Через очищенную аорту: три

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 8632 (2022) Цитировать эту статью

1165 Доступов

1 Цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Среда стенки аорты характеризуется изменением слоев эластина и гладкомышечных клеток (ГМК), а также коллагеновых волокон в обоих слоях и играет центральную роль в функциональном и патологическом ремоделировании, таком как гипертония и атеросклероз. Поскольку функция артерий тесно связана с внутренней структурой артериальной стенки, важно исследовать изменение артериальной микроструктуры во время макроскопической деформации, чтобы понять сердечно-сосудистые патологии. В настоящем исследовании был использован метод очистки тканей при трехмерной механической характеристике грудной аорты крыс и успешно наблюдались изменения в структуре каждого из трех основных компонентов аорты под внутрипросветным давлением при сохранении механической целостности и гибкости ткани. Слои эластических волокон и ГМК на интимальной стороне деформировались сильнее, чем на адвентициальной стороне. Более того, наблюдалось структурное согласие в угле выравнивания между ядрами SMC и эластическими волокнами на их интимальной стороне, но не на адвентициальной стороне. Это первое исследование, в котором изменения микроструктуры трех основных компонентов аорты были визуализированы и оценены через аорту. Установленный здесь метод также был бы полезен для понимания тканевой механики других мягких тканей, несущих нагрузку.

Стенка аорты состоит из трех слоев: интимы, среды и адвентиции. Среди них среда в основном управляет механическим поведением аорты и играет центральную роль в функциональном, а также патологическом ремоделировании, таком как гипертония и атеросклероз. Среда в основном состоит из эластина, коллагена и гладкомышечных клеток сосудов (ГМК), каждая из которых имеет модуль упругости разного порядка. А именно, общепринятые значения модуля эластина, коллагена и ГМК составляют примерно 0,6 МПа1, 1 ГПа1 и 1–100 кПа2 соответственно. Эластин и ГМК образуют в среде отчетливые чередующиеся слои, эластические ламели (EL) и слой гладких мышц (SML)3, тогда как коллагеновые волокна присутствуют в обоих слоях среды и адвентиции. Эластичные ламели состоят из ориентированного по окружности эластина (71% от общего медиального эластина), имеют небольшие фенестрации внутри пластинчатой ​​структуры EL4,5,6 и имеют волнистую конформацию как в окружном, так и в осевом направлении в ненагруженном состоянии7. 8,9. Эта структурная неоднородность привела к нелинейному, вязкоупругому механическому поведению аорты при внутрипросветном повышении давления.

Механическое поведение аорты обычно описывается в две фазы10: большая деформация в диапазоне низкого давления и небольшая деформация в диапазоне высокого давления. В первой фазе в диапазоне низкого давления стенка аорты радиально расширяется за счет окружного растяжения эластических волокон и выпрямления волнистых коллагеновых волокон, тогда как во второй фазе в диапазоне высокого давления, что соответствует внутри и над физиологическим уровнем крови. под давлением стенка аорты демонстрирует ограниченное расширение, поскольку жесткие, выпрямленные коллагеновые волокна выдерживают механическое напряжение11. При деформации ткани ГМК также деформируются преимущественно в окружном направлении12, что может быть механическим триггером функционирования ГМК. Поскольку функция артерий тесно связана с внутренней структурой артериальной стенки, важно исследовать изменение артериальной микроструктуры во время макроскопической деформации, чтобы понять сердечно-сосудистые патологии и последующие изменения функций и механики артерий. Такую информацию необходимо получить в результате экспериментов по сохранению уникальной трехмерной структуры артерий.

Недавние попытки трехмерной характеристики механического поведения аорты с использованием интактных эксплантатов аорты продемонстрировали, что доля коллагеновых волокон, которые оставались волнистыми, была выше в EL, чем в SML, даже в диапазоне высокого давления13, что позволяет предположить, что SML более растянуты, чем EL, во время наддув. Это может привести к межслоевому скольжению при окружной деформации14. Между тем, в этом исследовании также сообщалось, что уровни деформации в EL и SML находятся на одинаковом уровне, и не было статистически значимых различий в уровнях деформации между внутренними и внешними слоями EL, а также SML. Эти результаты были получены на грудной аорте мыши, вероятно, из-за ограниченного пропускания возбуждающего двухфотонного лазера через более толстый образец аорты более крупных животных13,15. Соответственно, существует необходимость изучить трехмерное механическое поведение аорты у различных модельных животных при внутрипросветном повышении давления, чтобы получить всестороннее понимание сосудистой биомеханики, и для достижения этой цели необходимо создать подходящую экспериментальную установку.