猪胸主动脉血管各向异性力学性能的实验研究

目的 研究猪胸主动脉血管各向异性的力学特性。 方法 收集21条猪胸主动脉血管并分成3组。沿每条血管的轴向剖开并展成平面,以展开后血管的长方向（即血管轴向）0°为起始角,逆时针方向分别切取30°、 45°、 60°、90°、120°、 135°、 150°、180° 8个角度方向的样本。以1、5、10 mm/min的加载速率分别对3组样本进行单轴拉伸测试,以获得血管样本在8个不同方向及3种加载速率下的弹性模量和极限应力。 结果 不同角度样本的应力 应变曲线呈现出不同的黏弹性行为;随着样本角度的变化,从30°开始,弹性模量逐渐增大,到90°时弹性模量最大,然后逐渐减小,直到180°;极限应力与弹性模量的变化规律基本一致。不同加载速率对弹性模量和极限应力的结果具有明显的影响,但对血管的各向异性度影响较小。结论 猪主动脉血管呈现较强的各向异性,研究结果为有限元分析建模中材料属性的赋值提供参数参考,对理解血管生物力学特性具有重要的意义。     

猪升主动脉几何形态与显微结构的增龄性变化

目的:探讨猪升主动脉几何形态与显微结构成分在增龄过程中的变化规律,为猪→人异种心脏移植吻合血管提供必要的形态学基础。方法:应用组织学和计算机图像分析方法,对42例1～7月龄猪升主动脉进行计量形态学研究。结果:猪升主动脉的管径、壁厚、管腔面积、管壁面积与月龄间呈高度直线正相关关系(r分别为0.98、0.98、0.99、0.99,各P值均<0.001),它们分别以1.54mm月、0.15mm/月、28.26mm~2/月和12.28mm~2/月的速率增加。管壁中胶原纤维含量随之增加(P<0.05);弹性纤维含量以2、3月龄最高,而后维持在相对恒定水平,平滑肌的含量在增龄过程中未见明显变化(P>0.05)。结论:与人类相似,猪升主动脉几何形态、显微结构成分含量与年龄密切相关。     

人体主动脉瓣膜钙化组织的力学性质

目的采用纳米压痕测试方法,测量人体主动脉瓣取出物的钙化组织的材料力学性能。方法采集5名主动脉瓣狭窄患者的瓣叶取出物,选取钙化瓣叶进行纳米压痕测试,获得钙化组织弹性模量、硬度等材料力学参数。结果瓣叶钙化组织的弹性模量为(15.69±3.89) GPa,硬度为(0.59±0.15) GPa。结论通过纳米压痕测试方法得到瓣叶钙化组织的弹性模量和硬度,为瓣膜的生物力学研究提供实验数据参考。     

ACL和MCL拉伸力学性质实验研究

目的 研究了10具新鲜成人尸体膝关节前交叉韧带和内侧副韧带的拉伸力学性质,为临床提供生物力学参数.方法 取正常国人新鲜尸体前交叉韧带和内侧副韧带各20个试样进行单向拉伸实验,得出了破坏载荷、强度极限、最大应变、弹性模量.对实验数据以多项式进行拟合,得出了应力-应变曲线和应力-应变关系表达式.结果 前交叉韧带的拉伸强度极限最大应变弹性模量大于内侧副韧带.     

入颅动脉弹性成分变化的形态学观察和顺应性的应用研究

本研究用组织学方法和图像分析系统研究了颈内动脉、大脑中动脉和推动脉、基底动脉两个系统中弹性纤维和胶原纤维含量的变化，从颅外至颅内两个系统中弹性纤维和胶原纤维含量均有下降。根据压力－容积变化关系，结果表明大脑中动脉的顺应性明显低于颈内动脉。本研究结果支持了高血压性脑出血与脑动脉壁薄弱有关的观点。     

实验性低血压大鼠腹主动脉的形态结构重建

目的研究低血压状态下腹主动脉重建的规律,探讨腹主动脉的应力生长关系。方法在大鼠在肾动脉起点以下缩窄腹主动脉,建立实验性低血压大民模型,按不同的时相点,在血管组织切片上,观察腹主动脉的几何形态指标及其显微结构成份的变化。结果低血压导致腹主动脉几何形态、平滑肌、胶原纤维及弹性纤维呈“负增长”状态。结论腹主动脉壁面积减小出现早,趋势最稳定,且在各个时相点之间“负增长”率及总“负增长”幅度最大,是低血压大鼠动脉重建的特征性几何形态学指标。在血管三种显微结构成分中,平滑肌对应力的反应最敏感,总“负增长”幅度最大,是影响腹主动脉重建的主要因素。     

密质骨各向异性性质的力学实验及细观分析

目的研究牛股骨密质骨的微观结构特征与其力学行为间的关系。方法对牛股骨密质骨纵向和横向试样分别进行压缩实验;对破坏后的纵向和横向试样进行断裂路径、断裂表面微结构特征观察;基于复合材料细观力学的理论,分析密质骨中骨单元方向对骨纵向和横向弹性模量及断裂极限强度的影响。结果纵向试样的压缩弹性模量和断裂极限强度均明显大于横向试样的压缩弹性模量和断裂极限强度;纵向试样的断裂路径与加载方向近似为0°,且比较平直,而横向试样的断裂路径与加载方向近似为45°,且比较曲折;纵向试样断面中存在许多与加载方向平行的条状结构,断面较为光滑,而横向试样断面存在许多圆弧形凹坑或凸起,断面较为粗糙。结论牛股骨密质骨具有各向异性的力学性质,其各向异性力学性质与骨单元方向密切相关。     

猪降主动脉腹侧与背侧组织力学性能的实验研究

动脉组织的力学性能对于维持心血管健康具有重要意义,并与心血管相关疾病的发生发展密切相关。主动脉腹侧和背侧组织力学性能之间存在显著差异,但缺乏量化的力学性能参数,且其成因尚不清楚。本文以猪降主动脉腹侧与背侧组织为研究对象,通过双轴拉伸方法获取应力-应变曲线,分析组织正交各向异性,采用Gasser-Ogden-Holzapfel型应变能函数描述动脉组织力学性能参数,采用Elastic Van Gieson(EVG)法和天狼星红染色法观测动脉组织弹性纤维和胶原纤维显微结构。结果表明,与降主动脉腹侧组织相比,降主动脉背侧组织表现出更明显的正交各向异性,且在周向上的弹性模量明显大于降主动脉腹侧组织。降主动脉腹侧和背侧组织的超弹本构参数之间差异均无统计学意义,但几乎所有降主动脉组织的纤维角度都小于0.785 rad(45°),胶原纤维的排列更趋于周向。EVG和天狼星红染色显示降主动脉腹侧外-中膜弹性纤维层密度明显高于背侧组织,外-中膜胶原纤维背侧多于腹侧。结果提示,猪降主动脉背侧组织与腹侧组织之间的力学性能差异与外-中膜组织中的微观结构有关。在相对较小的应变范围内,可忽略降主动脉腹侧与背侧组织力学性能的差异;当应变较高时,则需区别对待。本研究结果可为动脉疾病(如动脉夹层)的成因以及人工血管设计等提供数据参考。     

PPA-O显示人体子宫组织中弹性和胶原纤维的组合染色法

在进行人体正常和肿瘤子宫组织的形态学研究中,选用丽春红S(ponceau S)、苦味酸(picric acid)和地衣红(orcein)进行组合染色,简称PPA-O法.经反复实验后,能够同时分别显示组织中弹性纤维、胶原纤维和平滑肌的分布及变化情况,得到了较好的染色效果,现将方法介绍如下.     

一种适合课堂开展实验的疏松结缔组织铺片法

为了适应当前我国医学高等教育改革的方向,培养综合型高素质医学人才,在传统的验证性组织胚胎学实验教学内容中添加了综合性动手实验。针对目前开展的疏松结缔组织铺片综合性实验所遇到的问题,探索出一种适合课堂开展的、简单易行的疏松结缔组织铺片法。实践证明,该法用时短,操作简单易掌握,实验结果稳定,成功率高,比较适用于课堂学生实验。     

大鼠死后胸主动脉生物力学特征变化规律的研究

取死后0～7 d大鼠胸主动脉进行单轴拉伸实验,观察各力学指标随死后经过时间(Post mortem interval,PMI)延长的演变,选取有明显变化趋势的力学指标进行统计分析.力学指标中最大值应力、最大值应变、能量与PMI有显著相关,其决定系数(R2)分别为0.822、0.716、0.669(P＜0.001).表明运用拉伸实验测量胸主动脉生物力学指标的变化可用于PMI推断.     

实验性高度近视眼巩膜胶原及弹性模量的变化

目的探讨实验性高度近视眼巩膜组织的胶原及弹性模量的变化,进一步明确高度近视眼的发生机制。方法 1月龄新西兰大白兔20只随机单侧眼球眼睑缝合建立高度近视眼动物模型,另一侧眼球为正常对照眼,建模60 d后,测量眼轴长度确定建模成功;获取不同部位巩膜组织(前部、赤道部和后部巩膜),一部分巩膜制成巩膜条带,用Instron 5544试验机检测巩膜的弹性模量,一部分巩膜组织固定后进行HE染色观察巩膜结构,一部分巩膜组织固定后通过电镜观察胶原原纤维,一部分巩膜组织匀浆检测羟脯氨酸浓度,确定胶原含量。结果随着月龄增加,巩膜组织弹性模量和胶原含量不断增加,胶原原纤维的直径不断增大。高度近视眼后部巩膜的弹性模量、羟脯氨酸含量明显小于正常眼,且胶原原纤维的直径小于正常眼,而前部和中部巩膜未见明显差异。结论在高度近视发生过程中,后部巩膜发生重塑,胶原原纤维的排布和胶原含量发生变化,导致后部巩膜生物力学性能降低,容易发生扩张和变形,进而引起近视。研究结果为后续以胶原为靶点,在生长发育早期防治高度近视眼奠定基础。     

胶原纤维束对软骨力学性能的影响

目的 研究胶原纤维束对软骨力学性能的影响,为临床医生指导早期软骨损伤患者的康复运动提供参考。方法 建立一种纤维增强的多孔黏弹性二维数值模型,考虑纤维分布、弹性模量、孔隙率和渗透率随软骨深度的变化关系。研究纤维束局部断裂和从表面渐进断裂以及纤维束尺寸对软骨力学性能的影响,获得软骨基质的最大主应变。结果 基质的最大主应变出现在软骨中层靠上某个位置,此位置不受纤维断裂模式和纤维束尺寸的影响。含较粗纤维束软骨的应变降低。结论 软骨中层易发生力学损伤,纤维束增粗可以降低基质的最大主应变,一旦纤维束发生断裂,较粗纤维束的软骨的基质最大主应变更大,使软骨更易发生损伤演化情况。     

An Ex Vivo Study of the Biological Properties of Porcine Aortic Valves in Response to Circumferential Cyclic Stretch

Normal physiological mechanical forces cause constant tissue renewal in aortic valve leaflets (AVL) while altered mechanical forces incite changes in their structural and biological properties. The current study aims at characterizing the remodeling properties of AVL subjected to cyclic circumferential stretch in a sterile ex vivo bioreactor. The leaflets cultured were stretched at a maximum rate of 300%s(-1) corresponding to a 15% strain for 48 h. Collagen, sulfated glycosaminoglycan (sGAG), and elastin contents of the stretched, fresh, and statically incubated leaflets were measured. Cusp morphology and cell phenotype were also examined. AVLs exposed to cyclic stretch showed a significant increase in collagen content (p < 0.05) when compared to fresh and statically incubated AVLs. sGAG content was significantly reduced in the stretched AVLs (p < 0.05) when compared to the fresh leaflets and was comparable between stretched and statically incubated AVLs. There was no statistically significant change in elastin content in all the three groups of AVLs (p > 0.05). Native aortic valve morphology was well preserved in stretched leaflets. Immunohistochemistry and immunoblotting studies showed an increased expression of alpha-smooth muscle actin (alpha-SMA) in stretched leaflets while alpha-SMA expression was reduced in statically incubated AVLs when compared to the fresh leaflets. To conclude, circumferential cyclic stretch altered the extracellular matrix remodeling activity of valvular cells, and consequently the extracellular matrix composition of the AVLs. Most interestingly, the contractile and fibrotic phenotypic expression of valve interstitial cells was enhanced. These results show that circumferential cyclic stretch is a possible mediator for AVL remodeling activity.     

猪动脉血管的力学性能分析

目的分析不同部位动脉血管力学性能的差异,以及不同测试方法对实验结果的影响。方法根据动脉血管自身的形状特点设计独特的夹具,分别对猪胸主动脉和颈总动脉进行管状轴向/径向和片状轴向/环向方向的单轴拉伸测试,并对其力学非线性开展数据拟合分析。结果动脉血管在管状状态下拉伸获得的力学性能要强于片状状态下的拉伸结果,数值结果的差异还会随着血管管径的变小而愈加显著。结论实验结果提供了更加全面可靠的血管力学参数,为血管有限元模型和本构关系的构建提供有利数据支撑,指导组织工程血管移植物的设计制造,同时也有利于研究分析某些血管疾病潜在的病理生理,为疾病的临床治疗呈现更好的治疗效果。     

硅胶材料穿刺力学性能的实验研究

目的 通过实验研究获取静脉穿刺机器人较为合适的穿刺方法。方法 对弹性材料采用不同的穿刺速度、角度进行穿刺,从而获得各种穿刺方法过程中的力-时间曲线。结果 在穿刺过程中,随着穿刺角度增大,所需的穿刺力越小;穿刺速度越快,穿刺力越大。结论 在进行静脉穿刺机器人穿刺方法设计时,宜采用 40°～45°穿刺角度和120～300 mm/min穿刺速度进行穿刺。研究结果为静脉穿刺机器人穿刺角度及速度的选取提供参考。     

顶骨不同分区骨片材料力学参数差异

目的 明确顶骨不同分区骨片材料力学参数差异及其与厚度的关系。方法 将左侧顶骨分为上顶、侧顶及后顶3个分区并截取各分区骨片,利用准静态三点弯曲实验对骨片的极限载荷、极限载荷作用下的形变、弯曲强度及弹性模量进行检测,分析不同分区顶骨的材料力学参数差异,并探讨骨骼厚度与上述参数的相关性。结果 上顶、侧顶及后顶的厚度依次为上顶>后顶>侧顶(F=21.298,P<0.05)。极限载荷、弯曲强度及弹性模量在上顶(F=7.082)、侧顶(F=5.206)及后顶(F=77.748)组间差异均具有统计学意义(P<0.05)。极限载荷依次为上顶>后顶>侧顶。弯曲强度与弹性模量均为侧顶>后顶>上顶。极限载荷作用下的形变在上顶与侧顶两组间比较差异具有统计学意义(P<0.05)。极限载荷与厚度呈正相关(r=0.683,P<0.05),而弯曲强度(r=-0.467)及弹性模量(r=-0.646)均与厚度呈负相关(P<0.05)。结论 顶骨不同分区的材料力学参数及厚度均存在差异,极限载荷与厚度呈正相关,而弯曲强度与弹性模量均与厚度呈负相关。