本文選題：層流　切入點(diǎn)：剪切力　出處：《天津醫(yī)科大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：血液透析是終末期腎病患者重要的治療方法,動(dòng)靜脈血管內(nèi)瘺是維持性血液透析患者首選的血管通路。長(zhǎng)期穩(wěn)定的血管通路對(duì)維持性血液透析患者的生活質(zhì)量和生存時(shí)間意義重大。從手術(shù)建立動(dòng)靜脈血管內(nèi)瘺到其發(fā)展成熟為具有充足的血流量可以用于穿刺透析,需要一段時(shí)間的成熟期。在內(nèi)瘺成熟的過程中,動(dòng)靜脈血管內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生了巨大變化,并促使吻合的血管產(chǎn)生一系列的病理和生理學(xué)變化。血流剪切力為影響內(nèi)瘺成熟的重要因素。第一部分平行板流動(dòng)室流場(chǎng)的建立和數(shù)值模擬研究目的:動(dòng)靜脈內(nèi)瘺是人為將動(dòng)脈與靜脈血管吻合后形成的非生理性產(chǎn)物。內(nèi)瘺建立后,動(dòng)脈血和或部分靜脈血混合后流經(jīng)靜脈端返回心臟。由于血管徑、血流量和內(nèi)瘺夾角各不相同,且動(dòng)靜脈內(nèi)瘺血流復(fù)雜,往往難以分析和研究。本研究應(yīng)用平行板流動(dòng)腔模擬管腔和血流,CFD軟件分析平行平板流動(dòng)腔內(nèi)流體類型、剪切力的大小和分布。為分析內(nèi)瘺復(fù)雜血流做理論和實(shí)踐準(zhǔn)備。方法:應(yīng)用平行平板流動(dòng)腔模擬動(dòng)靜脈血管內(nèi)瘺內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)變化。應(yīng)用CFD軟件建模并分析流動(dòng)腔內(nèi)流體模式及剪切力的分布。結(jié)果:(1)由于本算例為壓差驅(qū)動(dòng)流,流場(chǎng)的壓強(qiáng)分布在x、z方向上沒有太大的差異,沿著流動(dòng)方向壓強(qiáng)逐漸減小。(2)整個(gè)計(jì)算域?yàn)閷恿髁鲃?dòng),速度在圓管入口經(jīng)過一段發(fā)展后形成拋物狀分布,而后在狹窄長(zhǎng)方體物塊中,流體進(jìn)行摻混、紊亂的流動(dòng)并有渦流的存在,進(jìn)入底面流動(dòng)腔室(底板)后,流體為穩(wěn)定均勻的流動(dòng)狀態(tài),速度沿著y、x方向幾乎無變化,但在z方向上呈現(xiàn)拋物線型分布(典型的泊肅葉流動(dòng)特征),中間速度最大。(3)壁面切應(yīng)力在底板中央層流區(qū)域均勻分布且數(shù)值較大。靠近壁面區(qū)域由于有渦流的存在且速度垂向梯度較小,因此該區(qū)域壁面切應(yīng)力較小。在上述兩個(gè)區(qū)域之間存在一個(gè)區(qū)域,由于存在較大的速度梯度,壁面切應(yīng)力達(dá)到峰值,但該區(qū)域很小,對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)的影響也相對(duì)較小。(4)流動(dòng)腔室中速度梯度與壁面切應(yīng)力呈正比例關(guān)系。結(jié)論:(1)流動(dòng)腔內(nèi)流體為壓差驅(qū)動(dòng)流,壓強(qiáng)的分布沿血流方向逐漸減低。(2)流體進(jìn)入底面流動(dòng)腔室(底板)后,成為穩(wěn)定均勻的流動(dòng)狀態(tài),速度沿著y、x方向幾乎無變化。(3)入口流量越大,流動(dòng)腔室中速度梯度越大,壁面切應(yīng)力也越大。剪切力和速度梯度成正比,由于本研究中流體速度較小,剪切力和速度也近似呈正比關(guān)系。第二部分生理狀況下剪切力對(duì)靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的影響目的:內(nèi)皮細(xì)胞呈單層貼覆于血管內(nèi)表面,是各種力學(xué)變化的主要受力者。小窩蛋白是分布于內(nèi)皮細(xì)胞表面的力學(xué)感受器,當(dāng)剪切力作用于內(nèi)皮細(xì)胞時(shí),會(huì)引起膜表面蛋白表達(dá)及分布的變化。在生理狀況下,血流剪切力直接作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞,內(nèi)皮細(xì)胞表面的力學(xué)感受器在接受刺激后,將力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為生物信號(hào)并傳遞到細(xì)胞核,從而影響內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)功能。本研究通過不同剪切力不同時(shí)間的刺激,研究血管內(nèi)皮細(xì)胞功能的變化,評(píng)估其在內(nèi)瘺內(nèi)膜增生中的作用。方法:應(yīng)用平行平板流動(dòng)腔模擬動(dòng)靜脈內(nèi)瘺靜脈端管腔,培養(yǎng)基模擬血流產(chǎn)生剪切力,以臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞模擬靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞。低于生理水平剪切力、生理水平剪切力和超生理水平剪切力三種力作用于靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞。剪切力作用時(shí)間分別為0小時(shí)、6小時(shí)、12小時(shí)和24小時(shí)。應(yīng)用Western blotting和RT-PCR等方法檢測(cè)不同剪切力和不同時(shí)間下Cav-1、p-ERK、t-ERK、NF-κB等的表達(dá)水平。結(jié)果:在生理性剪切力作用下,隨著時(shí)間的延長(zhǎng)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)Cav-1水平逐漸下降,而細(xì)胞因子NF-κB、p-ERK的水平隨時(shí)間延長(zhǎng)表達(dá)水平增多。而在不同剪切力作用12小時(shí)情況下,內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)Cav-1的水平隨作用力的增強(qiáng)而增多,細(xì)胞因子NF-κB、p-ERK的表達(dá)在低于生理性剪切力的作用下明顯較多且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,其他剪切力情況下表達(dá)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論:剪切力的作用時(shí)間和剪切力的強(qiáng)度對(duì)Cav-1的表達(dá)均有明顯的影響。細(xì)胞因子NF-κB、p-ERK的表達(dá)具有時(shí)間依賴性,且低剪切力的作用對(duì)表達(dá)的影響較大。因此低剪切力和長(zhǎng)期的作用對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞功能的影響較大,可能與內(nèi)瘺血管的內(nèi)膜增生、血栓形成和局部平滑肌細(xì)胞的遷移有關(guān)。第三部分尿毒癥環(huán)境下剪切力對(duì)靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的影響目的:終末期腎病患者在CKD晚期開始出現(xiàn)血肌酐、鈣磷代謝紊亂和代謝性酸中毒等并發(fā)癥。而這些因素在一定程度上影響了血管內(nèi)皮細(xì)胞功能,造成內(nèi)皮細(xì)胞損傷。因此研究尿毒癥環(huán)境中,血流剪切力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的影響至關(guān)重要。方法:在培養(yǎng)基中加入一定濃度尿毒癥患者血清模擬尿毒癥環(huán)境,應(yīng)用平行平板流動(dòng)腔模擬血流剪切力。低于生理水平剪切力、生理水平剪切力和超生理水平剪切力三種力作用于靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞。剪切力作用時(shí)間分別為0小時(shí)、6小時(shí)、12小時(shí)和24小時(shí)。應(yīng)用Western blotting和RT-PCR等方法檢測(cè)不同剪切力和不同時(shí)間下Cav-1、p-ERK、t-ERK、NF-κB等的表達(dá)水平。結(jié)果:在尿毒癥環(huán)境中,在生理性剪切力作用下,隨著時(shí)間的延長(zhǎng)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)Cav-1水平也呈逐漸下降,但整體表達(dá)水平均較低。細(xì)胞因子NF-κB、p-ERK的水平隨時(shí)間延長(zhǎng)表達(dá)水平增多,但是12小時(shí)后增速變緩。而在不同剪切力作用12小時(shí)情況下,內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)Cav-1的水平隨作用力的增強(qiáng)而增多,細(xì)胞因子NF-κB、p-ERK的表達(dá)在低于生理性剪切力的作用下明顯較多且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,其他剪切力情況下表達(dá)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論:在尿毒癥環(huán)境中,剪切力的作用時(shí)間和剪切力的強(qiáng)度對(duì)Cav-1的表達(dá)均有影響。作用時(shí)間越長(zhǎng),細(xì)胞因子NF-κB、p-ERK的表達(dá)越多。低剪切力對(duì)細(xì)胞因子NF-κB、p-ERK表達(dá)的影響較大。因此,在尿毒癥環(huán)境中,低剪切力和長(zhǎng)期的作用仍是內(nèi)皮細(xì)胞功能活化的有效刺激因素,其與內(nèi)瘺血管的內(nèi)膜增生、血栓形成和局部平滑肌細(xì)胞的遷移有關(guān)。
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【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R459.5;R692.5
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本文編號(hào)：1626295