主动脉壁结构力学特性分析及其与夹层形成潜在关系的初步研究

摘要

目的:根据生物力学的基本原理，研究正常人主动脉壁力学特性分布情况，探讨主动脉夹层形成的潜在机制。 方法:测定人主动脉中膜各层间单位分离力、剪应力和胶原酶和弹力蛋白酶酶解前后主动脉壁各层的屈服形状改变比能。结果降主动脉近、远段中间两层间单位分离力分别显著低于升主动脉；降主动脉远段内侧两层间单位分离力分别显著低于升主动脉和降主动脉近段。升主动脉段外侧两层间单位分离力显著低于中间两层；降主动脉远段内侧两层间单位分离力分别显著低于外侧两层和中间两层。在主动脉各部位，中间两层间的剪应力均分别显著低于内侧和外侧两层间剪应力。升主动脉和降主动脉近段纵向屈服形状改变比能均显著低于降主动脉远段，两处背侧纵向屈服形状改变比能均显著低于腹侧。升主动脉、降主动脉近段背侧纵向外2层屈服形状改变比能均数最低。胶原酶酶解后升主动脉和降主动脉近段背侧纵向各层屈服形状改变比能之间均无显著性差异。结论发生在主动脉中膜中间层的夹层极容易向远段扩展；发生在升主动脉的夹层靠近中膜外侧，可能较容易破裂。降主动脉近段背侧纵向中间层是最易发生潜在间隙的部位。升主动脉和降主动脉近段背侧主动脉壁与腹侧相比更容易撕裂。主动脉壁纵向各层的屈服形状改变比能的差异可能与主动脉壁内胶原的分布不均一有关。 研究内容: (1)在立体显微镜下建立正常人主动脉壁的分层方法，并对主动脉壁分层后的各层组织的宽度和厚度进行测定。 (2)通过测定人主动脉中膜各层间单位分离力，阐明主动脉中膜在内膜撕裂后容易分离的部位和层次。 (3)通过测定人主动脉中膜各层间剪应力，阐明在血压波动条件下，主动脉中膜容易形成潜在间隙，即“无血夹层”，的部位和层次。 (4)通过测定主动脉壁各层的屈服形状改变比能，分析主动脉壁各层力学特性的分布特点，并借助胶原酶和弹力蛋白酶解方法，分析决定主动脉壁各层力学特性差异的组织结构基础。 结果: 1.主动脉组织分层：在立体显徽镜下，主动脉壁至少可分为四层，最多可分为六层。主动脉壁各分层间隙均位于主动脉中膜内，并且未见明显的串层现象，各层厚度始终基本保持一致。将不同操作者所测得的数据进行区组方差分析，各操作者之间在原始读数上不论是总体均数比较还是两两比较，均无显著性差异。 2.中膜外侧两层间单位分离力在升主动脉为0.682(0.617-0.747)N/cm，降主动脉近段为0.594(0.530-0.658)N/cm，降主动脉远段为0.633(0.570-0.697)N/cm，三者之间无显著性差异；中膜中间两层间单位分离力在升主动脉为0.834(0.764-0.904)N/cm，降主动脉近段为0.691(0.621-.0.761)N/cm，降主动脉远段为0.617(0.547-0.687)N/cm，降主动脉近段和远段均显著低于升主动脉(P=0.014，0.000)；中膜内侧两层间单位分离力在升主动脉为0.753(0.656-0.850)N/cm，降主动脉近段为0.718(0.623-0.813)N/cm，降主动脉远段为0.485(0.390-0.580)N/cm，降主动脉远段分别显著低于升主动脉和降主动脉近段(P=0.001，0.003)。升主动脉段各层间单位分离力分析，外侧两层间单位分离力显著低于中间两层间单位分离力(P=0.010)，中间两层和内侧两层间无显著性差异，尽管外侧两层间单位分离力在均数上低于内侧两层，但是两者间无显著性差异；降主动脉近段各层间单位分离力之间均无显著性差异；降主动脉远段各层间单位分离力比较，内侧两层间单位分离力分别显著低于外侧和中间两层间单位分离力(P=0.001，0.003)，外侧和中间两层之间无显著性差异。同一部位同一层次的周向和纵向层间单位分离力比较，在升主动脉外侧两层间(0.607±0.168N/cm，vs.0.763±0.206N/cm,P=0.042)、降主动脉近段内侧两层间(0.552±0.169N/cm，vs.0.883±0.406N/cm，P=0.019)和降主动脉远段内侧两层间(0.417±0.051N/cm，vs.0.601±0.159N/cm，P=0.013)三个部位，其周向层间单位分离力均显著低于纵向。 3.升主动脉各层间剪应力比较，中间两层间的剪应力分别显著低于内侧[0.092(0.077-0.108)MPavs.0.129(0.114-0.145)MPa,P=0.004]和外侧[0.092(0.077-0.108)MPavs.0.130(0.114-0.146)MPa，P=0.003]；降主动脉近段内侧两层间的剪应力为0.117(0.106-0.128)MPa，中间为0.077(0.067-0.088)MPa，外侧为0.115(0.104-0.126)MPa，中间两层间的剪应力均显著低于内侧(P=0.000)、外侧(P=0.000)；降主动脉远段内侧两层间的剪应力为0.126(0.112-0.140)Mpa，中间为0.085(0.071-0.099)MPa，外侧为0.123(0.110-0.137)MPa，中间两层间的剪应力均显著低于内侧(P=0.000)、外侧(P=0.001)。升主动脉、降主动脉近段和降主动脉远段外侧两层间的层间剪应力比较，各部位间均无显著性差异；中间两层间的层间剪应力比较，降主动脉近段显著低于升主动脉(P=0.035)；内侧两层间的层间剪应力比较，各部位间均无显著性差异。降主动脉近段腹侧和背侧中间两层间剪应力比较，两者之间无显著性差异。 4.降主动脉近段背侧中间两层间剪应力周向为(0.096±0.025)MPa，纵向为(0.065±0.021)MPa，纵向显著低于周向(P=0.018)；降主动脉近段腹侧中间两层间剪应力周向为(0.077±0.026)MPa，纵向为(0.071±0.021)MPa，两者之间无显著性差异。 5.主动脉周向屈服形状改变比能为(3.165±1.180)MJ/m3，纵向为(1.099±0.190)MJ/m3，纵向显著低于周向(P=0.000)。 6.升主动脉纵向屈服形状改变比能为1.031(0.929-1.132)MJ/m3，降主动脉近段为1.026(0.925-1.128)MJ/m3，降主动脉远段为1.241(1.140-1.343)MJ/m3，升主动脉和降主动脉近段纵向屈服形状改变比能均显著低于降主动脉远段(P=0.012，0.010)。 7.升主动脉背侧纵向外1层屈服形状改变比能为0.878(0.739-1.017)MJ/m3，外2层为0.834(0.694-0.973)MJ/m3，外3层为1.189(1.050-1.328)MJ/m3，外4层为0.844(0.704-0.983)MJ/m3，外2层在所有层次中均数最低，与均数最高的外3层相比差异具有显著性(P=0.005)；外1层和外4层虽然在均数上高于外2层，但均没有显著性差异。 8.经过胶原酶酶解后各层主动脉标本组织形态仍然存在，弹力酶酶解后的各层组织形态丧失。 9.胶原酶酶解后升主动脉背侧纵向各层屈服形状改变比能，外1层为0.206(0.229-0.291)MJ/m3，外2层为0.238(0.208-0.269)MJ/m3，外3层为0.272(0.241-0.303)MJ/m3，外4层为0.225(0.195-0.265)MJ/m3；降主动脉近段背侧纵向各层屈服形状改变比能分别为外1层为0.108(0.078-0.137)MJ/m3，外2层为0.114(0.085-0.144)MJ/m3，外3层为0.124(0.094-0.153)MJ/m3，外4层为0.103(0.074-0.133)MJ/m3；各部位各层次之间均无显著性差异。 四、结论 1.人胸主动脉中膜可以进一步大体均匀分层研究，主动脉壁分为四层后，其分层间隙均位于主动脉中膜内，主动脉分层后的几何特性可以借助立体显微镜精确测定。 2.主动脉中膜不同部位和层次的层间单位分离力存在差异；主动脉中膜中间两层和内侧两层间，由升主动脉到降主动脉远段，其层间单位分离力逐渐降低，发生在该层次间的夹层极容易向远段扩展；在升主动脉，主动脉中膜靠外侧容易分离。 3.发生在升主动脉外侧、降主动脉近段内侧和降主动脉远段内侧两层间的夹层，总是先周向扩展，随后再纵向延伸。 4.降主动脉近段中间两层间是最易发生潜在间隙的部位；而且在背侧，纵向比周向更容易发生。 5.主动脉壁在纵向更容易撕裂；升主动脉和降主动脉近段比降主动脉远段更容易撕裂；升主动脉和降主动脉近段背侧比腹侧更容易撕裂。 6.主动脉壁纵向各层的屈服形状改变比能并不一致，在相同外力作用下，外2层更容易断裂。 7.不论在周向还是纵向，胶原是屈服形状改变比能的主要承载对象。 8.主动脉壁纵向各层的屈服形状改变比能的差异可能与胶原的分布不均一有关。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文使用授权书声明

缩略词表

前 言

第一部分主动脉壁分层方法的建立

第二部分主动脉中膜层间单位分离力分析

第三部分主动脉中膜层间剪应力分析

第四部分主动脉壁分层极限力学特性分析及其酶解实验

材料

方法

结果

讨论

结论

参考文献

小 结

致 谢

主动脉组织结构与主动脉夹层形成关系的研究进展

博士学位期间发表的论文、博士学位期间参加的学术交流情况