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体外反搏作用的新机制及其装置的新发展
体外反搏已被实践证明是一项安全、有效和经济的心、脑血管疾病治疗方法,并于2002年正式纳入美国心脏协会/美国冠心病学会(AHA/ACC)的冠心病心绞痛临床治疗指南.作者近10年来研究证实:体外反搏能提高血流切应力、改善血管内皮细胞功能、防止动脉粥样硬化性损伤;在动脉粥样硬化实验猪模型上,也证实了体外反搏不仅可以改善血流灌注,还可以通过提高血流切应力,调节一系列血管内皮活性物质,达到保护血管内皮,抑制动脉硬化的目的.上述新作用机制的发现,促进了新型体外反搏装置的深入研制,推进体外反搏的临床应用,在冠心病、动脉粥样硬化性疾病的一级和二级预防领域中发挥着重要的作用.
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体外反搏的生物力学效应与血管内皮功能
体外反搏通过反搏过程中产生的双脉动血流,加速动脉系统的血液流动,提高血流切应力,进而调控与血管内膜保护有关的细胞因子,产生对抗动脉粥样硬化的有益作用.本文简要总结近10年来本实验室在体外反搏与血管内皮细胞形态、功能关系方面的研究工作,重点阐述其血流动力学特点和对冠心病患者及实验动物血浆及组织中某些重要的生物活性物质的影响.单独体外反搏,或与其他治疗方法配合,可能成为一项有效的促进血管内皮细胞结构与功能修复的重要手段.与反搏作用相关的细胞分子基础及其信号转导途径尚有待进一步阐明.
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双气道持续正压通气治疗的原理及其应用
传统的通气模式有辅助/控制通气(assist/control mode ventilation,A/C),同步间歇指令通气(synchronized intermittent mandatory ventilation,SIMV),持续正压通气(continuous positive airway pressure ventilation,CPAP),压力支持通气(pressure support ventilation,PSV),呼气末正压(positive end-expiratory pressure,PEEP)等,其强调维持血气正常而采用大潮气量和高通气压,这样会改变部分肺泡的大小和切应力,持续一定时间后易于造成肺泡上皮、肺泡毛细血管内皮及基底膜的损伤,使肺泡毛细血管通透性增加,肺泡破坏,会加重继发的炎症反应,延缓组织的修复.
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一种可控的切应力及LDL浓度极化动物模型的建立及对动脉粥样硬化的影响
目的 建立一种可调控的兔颈动脉切应力及低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)浓度极化动物模型,初步观察二者对动脉粥样硬化(artherosclerosis,AS)形成的影响.方法 兔左颈总动脉施以3个狭窄度(30%、40%、50%)的硅胶管环扎手术,以右颈总动脉为假手术对照;饲喂含4种不同胆固醇浓度(0%、0.5%、1%、1.5%)饲料;彩色超声检测双侧颈总动脉血流动力学参数,计算切应力值,血管标本行病理及扫描电镜观察.结果 同一狭窄度,左颈总动脉切应力随饲喂饲料所含胆固醇浓度的增加而增加;同一胆固醇浓度,左颈总动脉切应力以40%狭窄度组低;同一样本,左颈总动脉切应力高于右颈总动脉(P＜0.05).病理切片及扫描电镜检测显示各组动物左颈总动脉均出现不同程度的AS病变.以40%狭窄度组病变更为显著.结论 成功建立了可调控的兔颈总动脉切应力及LDL浓度极化模型,低切应力及LDL浓度极化促进AS的形成和发展.
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切应力诱导大鼠颈动脉内皮细胞组织因子表达的检测与分析
目的在体研究切应力诱导内皮细胞TF基因表达变化规律及其机制.方法 54只SD大鼠随机分为对照组和颈动脉狭窄组,狭窄组有又分为0.5、1、3、6、12 h、1、3、7 d 8个时相点,套扎法建立左颈总动脉狭窄模型,术后不同时相点用原位杂交和免疫组化法检测TF、Egr、Sp-1的mRNA和蛋白,用图像分析系统测定内膜平均灰度,进行统计学分析.结果正常对照组内皮细胞TF、Egr-1、Sp-1的mRNA和蛋白弱表达,狭窄30 min后,内皮细胞胞浆组织因子基因mRNA转录和蛋白合成升高,与对照组比较均有显著性差异(P<0.05).内皮细胞胞核和胞浆的Sp-1和Egr-1基因mRNA转录和蛋白合成均有显著性增加(P<0.05),但以Egr-1增加更显著(P<0.05),其变化趋势与组织因子基因mRNA转录、组织因子基因蛋白合成的变化趋势相同.TF mRNA和蛋白6 h达到峰值,Egr-1 mRNA和蛋白3 h达到峰值,Sp-1 mRNA和蛋白1 h达到峰值,与邻近组比较差异显著(P<0.05).结论切应力是内皮细胞组织因子基因表达上调的触发因素之一,切应力激活TF与转录因子Egr-1和Sp-1介导有关.
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腹主动脉叉血流动力学边界元分析
本文利用边界元方法计算了腹主动脉叉.在动脉粥样硬化前后的血液流场、血管壁切应力等血液流体动力学特性,通过对动脉粥样硬化产生前后,左、右髂总动脉壁切应力的计算结果分析,对粥样斑块病变产生和发展的血液流体动力学原因做出了判断.结果显示:腹主动脉叉几何形状的不对称性导致分叉处血液流速、血管壁切应力分布的不对称,内侧壁切应力大于外侧壁,右髂总动脉内侧壁切应力大于左髂总动脉.动脉粥样硬化处由于血管腔变窄血液流速明显变大、切应力变大,容易使斑块表面撕裂出现组织增生,粥样斑块下游处血流速度、切应力减小,形成血液分离区,使血细胞聚集,造成动脉粥样硬化发展、加剧.
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切应力作用下肾近端小管上皮细胞纤溶酶原激活物(tPA和uPA)表达的变化及意义
检测切应力作用下肾近端小管上皮细胞纤溶酶原激活物tPA和uPA mRNA表达的变化,探讨糖尿病肾病早期小管间质细胞外基质重塑的可能机制.用5 dyn/cm2和10 dyn/cm2的切应力处理肾近端小管上皮细胞(NRK-52E),作用时间分别为1、3和6 h,用RT-PCR法检测tPA及uPA mRNA的表达.结果表明:切应力呈大小和时间依赖性下调肾小管上皮细胞tPA及uPA mRNA的表达.在糖尿病肾病早期,高滤过引起的切应力增加可抑制肾近端小管上皮细胞tPA和uPA mRNA表达,导致肾小管间质纤维蛋白溶解活性降低,参与小管间质细胞外基质的重塑.
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动脉分叉管道血液流动的边界元分析
我们用边界元方法研究了一类动脉分叉血管中血液流动的流体动力特性,计算了分叉血管无病变和主支管有病变时血液流动的速度矢量分布,比较了主支管壁有病变和无病变两种情况下内外侧壁切应力的大小,同时计算了分叉附近有颗粒状绕流物时血液的流场分布,及颗粒物所受压力状况,给出了颗粒物的运动趋势,分析了引起粥样斑块病变的可能原因.
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硅胶管流动腔系统的合理使用
硅胶管流动腔系统被用来研究培养血管内皮细胞在流体切应力和周向应力联合作用下的力学行为.如何选择硅胶管流动腔的几何和力学特性以及前、后负荷条件,真实模拟生理条件下血管内皮细胞的切应力和周向应力环境,是构建硅胶管流动腔系统须解决的关键问题.首先给出了确定硅胶管流动腔无载荷状态几何尺寸和硅胶管弹性模量的方法;其次给出了定常流条件下在硅胶管流动腔中模拟生理环境中壁面切应力和周向应力的过程;后总结了装置中壁面切应力、周向应力的控制因素.
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外周血内皮祖细胞种植小径聚氨酯人工血管及流体切应力处理的实验研究
本研究收集健康成人骨髓单个核细胞,用血管内皮生长因子等加以诱导分化,通过荧光显微镜和荧光免疫标记等方法观察和鉴定诱导后的细胞.之后将诱导分化的内皮祖细胞种植到聚氨酯小径人工血管表面,予以15 dyn/cm2的流体切应力处理,并用扫描电镜观察.结果发现外周血单个核细胞诱导分化成为内皮祖细胞,acLDL及lectin抗体荧光标记阳性.扫描电镜下,未种植细胞的聚氨酯小径人工血管表面孔径大小比较适合内皮祖细胞爬行;静态种植细胞后,人工血管表面内皮祖细胞排列不整齐;切应力条件下种植细胞后,人工血管表面内皮祖细胞排列较为整齐.因此,在体外能将外周血单个核细胞诱导分化成为内皮祖细胞,内皮祖细胞是小径人工血管内皮化的理想种子细胞.流体切应力对小径聚氨酯人工血管表面内皮祖细胞的生长排列有着良好的机械塑形作用.
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颈动脉分叉管模型流场分布的PIV测量
为了解改进的TF-AHCB颈动脉血管分叉模型内的血流动力学特点,采用PIV技术测量循环系统装置中颈动脉血管分叉模型的瞬时速度分布情况.通过调节循环系统装置中水箱的高度,变换压力差来调节流速.循环液采用黏度与人体血液相似35%的甘油水溶液.利用PIV测量4个工况下的瞬时速度并根据瞬时速度值计算切应力.结果表明,在颈动脉血管分叉模型内ICA的外侧壁存在明显的流动分离和逆时针方向的涡流,涡流的范围和距离随着流速的改变而改变.流速越大,涡流的范围越小,距离分叉的距离越近.ICA外侧壁的切应力明显要小,当流速小于0.839 m/s时,存在一个明显的低切应力核心区域.此低切应力核心区域正是临床上观察到的动脉粥样硬化好发的区域.结果提示,颈内动脉在分叉后ICA部分的外侧壁存在明显的流动分离和涡流以及低切应力区域,这可能和此部位动脉粥样硬化的发生有关.
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低切应力对体外培养动脉壁细胞PDGF表达的影响
为了研究切应力对完整血管的生物学作用,探讨应力引起血管重建过程中生长因子的变化,用血管应力培养系统体外培养猪颈总动脉,通过免疫组织化学、抗体夹心法酶联免疫吸附测定实验(ELISA)和计算机图像分析等方法,观察了低切应力作用下动脉壁细胞PDGF-A、PDGF-B表达变化情况.结果显示,低切应力作用下体外培养动脉EC中PDGF-B及VSMC中PDGF-A的合成与分泌皆增加.PDGF表达上升,促进了VSMC表型转换与增殖.在低切应力引起的血管重建中,这一机制可能起着重要作用.
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流动剪切和不同流型对血管内皮细胞增殖的影响
动脉粥样硬化的非随机分布与局部的血流动力环境有关,而内皮细胞增殖引起的内皮层失稳与动脉粥样硬化早期发生过程有关.本文比较了不同大小的切应力对内皮细胞增殖的影响,发现切应力抑制细胞增殖并与切应力大小相关.同时构建了平行板式突然扩张流槽,探讨流型改变对细胞增殖的影响,发现扩张效应和流线偏转效应使得这种剪切抑制作用被减弱.
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血流切应力对动脉内皮细胞凋亡影响的在体研究
探讨动脉血流受阻后壁切应力(WSS)变化对动脉内皮细胞(AEC)凋亡的影响. 用60只实验兔建立动脉血流减少模型,在术后0～30 d 8个不同时点,AEC铺片Tunel原位末端标记法,计量AEC的凋亡率. 结果发现:在WSS降低后1～7 d,AEC凋亡率显著增高,3 d达到峰值.随着WSS的递增,术后14、30 d AEC的凋亡率又恢复至正常对照水平.提示WSS的变化可显著影响AEC的凋亡状况,其中WSS的持续降低可能是诱导细胞凋亡的主要因素.
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平行平板流动腔中Casson流体脉动流的摄动解
高度远小于横向和纵向几何尺寸的矩形平行平板流动腔是人们用以体外研究细胞在切应力作用下力学行为的主要工具之一.考虑到通常采用的矩形平行平板流动腔内的流动属于小雷诺数流动,本文用雷诺数作为摄动参数求出了矩形平行平板流动腔内Casson流体脉动流的摄动解,给出了腔内切应力随压力梯度和流量的变化规律.数值结果表明,相同压力梯度下Casson流体和牛顿流体对应的腔内切应力分布无明显不同;而在相同流量条件下,Casson流体和牛顿流体对应的腔内切应力分布有明显差异.本文为Casson流体脉动流条件下平行平板流动腔切应力的确定方法提供了理论依据.
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切应力对与血管平滑肌细胞联合培养的内皮细胞细胞外基质构筑及含量的影响
为了探讨切应力对与血管平滑肌细胞联合培养的内皮细胞黏附能力的影响,为改进血管内皮细胞种植的组织工程技术提供实验基础,我们应用免疫荧光细胞化学、激光共聚焦扫描显微镜和图像分析等技术,研究了切应力作用下与血管平滑肌细胞联合培养的内皮细胞的细胞外基质中纤维粘连蛋白、层粘连蛋白和Ⅳ型胶原的构筑及含量的变化,同时以静态条件下联合培养的内皮细胞为对照组.结果表明,静态条件下,纤维粘连蛋白和层粘连蛋白在细胞内均以颗粒的形式存在于核周区,以纤丝的形式存在于细胞外,且纤丝相互交织成网状.Ⅳ型胶原主要以颗粒的形式存在于核周围,纤丝极少.切应力作用下纤维粘连蛋白形成纤丝束,并有沿切应力方向排列的趋势,层粘连蛋白、Ⅳ型胶原也形成纤丝束,但排列无方向性.细胞外基质各组分的含量均有不同程度的变化.本文结果提示,切应力作用下,与血管平滑肌细胞联合培养的内皮细胞的黏附能力可能增强.
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肌动蛋白的形态分布与细胞黏附性之间的关系
细胞内肌动蛋白的形态和分布与细胞的黏附之间有关联.细胞中肌动蛋白纤维含量减少时,细胞易从基质上脱落.癌细胞与静态培养的细胞中肌动蛋白纤维均分布于细胞边缘,目的是伸出伪足黏附在基底上,又可以收回伪足,使细胞从基底上脱黏附.细胞在受到外力作用下,于基底上黏附/脱附时,其骨架肌动蛋白的形态与分布发生改变.不同程度的外力作用于细胞,其骨架肌动蛋白的适应性变化不同.显然细胞在基底上的黏附/脱附机制与其肌动蛋白的形态分布间的关系尚需进一步研究.
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内皮细胞应力反应元件的研究进展
内皮细胞能对力学刺激发生反应,流体切应力能直接调节内皮细胞基因的表达.现已发现内皮细胞内受切应力调节的基因有20多种.目前认为其调节机制是通过存在于基因的启动子内并且能够被切应力所诱导的启动基因转录的顺式调控元件--应力反应元件来调节基因的转录.目前已知的应力反应元件至少涉及4种转录因子的结合位点及10余种受切应力调控的相关基因.这4种转录因子分别是:(1) NF-κB;(2) AP-1;(3) Egr-1和(4) SP1.对应力反应元件的基序及基序结合蛋白的鉴定有待进一步的深入,以后还可能有新的应力反应元件被发现.在采用基因疗法来调控血管壁不同区段基因表达这方面已进行了有益的探索,显示出良好的前景.
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切应力在支架内再狭窄和支架内血栓中的作用
血流切应力已被证实在动脉粥样硬化的发生发展中起重要作用,然而近年来越来越多的研究表明,血流切应力与支架内再狭窄和支架内血栓的发生密切相关.现探讨切应力在支架内再狭窄和支架内血栓中的作用,并阐述不同支架类型和设计对切应力致再狭窄和致血栓作用的影响.
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冠状动脉支架术后局部切应力变化的研究进展
随着经皮冠状动脉介入治疗的发展,支架植入术后切应力的相关性研究越来越受到人们的重视,现主要论述不同支架设计、术式选择以及血管病变相应切应力的进展.
关键词： 切应力 经皮冠状动脉介入治疗 支架
