药物洗脱支架高度对药物浓度和壁面切应力分布影响的数值分析

目的研究药物洗脱支架(drug-eluting stent,DES)突起高度对药物释放动力学和血流动力学的影响,为DES的优化设计提供依据。方法采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,对血流动力学和药物释放动力学进行耦合分析,考虑3种不同突起高度支架,研究血管壁组织中药物含量和壁面切应力的分布。结果支架突起高度的增加将有利于药物的沉积,但将增加低切应力区长度。比较而言,血管壁中药物含量随着突起高度增加的幅度远小于低切应力区长度的增加。结论综合考虑药物浓度和壁面切应力两种因素,建议适当降低支架的突起高度,以便更有效地降低再狭窄产生的几率。     

流体切应力梯度对血管内皮细胞排列和形状的影响

目的研究不同梯度切应力作用下,血管内皮细胞(endothelial cells,ECs)排列和形状变化,旨在了解流体切应力梯度对ECs形态的影响,为进一步探讨其功能变化提供实验基础。方法建立可对体外培养ECs施加梯度切应力的流动腔装置,并应用该装置对人脐静脉ECs加载了大小在15dyn/cm2～6.6dyn/cm2(1dyn=10-5N)范围、梯度分别为1.5dyn/cm2和3dyn/cm2的切应力,加载时间均为6h。比较这两种不同切应力梯度对ECs的细胞方向角、细胞宽长比和细胞形态指数的影响。结果在不同切应力梯度作用下,ECs的细胞方向角分布散乱,细胞无排列规律。与3dyn/cm2相比,1.5dyn/cm2切应力梯度下ECs的宽长比和细胞形态指数明显减少,趋向于拉伸状态。结论在不同切应力梯度作用下,ECs均排列紊乱,无规律可循。然而,在相对较小的切应力梯度作用下,细胞容易被拉伸,细胞形状趋向于伸长,而较大切应力梯度作用下,细胞形状则趋向于圆形。     

具有梯度的流体切应力促进血管内皮细胞增殖

目的探讨流体切应力(shear stress,SS)对血管内支架边缘内皮细胞(endothelial cells,ECs)增殖的影响。方法应用具有切应力梯度的平行平板流动腔(梯度切应力组)和普通矩形平行平板流动腔(恒定切应力组),分别对ECs施加0.566￣1.438Pa和1.137Pa的切应力,加载时间6h,以未施加切应力的ECs为静止对照组。流式细胞仪检测各组ECs细胞周期的变化。结果梯度切应力组ECs在受力6h后进入S期与G2+M期细胞明显多于静止对照组与稳定切应力组(P<0.05);恒定切应力组的ECs受力后进入S期与G2+M期细胞明显少于其他两组(P<0.05)。结论梯度切应力促进ECs进入分裂增殖期,而稳定的层流切应力则产生对ECs细胞周期的抑制作用。提示血管内支架植入后,继发的血流切应力改变诱导细胞进入分裂、增殖期,这可能是引起支架内再狭窄过程中血管内膜增生的原因之一。     

非定常流动情况下Womersley数和Reynolds数对腹主动脉瘤流动的影响

目的讨论非定常流动情况下，各参数对管壁压力和壁面切应力的影响，进而分析血液流动对内皮细胞和血管弹性的影响。方法应用两维对称模型模拟腹主动脉瘤中的非定常流动。结果Womersley数和Reynolds数越大，流动状态越复杂，涡的强度越大，对壁面切应力和压力都有很大的影响。结论壁面切应力和压力长期且快速的改变对内皮细胞和血管的强度产生影响，进而影响到动脉瘤的形成、成长和破裂。     

利用三维有限元分析根尖切除对上颌中切牙生物力学性能的影响

目的研究根尖切除手术后牙体及牙周应力分布的变化以及牙齿的位移,为临床医师实施根尖手术提供数据支持,提高根尖手术治愈率。方法基于Micro CT图像数据建立正常上颌中切牙及其牙周组织的三维有限元模型。在此基础上仿真根尖周炎和根切治疗手术,并建立根尖周炎及不同根切长度(3、4、5、6、7、8 mm)上颌中切牙及其支持组织的三维有限元模型,施加咬合力,通过三维有限元仿真分析,研究术后愈合牙齿的生物力学行为特性,对比分析手术修复的生物力学效果,得到最佳的根尖切除长度。结果根尖切除手术术后,愈合模型降低患牙的应力水平(26.8%)及牙齿动度(7.3%);随着根切长度的增加,根切达8 mm时,牙齿颈部和牙周膜的应力分别增加11.14%和29.27%,牙槽骨的应力增加83.11%,切面形成的新的根尖处应力相较于正常牙齿相同部位整体上升;牙齿沿长轴的位移也逐渐增大,当根切超过5 mm时,位移水平明显增大(18.39%)。结论根尖切除手术对于难治性根尖周炎患牙的生物力学特性有明显改善,建议临床手术中根尖切除长度范围为3～5 mm,冠根比不低于0.84。     

初探流体切应力在肝癌细胞迁移中的作用

目的:探讨流体切应力在肝癌细胞迁移中的作用。方法:利用平行平板流动腔对培养的肝癌HepG2细胞施加1.4dyn·(cm2)-1稳定层流切应力,作用2h、4h、8h等不同时间后,采用划痕法观察细胞迁移的变化,同时以免疫荧光法观察细胞骨架F-actin变化,采用Western blot测定相关蛋白的表达,采用透射电镜观察细胞间紧密连接的变化。在此基础上,分析在流体切应力作用下,肝癌细胞上皮标志物(E-Cadherin)和间充质标志物(N-Cadherin、Vimentin、Twist等)的表达和分布,及其对细胞紧密连接的影响。结果:流体切应力可促进HepG2细胞迁移,且呈时间依赖性(P0.05);随着流体切应力加载时间的延长,肝癌HepG2细胞E-Cadherin表达下调,而N-Cadherin、Vimentin、Twist表达上调(P0.05)。同时,HepG2细胞间紧密连接被打开;当撤除流体切应力,上述诱导作用则发生不同程度的逆转(P0.05)。结论:流体切应力通过诱导肝癌细胞上皮-间充质转化引起细胞间紧密连接降低,进而促进细胞迁移。     

不对称入口速度剖面对颈动脉分叉模型不定常流场和壁面切应力的影响

目的研究不对称入口速度剖面对动脉粥样硬化易发部位壁面切应力的影响。方法建立颈动脉TF-AHCB数值模型,设置不对称速度剖面入口条件,用CFD作数值模拟。计算不同时相、不同入口条件下的颈动脉窦流场和壁面切应力分布,分析与动脉粥样硬化有关的流场特征和切应力特征。结果入口速度剖面偏斜可以增加颈动脉窦壁面低切应力区面积,提高切应力梯度。结论不对称入口速度剖面可能是诱发动脉粥样硬化发生的一个危险因子。     

心肌桥壁冠状动脉血液动力学数值模拟

目的数值模拟心肌桥壁冠状动脉血液动力学,探索心肌桥壁冠状动脉近心端易发生动脉粥样硬化的血液动力学机理。方法建立随心搏运动的局部狭窄直圆管模型模拟心肌桥壁冠状动脉形态学,管壁为薄壁线弹性体,血流遵循不可压缩牛顿流体的一维管流方程组,用Lax-Wendroff方法数值求解。结果心肌桥壁冠状动脉血液动力学与正常冠状动脉血液动力学相比有很大差异,血流量#壁切应力和壁切应力梯度均不同。在心肌桥壁冠状动脉中,近心端壁切应力及壁切应力梯度的变化要远大于远心端。对于有两段心肌桥的情况,它们的壁切应力和壁切应力梯度变化趋势基本一致,但距心室较远的心肌桥,其壁切应力和壁切应力梯度要大于靠近心室的那段心肌桥,且随时间的变化程度也更剧烈。结论数值模拟结果表明,心肌桥壁冠状动脉血液动力学不同于正常冠状动脉血液动力学,近心端壁切应力及壁切应力梯度的变化要远大于远心端,从而对动脉管内皮细胞产生重要影响,这可能是心肌桥壁冠状动脉近心端易发生动脉粥样硬化的血液动力学机理。     

种植体长度对即刻负载种植体骨界面生物力学分布的影响

目的　建立包含不同长度标准直径种植体的下颌骨三维有限元模型,分析不同长度种植体对即刻负载种植体骨界面应力应变分布的影响。方法　采用薄层CT扫描下颌骨和自主开发的USIS软件建立直径4.1mm不同长度螺纹种植体即刻负载的三维有限元模型,用ANSYS软件分析长度分别为6、8、10、12、14mm的种植体,在垂直和颊舌向45°加载150N力时种植体骨界面的von Mises应力、应变值。结果　随着种植体长度的增加,种植体骨界面的应力和应变值均呈下降趋势。垂直加载时,骨界面应力值在种植体长度从6mm增加到14mm分别下降14.9%、8.4%、11.3%和11.2%;其应变值分别下降23.4%、12.6%、12.7%和14.4%。颊舌向加载时,骨界面应力值在种植体长度从6mm增加到14mm分别下降19.23%、7.77%、5.2%和3%;其应变值分别下降18.2%、23.6%、10.5%和12.9%。种植体骨界面应力值在长度从6mm增加到8mm时下降最明显,尤其是颊舌向加载时。种植体骨界面应变值也是在长度从6mm增加到8mm及8mm增加到10mm时下降最明显。结论　种植体长度的增加能降低骨界面应力和应变值,呈负相关关系;但只在长度从6mm增加到8mm时应力值降低才较明显。这提示临床上尽量不要采用长度为6mm的种植体,并应适当地选择足够长度的种植体。     

黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶对培养心肌细胞的损伤及硒的保护作用

向培养心肌细胞中加入黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶(X-XOD)后,动作电位的APA、OS、V_(max)及APD减少,MDP、TP水平上移;细胞在MEM中搏动率降低,加钡后细胞收缩频率迅速增加,且X-XOD作用时间越长,上述改变越显著。X-Mo的作用与此类似,但较轻。加硒则能逆转上述的细胞损伤性变化。这表明X-XOD和X-Mo均能造成心肌细胞损伤,硒对心肌细胞有保护作用。     

心室辅助下切应力对红细胞形态的影响

目的心室辅助是晚期心衰最有效的治疗方法之一。但是,心室辅助装置产生的高流体切应力会对红细胞造成损伤。目前,大多数研究仅利用心室辅助装置造成的溶血值评价其对血液的损伤程度,却忽略了对还未破裂的红细胞受到损伤的关注。本文重点探究流体切应力所造成的红细胞形态的变化。方法首先,利用数值计算软件FLUENT,采用拉格朗日离散模型计算出心室辅助装置在一个心动周期内作用于红细胞的流体切应力曲线;然后,根据数值计算得出的切应力范围,对不同切应力下和不同暴露时间下的血液样本进行实验,并设立无受力对照组减小实验误差;最后,以实验后血样的游离血红蛋白含量作为判断血样溶血情况参数,并以血涂片中非常态红细胞的数量占总体的百分比作为衡量红细胞受损伤但未破裂状态的参数。结果非常态红细胞数目和切应力的相关系数是0.725,P=0.027(0.05)。实验结果显示,血泵产生切应力会导致非常态红细胞出现,并且暴露时间一定,非常态红细胞数目随着切应力增大而增大。结论在心室辅助下,血泵流场除了会产生溶血这一极端现象,同时也会导致非常态红细胞数量的增多,降低血液质量,影响人体血液功能。     

流体切应力与内皮祖细胞铜锌超氧化物歧化酶基因表达及活性*****☆

背景：流体切应力是调控内皮祖细胞的重要非药理学手段,但目前其对内皮祖细胞抗氧化功能的作用尚不清楚。 目的：观察不同切应力对内皮祖细胞铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn-superoxide dismutase,Cu/Zn-SOD)基因表达和活性的影响,以探讨流体切应力对内皮祖细胞抗氧化功能的调节作用。 方法：健康成人外周血的单个核细胞诱导分化为内皮祖细胞,分为静态组、低切应力组、中切应力组和高切应力组4组进行观察。 结果与结论：外周血单个核细胞分化成为内皮祖细胞,倒置荧光显微镜下呈典形的“纺锤样”梭形细胞,ac-LDL吞噬及lectin抗体荧光标记双阳性,FLK-1和VWF免疫荧光抗体染色均为阳性。各切应力组内皮祖细胞CuZn-SOD活性均高于静态组,并且切应力越大,内皮祖细胞Cu/Zn-SOD分泌水平越高。荧光定量RT-PCR表明,切应力处理能上调内皮祖细胞CuZn-SOD mRNA表达,并且切应力水平越高,CuZn-SOD mRNA表达越强。说明切应力能上调内皮祖细胞Cu/Zn-SOD基因表达,增强内皮祖细胞Cu/Zn-SOD活性,提高内皮祖细胞的抗氧化活性。因此,在生理范围内增加体外切应力,能上调内皮祖细胞的功能活性。 关键词：内皮祖细胞;切应力;超氧化物歧化酶;内皮;基因表达 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.10.035     

人工心脏泵辅助对左心室血流动力学影响的数值研究

目的采用数值模拟方法研究人工心脏辅助装置植入对左心室内血流动力学的影响。方法首先利用心血管集中参数模型获取了健康状态、心衰状态以及人工心脏泵辅助状态下收缩末期左心室三维几何模型,其中选取超弹性材料Ogden为心肌材料,以左心房压力,主动脉压力以及通过左心室容积计算获取的左心室壁面位移作为边界条件,利用CFD方法对上述三种情况进行左心室的数值模拟。同时对比了健康时的模拟结果和生理状态下的左心室压力,以及心衰和人工心脏泵辅助两种状态下的血流动力学指标的差别。通过左心室压力和流速等评价灌注和负荷的情况,通过壁面切应力和涡流,评价人工心脏泵辅助后的左心室血流动力学变化规律。结果健康状态下模拟的左心室压力与生理指标相符合。在心衰和人工心脏泵辅助状态下,收缩期内左心室压力与健康状态比分别降低了1718 Pa和8455 Pa,辅助后左心室最大压力下降速度高于心衰时。人工心脏泵辅助后,舒张期壁面切应力峰值由4.3 Pa降低至3.8 Pa,收缩期壁面切应力峰值由4.1 Pa降低至1.3 Pa,射血速度峰值由1.61 m/s降低至0.68 m/s,主动脉瓣开放时间由0.25 s增加至0.65 s,左室射血分数由43.6%增加至52.7%,心室底端漩涡持续时间由0.35 s增加至0.51 s,顶端漩涡出现血流分离。结论左心室压力对比表明本研究方法可以用来模拟左心室的行为。人工心脏泵辅助能够快速降低心室内压力和心室负荷,增加灌注时间,提高器官灌注,降低左心室壁面切应力以及提高左心室内血液流场的涡流强度,延长涡流持续时间。     

高压下中耳结构动力损伤研究

目的研究高压对中耳结构造成的损伤。方法基于CT扫描建立中耳结构有限元数值模型,对模型施加随时间变化的压力,分析鼓膜以及镫骨足板的应力、应变和位移变化。结果获得的计算结果与相关文献中的试验数据吻合,验证了所建中耳模型的准确性。高压会对中耳造成损伤,随着压力的增加,损伤加重;快速加压使得中耳损伤严重,对内耳的影响较小;慢速加压也能导致中耳损伤,但在中耳损伤前,内耳会损伤。结论高压容易导致人耳出现损伤,为避免听力受到影响,在加压过程中要控制好加压速率。     

DNA梯度化分析软件系统在细胞凋亡定量检测中的应用

目的:检验我们设计的DNA梯度化分析软件在细胞凋亡定量检测中的应用价值 方法:用Camptothesin(CAM)诱导U937细胞株凋亡,通过该系统计算DNA琼脂糖凝胶电泳后DNA的梯度值,并与凋亡细胞胞浆寡聚核小体的Elisa检测值进行相关性分析.结果:随着CAM浓度的增加,DNA琼脂糖凝胶电泳后梯度化程度越明显,测出的梯度值也越大,而且与胞浆寡聚核小体的Elisa检测值呈正相关(r=0.989,p<0.01)结论:利用DNA梯度化分析系统可对琼脂糖凝胶电泳后的凋亡细胞DNA片段,进行定量分析,提供简便直接的方法.     

血流切应力变化导致颈总动脉重建及其对血管平滑肌细胞凋亡和分化的影响

目的　探讨动脉血流切应力变化对动脉壁形态结构、零应力状态以及血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMC)凋亡和去分化的影响。方法　结扎大鼠左侧颈总动脉的部分分支，使血液全部经由枕动脉流出，造成左颈总动脉(LCA)低血流和低切应力以及对侧右颈总动脉(RCA)高血流和高切应力状态，以假手术不结扎动脉的动物为正常对照。取LCA和RCA，光镜和透射电镜观察血管壁组织形态学变化；测量血管零应力状态下的张开角；TUNNEL法进行原位细胞凋亡检测；免疫印迹法检测VSMC表型分化标志分子hl-calponin的表达。结果　术后7d，低切应力LCA的内径减小了13%左右，壁厚内径比显著增加，张开角显著减小；内皮下层明显增厚，VSMC凋亡数量显著增加，VSMC表型分化标志分子hl-calponin的表达量显著降低。结论　血流切应力显著降低会在短期内引起血管重建，提示VSMC凋亡和去分化可能是低血流和低切应力导致血管重建的早期事件之一。     

二维静态及稳态冲刷24h后内皮细胞表面切应力分布的数值模拟

本文对静态及经过平均切应力τavg=12dyn/cm2 的流体稳态冲刷 2 4h后 ,内皮细胞 (EC)表面的切应力分布进行了有限差分方法的数值模拟。结果表明 :单个EC表面切应力分布是不均匀的 ,静态EC表面切应力的最大值为平均切应力的 1.8倍 ,最小值趋于零 ;经 2 4h稳态冲刷后 ,EC表面切应力的最大值为平均切应力的 1.3倍 ,最小值为 0 .8倍 ,应力分布明显均匀化。单个EC的R(高 /长 )值对切应力及切应力梯度分布有很重要的影响 ,切应力值随R的增加几乎呈线性增长     

低切应力对体外培养动脉的平滑肌细胞增殖和凋亡的影响

目的 研究切应力对完整血管的生物学作用。方法 应用一种新的血管体外应力培养系统，控制定常流和压力100mmHg，在低切应力条件下体外培养猪颈总动脉1，4，7d采用BrdU免疫组织化学，TUNEL法，Hoechst 33258荧光染色，透射电镜等方法观察血管平滑肌细胞的增殖和凋亡情况。结果 低切应力作用下血管平滑肌细胞的增殖率呈逐渐上升的趋势，而凋亡率则先上升后下降，其中凋亡率在代切应力作用1d时达到高峰。结论 在低切应力条件下血管发生重建，血管平滑肌细胞在增殖的同时还存在凋亡，提示切应力变化导致血管平滑肌细胞增殖之间的失衡是某些心血管疾病发生的基础。     

管径比对全阻塞动脉旁路移植流场影响的数值研究

目的 研究管径比对全阻塞动脉旁路移植流场的影响,为指导动脉旁路移植手术,减少术后再狭窄提供理论依据。方法 采用数值方法研究5种不同移植管与主血管的管径比对全阻塞情况下动脉旁路移植流场的影响,分析速度、二次流、壁面切应力和壁面切应力梯度等血流动力学参数的分布及其随管径比增大的改变。同时,为表明本文所采用模型的合理性,针对目前常使用的两类模型,比较在管径比1.0情况下全阻塞完整模型（Model A）、全阻塞局部模型（Model B）和75％狭窄完整模型（Model C）之间的血流动力学差异。结果 Model A和Model C的血流动力学特性是完全不同的;移植管顶部截面内的速度分布对下游吻合处的主血管底部壁面切应力的影响是显著的,最大相差达79％。大管径比时,主血管底部的壁面低切应力区较大,但壁面切应力分布均匀,壁面切应力梯度较小。而小管径比时,主血管底部的壁面低切应力区较小,但壁面切应力梯度较大。结论 采用整体模型单独研究全阻塞情况下的管径比对流场的影响是有必要的。管径比对全阻塞动脉旁路移植的流场具有显著影响,采用大管径比进行动脉旁路移植将有助于缓解吻合口处由于再狭窄而产生的阻塞。     

流体切应力和Ox—LDL地内皮细胞表面ICAM—1表达的影响

目的研究动脉粥样硬化(AS)的危险因素高脂血症、流体切应力及二者共同作用对血管内皮细胞细胞间粘附分子-1(ICAM-1)表达的影响。方法以人脐静脉内皮细胞(HUVECs)为研究对象,应用免疫组化ACB方法,观测Ox-LDL、流体切应力及二者共同作用对HUVECs的粘附分子ICAM-1表达的影响。结果与对照组相比,(1)Ox-LDL显著增加HUVECs表面ICAM-1表达;(2)流体切应力使HUVECs表面ICAM-1表达增加,但ICAM-1的表达随时间依赖性增加的趋势不明显;(3)共同作用后,HUVECsICAM-1的表达较基础表达显著增加。结论Ox-LDL、流体切应力的改变及二者共同作用显著增加H-UVECs表面ICAM-1表达。