大鼠小梁网组织表观弹性模量与组织弹性模量关系的数值模拟

背景：小梁网的组织力学特性与房水流出阻力密切相关。考虑到小梁网组织的多孔结构特点,利用原子力显微镜压痕技术可获取组织的表观弹性模量,但该方法无法获取组织弹性模量信息,因此,小梁网组织表观弹性模量与组织弹性模量之间的关系缺少定量研究。目的：通过有限元模拟进一步分析小梁网表观弹性模量和组织弹性模量的关系。方法：基于大鼠小梁网组织的双光子共聚焦图像构建该组织的三维结构模型,利用有限元分析模拟压痕实验,获取不同位置处组织表观弹性模量,模拟整体压入实验获取组织的弹性模量。结果与结论：实验获取了基于原子力显微镜压痕实验的一阶Ogden模型参数范围,模拟原子力显微镜压痕实验获取的小梁网组织表观弹性模量平均值介于当压缩比为1%-2%时组织的弹性模量范围之内。实验量化了小梁网组织表观弹性模量和弹性模量的关系,为该组织的力学特性的研究提供了方法学参考。     

小梁网组织表面力学特性及其各向异性模型

目的 探讨小梁网组织表面弹性模量的变化趋势,并使用各向异性模型模拟,验证各向异性模型的合理性。方法 对 2 只大鼠的 4 个小梁网样本在表面不同位置进行原子力显微镜( atomic force microscope,AFM)压痕实验,并使用本课题组提出的各向异性小梁网力学模型对小梁网组织表面不同位置处测得的弹性模量进行模拟实验。结果测试得到的小梁网组织表面弹性模量会随着位置不同而变化,并且在小梁网中段达到最小值;各向异性小梁网力学模型可以较好地模拟这一现象。 结论 各向异性小梁网力学模型在描述小梁网力学特性方面具有较强的理论意义与实用价值。 同时,该模型可以解释对小梁网组织进行单轴拉伸与 AFM 压痕实验获得的弹性模量之间的巨大差别。 因此,各向异性小梁网模型是对小梁网力学特性的一种更好描述。     

大鼠小梁细胞的体外培养及弹性模量的测量

目的小梁网是由小梁薄片和其上的小梁细胞构成的网状结构,它对眼压和房水流出具有重要的调节作用,同时小梁细胞的力学特性和生物学特性与房水流出阻力密切相关。因此本研究主要探讨体外培养的大鼠小梁细胞的生物学特性并应用原子力显微镜测量其弹性模量,为今后建立高眼压动物模型并探究原发性开角型青光眼的发病机制提供理论依据。方法取3只SD大鼠双眼小梁网组织,应用消化法对小梁细胞进行体外混合培养。倒置相差显微镜和免疫组化SABC染色的方法确定小梁细胞并观察其生物学特性。应用原子力显微镜压痕方法测量细胞的弹性模量。结果大鼠小梁细胞10 d左右达到融合,细胞形态多样,免疫组化检测结果显示层粘连蛋白、纤维连接蛋白和神经元特异性烯醇化酶染色阳性。小梁细胞弹性模量为1. 02 kPa±0. 66 k Pa。结论消化法成功培养出大鼠小梁细胞,并利用原子力显微镜测得小梁细胞的弹性模量,为之后研究青光眼小梁细胞的特性奠定基础。     

基于双光子共聚焦成像的急性高眼压大鼠小梁网孔隙率变化研究

目的获取不同眼压下小梁网组织深层结构信息,为小梁网房水外排通道生理功能的探索奠定组织形态学基础。方法将4只SD大鼠分成A、B两组每组2只,处死后于左眼球分别加压40mm Hg(A组)、加压60 mm Hg(B组),维持24 h。右眼均为未加压对照组,利用双光子共聚焦成像系统采集每只眼球的小梁网组织形态图:从眼底剖开眼球后照射前房角小梁网处,每2μm采集图像,直至图像模糊停止。结果未加压的对照组眼球小梁网处胶原纤维排列较为规则,孔隙明显,小梁网与周围组织界限分明。加压40 mm Hg的A组眼球小梁网胶原纤维出现了部分塌缩,小梁网与周围组织出现融合,偶尔可见一些孔隙,胶原纤维排列呈无序状态。加压60 mm Hg的B组眼球小梁网胶原纤维断裂较明显,临管区被挤压到完全塌陷,与周围组织已无法分辨。A、B两组动物的小梁网均表现出骨架断裂,组织变薄,逐渐与周围组织融为一体,以及出现远端的巩膜静脉塌缩的现象。与A组眼球相比,B组眼球的葡萄膜小梁网孔隙率略有增加。结论急性眼内压升高可能引发房水外排通道结构异常,主要表现为前房角小梁网组织压缩、巩膜静脉塌陷。这一解剖结构异常造成房水排出困难,从而又加剧了眼内压的升高。     

原子力显微镜压痕曲线分析方法的比较研究

为了比较两种基于赫兹模型的原子力显微镜(AFM)力-距离分析方法,本研究使用AFM获取Hela和MCF-7两种细胞的力-距离曲线。在获得接触点的基础上,采用斜率法和两点法分别分析计算得到不同压痕深度下细胞的弹性模量。结果显示,Hela细胞的杨氏模量高于MCF-7细胞,这与两种细胞的微丝分布情况一致。研究还发现两种细胞的弹性模量随着压痕深度的增加而减少,但斜率法曲线的变化趋势平缓,提示斜率法能减少由于接触点判断错误引起的杨氏模量计算误差。本研究为AFM力-距离曲线分析方法的选择提供了参考依据。     

基于双光子共聚焦成像的大鼠小梁网三维重建及有限元分析

青光眼是一组威胁视神经视觉功能、与眼压升高密切相关的眼病。目前认为临床上大部分眼压的升高与房水流出阻力增加有关,特别是小梁网流出阻力的增加。因此,研究高眼压下影响房水外流阻力的重要区域小梁网的形态学信息尤为重要。通过前房灌注的方法制造大鼠急性高眼压动物模型,将6只SD大鼠分成两组(A组和B组),B组大鼠处死后于左眼球加压60 mmHg处理,其余眼球均为未加压对照组,利用双光子共聚焦成像系统采集正常眼压和高眼压下小梁网组织的断层序列图,通过图像处理方法,定量分析眼压对小梁网组织孔隙率变化的影响。通过三维重建获取正常眼压下的小梁网结构模型,并利用有限元方法,探讨眼压对于小梁网组织形态结构的影响。结合实验数据与模拟计算的结果,综合分析眼压的变化对于小梁网外流阻力的影响。高眼压组数据显示,部分小梁与周围组织融合,胶原纤维出现塌缩,越是靠近前房的小梁组织损伤越严重。有限元分析结果表明,孔隙越多的区域变形越大,而且压力越大,小梁变形程度越明显。眼内压升高可能会引起房水外流通道结构发生异常,主要表现为小梁网胶原纤维发生塌缩。高眼压与正常眼压情况相比,小梁网区域外流阻力增大的可能性较大。     

基于超声压痕技术的兔眼角膜生物力学特性

目的利用超声压痕技术探索兔眼角膜的生物力学特性。方法选取7月龄新西兰白兔眼球7只,制作完整角膜试样并固定于人工前房上。用微量注射泵给人工前房注水改变前房内的压力,并用压力传感器测量;在不同前房压力状态下,利用超声压痕设备在角膜顶点位置进行压痕实验,获得力-位移曲线。研究角膜力学参数(弹性模量、滞回量等)与前房压力的关系。结果由角膜压痕实验所得的力-位移曲线呈现非线性特点。前房内压力越大,角膜的力-位移曲线越陡峭。兔眼角膜的弹性模量随前房压力升高而增大,在前房压力为7～45 mm Hg(1 mm Hg=0. 133 k Pa)范围内,其数值范围为0. 30～1. 55 MPa。随前房压力增大,角膜滞回量呈现线性上升趋势。结论基于超声压痕技术获得的兔眼角膜弹性模量随前房压力呈线性增大,滞回量等角膜黏性特性参数与前房压力也相关。     

巩膜的区域性力学性能研究

目的比较不同区域巩膜力学特性的差异。方法以健康家猪眼为材料,将巩膜分为前部、赤道部和后部3个区域,对整体眼球巩膜的不同区域分别进行局部压痕;沿赤道方向对不同区域巩膜进行环切,制成条带状试件,采用INSTRON 5544材料试验机进行单轴拉伸。结果正常生理载荷范围内,局部压痕法测得巩膜前部、赤道部、后部的刚度分别为(0.91±0.21)、(0.6±0.16)、(0.39±0.13)MPa;单轴拉伸测得巩膜前部、赤道部、后部的弹性模量分别为(1.28±0.37)、(0.95±0.31)、(0.72±0.28)MPa。结论局部压痕法能够反映巩膜的区域性力学特性;巩膜前部相比赤道区域及后部具有更强的刚度。实验结果为进一步探讨近视等眼部疾病的发病机理提供参考。     

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。     

巩膜胚后发育过程中巩膜组织结构及生物力学特性变化

目的探讨兔巩膜组织在不同月龄期的形态结构及生物力学性能变化。方法选择1、2、3月龄新西兰大白兔,取眼球,测量眼球直径和眼轴长度;获取巩膜组织,测量巩膜组织厚度,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,另一部分巩膜组织制成巩膜条带,用Instron 5544试验机检测巩膜的弹性模量。结果眼球直径、眼轴长度和巩膜的厚度随月龄增加而增大。巩膜组织的弹性模量随月龄增加而增大。巩膜组织中巩膜成纤维细胞数量随月龄增加而减少,纤维束增多变粗。胶原原纤维直径随月龄增加而增大。结论在巩膜胚后生长过程中,眼球和巩膜的结构不断发生变化,胶原纤维不断增多、变粗,巩膜组织的生物力学性能也随之提高,了解巩膜胚后生长发育机制可为巩膜相关疾病的防治提供理论指导。     

Modes of Inheritance of Errors of Refraction

Eighteen families in which both parents had refractions within the range of +4·0 D to −4·0 D and axial lengths seen in emmetropia (22·3-26·0 mm) showed coefficients of correlation of the order 0·5 indicative of polygenic inheritance. Such coefficients were seen for axial length (0·407) and for the cornea (0·487), but not for the lens (which is known to be yoked to the axial length). No such coefficients were seen in 19 families in which one of the parents had axial length outside the emmetropic range (nine families with long axes and 10 with short axes).

The pattern of polygenic inheritance for emmetropia (completely correlated optical components) and errors of refraction up to 4·0 D (inadequately correlated components: correlation ametropia) follows that seen in stature and other measurable characters. In contrast the high refractive errors with their abnormal axial lengths (component ametropia) are—like the extremes in stature—pathological anomalies with monofactorial inheritance.

     

Level of functioning of siblings and parents of probands of varying degrees of retardation

A further analysis of already published data supports the position that retardates of low ability level less frequently have retarded siblings, retarded parents, and parents low in occupational level than do retardates higher in ability level. The analysis supports the position that there are two types of retarded individuals, persons retarded as a result of gene or chromosomal anomalies, brain injury, etc., who more frequently occur in the lower-level retardate group, and persons whose retardation represents polygenic segregation, who more frequently occur in the higher-level group.