弹性模量、容积弹性模量和压力-应变模量。血管的弹性模量随血压的增长而变大,胸廓内动脉的力学性质比大隐静脉更接近于冠状动脉,且有利于它在移植后保持较长期的畅通。动脉的C/E值大小能够反映动脉弹性的大小。本文还讨论了冠状动脉壁力学性质在动脉粥样硬化发病机理中的可能作用。

人冠状动脉显微结构成份的定量分析

本文采用7例成人的左冠状动脉前室间支、旋支、右冠状动脉以及胸廓内动脉和大隐静脉,制备组织切片,用不同的染色方法分别显示血管的平滑肌、胶原纤维和弹性纤维。用显微分光光度计扫描测定各血管上述3种成份的相对含量。结果表明,人左、右冠状动脉上述3种成份的含量均彼此无显著差异(P>0.05);而胸廓内动脉的弹性纤维含量高于冠状动脉和大隐静脉(P<0.01),其胶原纤维与弹性纤维含量之比(C/E值)却低于冠状动脉和大隐静脉(P<0.01)。冠状动脉的C/E值较高与其传输血液的功能相适应。

人冠状动脉的生物力学特性 Ⅰ.一维载荷下的应力-应变关系

本文在生物软组织试验台上,对7例成人的左冠状动脉前室间支、旋支、右冠状动脉、胸廓内动脉以及大隐静脉进行了一维载荷的力学试验。上述血管Young's模量(dT/dλ)随张应力(T)的增长而变大,其一维本构方程为指数函数关系。人胸廓内动脉的力学特性,比大隐静脉更接近于冠状动脉。讨论了血管显微结构成份含量与力学特性的关系,认为动脉的C/E值可以作为动脉弹性的经验指标。

狗冠状动脉的几何形态学

本文采用8例成年狗心,其中5例制成冠状动脉铸型;3例制备血管墨汁灌注的组织切片,测量左、右冠状动脉的分支共1525个。应用Stfahler体系分级方法。对冠状动脉的分支用计算机进行分级归类、分析处理。求得左、右冠状动脉各级分支的一系列几何形态数据以及相应的直径比、长度比和分支比。冠状动脉的直径、长度及分支数目与分支级数呈指致函数关系,其相关有高度显著性(P<0.005)。从几何形态学的定量角度,探讨了狗左、右冠状动脉的形态特征,认为左冠状动脉是狗心首要的供血动脉。

实验性低血压大鼠动脉的生物力学特性

为了研究低血压状态下动脉重建后 ,动脉的生物力学特性的变化 ,在大鼠左肾动脉起点以下缩窄腹主动脉 ,建立实验性低血压大鼠模型 ,按不同的时相点 ,观测腹主动脉、股动脉和胫前动脉张开角的变化 ,并进行在体腹主动脉的压力 -容积 (P- V)关系实验。结果显示 ,低血压大鼠的动脉血压降低 ,导致动脉壁的非均匀性生长 ,表现为动脉零应力状态下张开角减小。低血压状态时 ,腹主动脉的 C/ E比值减小 。

心血管生物力学研究的新进展

心血管生物力学研究领域最重要的新进展有两个方面:一是心血管力学生物学研究。阐明力学因素如何产生生物学效应而导致血管重建,研究心血管信号转导通路和力学调控途径,从细胞分子水平深入了解心血管活动和疾病发生的本质;二是以临床影像为基础的心血管生物力学建模与个体化手术设计研究。应用流体力学理论,结合医学影像和先进的流场测试技术,进行心血管建模与定量分析,研究心血管功能新的无创检测技术和个体化治疗体系设计,为心血管病的诊断、治疗和预警提供生物力学的解决方案。本期心血管生物力学专刊发表了7篇国内同行的相关研究论文。这些论文的内容涵盖了血管壁细胞力学生物学和紧密结合临床的心血管生物力学建模研究,反映了我国心血管生物力学研究的一些新进展。

我国生物力学研究现状与展望

生物力学是研究生命体运动和变形的学科,通过生物学与力学原理方法的有机结合,认识生命过程的规律,解决生命与健康领域的科学问题。生物力学研究领域最新的主要进展和发展趋势是力学生物学和生物力学建模分析及其临床应用。文中介绍了我国生物力学研究在心血管力学生物学、分子生物力学、骨关节与软组织生物力学、临床医学和康复工程生物力学,以及生物力学在空间生命科学、生物材料、体育运动和生物医学技术中应用与交叉等领域所取得的具有国际水平的新成果。这些研究不仅对于揭示正常机体生长、发育和衰老的机理和自然规律,而且对于阐明机体疾病的发病机理以及提供诊断和治疗的一些基本原理,包括新型药物和新技术的研发,都将有重要的理论和实际意义。展望我国生物力学学科发展,应进一步加强学科交叉融合与交叉创新能力,在解决关键科学问题,明确力学因素在疾病发生发展中作用的同时,要致力于发展相关的新技术新方法,紧密联系临床防病治病,在提出具有生物力学特色的新思路上有所作为,为人类健康事业做出应有的贡献。

从生物力学到力学生物学的进展

本文介绍了现代生物力学的发展历程和冯元帧先生的贡献、力学生物学的概念与发展以及我国生物力学的发展历程和力学生物学的研究新进展;思考了从生物力学到力学生物学的进展与现状;展望了我国生物力学学科发展的愿景.

狗冠状动脉的生物力学特性——Ⅰ.一维载荷下力学特性的实验研究

本文报道采用6例狗的左冠状动脉前室间支、旋支,右冠状动脉、胸廓内动脉,大隐静脉以及股静脉在生物软组织力学试验台上,进行离体的压力-直径关系和一维载荷下的应力-应变关系实验。上述血管的各向同性增量弹性模量(E_(inc)、容积弹性模量(E_v)和压力-应变模量(E_p)随血管内压力(P)的上升而增大;这些血管的dT/dλ随张应力T的增加而增大,其一维载荷下的应力-应变关系为指数函数。讨论了上述血管的显微结构成份含量与力学特性的关系,以及冠状动脉旁路移植实验研究中的力学问题,认为动脉的C/E值可以反映动脉弹性的大小;胸廓内动脉的力学特性比静脉更接近于冠状动脉,冠状动脉旁路移植时可优先选用该动脉。

心血管力学生物学研究的新进展

力学生物学研究力学环境对生物体健康、疾病或损伤的影响,研究生物体的力学信号感受和响应机制,阐明机体的力学过程与生物学过程如生长、重建、适应性变化和修复等之间的相互关系,从而发展有疗效的或有诊断意义的新技术。本刊报道了国内心血管力学生物学研究的一些新进展。心血管力学生物学探讨血管的“应力-生长”关系,阐明力学因素如何产生生物学效应而导致血管重建;基于心血管系统建模与定量分析,建立精确规范的心血管功能新的无创检测和分析技术。这些研究不仅对于揭示正常血液循环的生物力学机理,认识血管生长、衰老的自然规律,而且对于阐明血管疾病的发病机理以及提供诊断、治疗的一些基本原理包括心血管新型药物和新技术的研发都将有重要的理论和实际意义。