【摘要】：心血管病是一種世界范圍內(nèi)的常見疾病。主動脈具有復(fù)雜的幾何、微結(jié)構(gòu)和血流動力學(xué)特征。常見疾病有動脈粥樣硬化、動脈瘤和動脈夾層。主動脈疾病的發(fā)生、發(fā)展和病理變化與動脈的幾何形態(tài)和微結(jié)構(gòu)密切相關(guān),此外,上述疾病發(fā)生的區(qū)域與血管壁的力學(xué)性能和血流動力學(xué)特征相互作用。因此,系統(tǒng)的研究主動脈的幾何形態(tài)學(xué)和力學(xué)性能,是臨床診斷和治療主動脈疾病的必要條件。動脈組織是具有非線性力學(xué)特征的各向異性多層復(fù)合材料,且隨著遠(yuǎn)離心臟,主動脈彈性模量增加。血管壁厚度和直徑沿降主動脈近心端到遠(yuǎn)心端呈減小趨勢。目前系統(tǒng)性的對主動脈不同區(qū)域的力學(xué)特性的研究還不全面,有關(guān)結(jié)構(gòu)的差異研究還未完善。為揭示動脈系統(tǒng)的區(qū)域性力學(xué)特征和其成因,本文主要完成了以下工作:(1)采用單軸拉伸法對豬降主動脈共十六個(gè)不同區(qū)域沿周向和軸向兩方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。豬降主動脈沿軸向被分為近心端,近心端-中段,遠(yuǎn)心端-中段,遠(yuǎn)心端四個(gè)區(qū)域;沿周向分為前側(cè),后側(cè),左側(cè),右側(cè)四個(gè)區(qū)域,共十六個(gè)部分進(jìn)行研究。得到了豬降主動脈十六個(gè)區(qū)域的沿周向和軸向兩方向的力學(xué)特性,用數(shù)學(xué)模型計(jì)算了包括彈性纖維模量,膠原纖維模量,生理應(yīng)力下的組織剛度。結(jié)果顯示,軸向膠原纖維模量最大值總是出現(xiàn)在腹側(cè)區(qū)域,最小值總是出現(xiàn)在背側(cè)區(qū)域;豬降主動脈近心端左側(cè)區(qū)域與背側(cè)區(qū)域的軸向膠原纖維模量低于腹側(cè)和右側(cè)區(qū)域。此部分研究系統(tǒng)性的給出了降主動脈力學(xué)特性的周向區(qū)域情況,并指出了動脈瘤可能發(fā)生的薄弱位置。(2)采用雙軸拉伸法對降主動脈腹側(cè)與背側(cè)組織進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究;使用EVG染色法對兩部分組織進(jìn)行組織分析。結(jié)果顯示腹側(cè)與背側(cè)區(qū)域組織存在正交各向異性差異。并采用EVG染色分析了兩部分組織結(jié)構(gòu)對力學(xué)性能的影響,進(jìn)一步探究了腹側(cè)與背側(cè)血管壁組織的正交各向異性差異是由兩者中膜靠近外膜的外-中膜部分組織結(jié)構(gòu)差異造成的。同時(shí)給出了腹側(cè)與背側(cè)區(qū)域的Gasser-Ogden-Holzapfel型應(yīng)變能函數(shù)的本構(gòu)參數(shù),為進(jìn)一步的建模分析及臨床研究提供了基礎(chǔ)。(3)采用10mm/min,20mm/min和50mm/min拉伸速率對豬肺動脈、主動脈弓、降主動脈近心端和降主動脈遠(yuǎn)心端四個(gè)區(qū)域的動脈進(jìn)行了雙軸拉伸力學(xué)實(shí)驗(yàn)。將降主動脈與肺動脈的主動脈弓的力學(xué)特性聯(lián)系起來,系統(tǒng)性的給出四個(gè)區(qū)域的動脈特征。結(jié)果顯示肺動脈的Gasser-Ogden-Holzapfel型應(yīng)變能函數(shù)參數(shù)μ小于主動脈組織;而主動脈組織之間的差異主要出現(xiàn)在參數(shù)k_2上,隨著遠(yuǎn)離心臟k_2值增大。同時(shí)得到了動脈的雙軸力學(xué)性能在10-50mm/min之間的拉伸速率下測量差異不大。指出在測量動脈壁的雙軸力學(xué)特性時(shí),可采用相對較快的伸長率來對動脈壁進(jìn)行加載,大幅度幅度減少測量時(shí)間。(4)采用微壓測量法對豬肺動脈、主動脈弓、降主動脈近心端和降主動脈遠(yuǎn)心端四個(gè)不同區(qū)域的血管壁進(jìn)行力學(xué)性能以及彈性毛細(xì)管效應(yīng)研究。結(jié)果顯示四個(gè)區(qū)域的動脈壁具有不同彈性,但主動脈的三個(gè)區(qū)域具有相似的彈性毛細(xì)管效應(yīng)。因此,我們建立了微壓頭相對血管壁的壓入-卸載-粘附抬起過程的模型,并使用單軸拉伸法,EVG染色和Western Blot等手段驗(yàn)證了血管壁中膜的內(nèi)-中膜部分具有相似的力學(xué)性能和組織成分,論證了模型的有效性。應(yīng)用該模型的壓入部分可有效的測量大動脈透壁方向的彈性,應(yīng)用模型的卸載-粘附抬起部分可獲得動脈壁中膜靠近內(nèi)膜部分的力學(xué)響應(yīng)。綜上所述,本文系統(tǒng)性的研究了豬主動脈系統(tǒng)不同區(qū)域動脈組織的力學(xué)特性,同時(shí)分析了組織結(jié)構(gòu)對力學(xué)性能的影響。在前人的理論基礎(chǔ)上,建立并驗(yàn)證了微壓頭相對血管壁的壓入-卸載-粘附抬起過程的模型。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R318.01
【圖文】：

圖 1-1 彈性動脈的結(jié)構(gòu)示意圖[23]Fig 1-1 Schematic diagram of the structure of an elastic artery體動脈的解剖路徑動脈為體循環(huán)的動脈主干，起自左心室向右前上方行走達(dá)右側(cè)第 ，彎向左后方，至第 4 胸椎椎體左側(cè)，沿脊柱下降。穿膈肌主動脈繼續(xù)下行，至第 4 腰椎椎體下緣分為左右髂總動脈。根據(jù)行程，主動脈升部、主動脈弓和主動脈降部。主動脈降部又分為主動脈胸部。主動脈的彎曲度、走向、成角、分支和直徑等因人而異[24]。

圖 1-1 彈性動脈的結(jié)構(gòu)示意圖[23]chematic diagram of the structure of an ela徑脈主干，起自左心室向右前上方行第 4 胸椎椎體左側(cè)，沿脊柱下降。 腰椎椎體下緣分為左右髂總動脈。弓和主動脈降部。主動脈降部又分、走向、成角、分支和直徑等因人

太原理工大學(xué)博士研究生學(xué)位論文1.2.3 豬動脈的解剖路徑豬的主動脈常替代人體來研究大動脈的形態(tài)學(xué)、病理情況、移植手術(shù)以及動脈的力學(xué)性能等[25]。其心臟解剖特征與人類相似：豬的冠狀動脈從后隔動脈由右側(cè)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入小動脈系統(tǒng)，與其他物種(如狗)相比，其冠狀動脈更接近人類；豬的電生理系統(tǒng)的神經(jīng)源比肌源更強(qiáng)，且具有明顯的浦肯野纖維(PurkinjeFibers)；豬的主動脈具有一個(gè)真正的血管網(wǎng)絡(luò)，與人類的血管網(wǎng)絡(luò)類似；豬的血流動力學(xué)數(shù)據(jù)具有可靠性[26]。相較于嚙齒動物和其他小型哺乳動物而言，羊也是適合研究大動脈的優(yōu)秀模型。但鑒于其具有人畜共患病的風(fēng)險(xiǎn)和反芻動物的解剖結(jié)構(gòu)[27]，故在本文中選擇豬作為研究對象。值得注意的是，豬的主動脈弓上僅有兩個(gè)向上的動脈分支（圖 1-3），這與人類不同。

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本文編號：2804396