本文選題：層流　切入點：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。長期穩(wěn)定的血管通路對維持性血液透析患者的生活質(zhì)量和生存時間意義重大。從手術(shù)建立動靜脈血管內(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,需要一段時間的成熟期。在內(nèi)瘺成熟的過程中,動靜脈血管內(nèi)血流動力學(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室流場的建立和數(shù)值模擬研究目的:動靜脈內(nèi)瘺是人為將動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)用平行板流動腔模擬管腔和血流,CFD軟件分析平行平板流動腔內(nèi)流體類型、剪切力的大小和分布。為分析內(nèi)瘺復(fù)雜血流做理論和實踐準備。方法:應(yīng)用平行平板流動腔模擬動靜脈血管內(nèi)瘺內(nèi)的血流動力學(xué)變化。應(yīng)用CFD軟件建模并分析流動腔內(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)動流,流場的壓強分布在x、z方向上沒有太大的差異,沿著流動方向壓強逐漸減小。(2)整個計算域為層流流動,速度在圓管入口經(jīng)過一段發(fā)展后形成拋物狀分布,而后在狹窄長方體物塊中,流體進行摻混、紊亂的流動并有渦流的存在,進入底面流動腔室(底板)后,流體為穩(wěn)定均勻的流動狀態(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�？拷诿鎱^(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。在上述兩個區(qū)域之間存在一個區(qū)域,由于存在較大的速度梯度,壁面切應(yīng)力達到峰值,但該區(qū)域很小,對內(nèi)皮細胞培養(yǎng)的影響也相對較小。(4)流動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)流動腔內(nèi)流體為壓差驅(qū)動流,壓強的分布沿血流方向逐漸減低。(2)流體進入底面流動腔室(底板)后,成為穩(wěn)定均勻的流動狀態(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靜脈內(nèi)皮細胞的影響目的:內(nèi)皮細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)皮細胞表面的力學(xué)感受器,當剪切力作用于內(nèi)皮細胞時,會引起膜表面蛋白表達及分布的變化。在生理狀況下,血流剪切力直接作用于血管內(nèi)皮細胞,內(nèi)皮細胞表面的力學(xué)感受器在接受刺激后,將力學(xué)信號轉(zhuǎn)換為生物信號并傳遞到細胞核,從而影響內(nèi)皮細胞的生物學(xué)功能。本研究通過不同剪切力不同時間的刺激,研究血管內(nèi)皮細胞功能的變化,評估其在內(nèi)瘺內(nèi)膜增生中的作用。方法:應(yīng)用平行平板流動腔模擬動靜脈內(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)皮細胞模擬靜脈血管內(nèi)皮細胞。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)皮細胞。剪切力作用時間分別為0小時、6小時、12小時和24小時。應(yīng)用Western blotting和RT-PCR等方法檢測不同剪切力和不同時間下Cav-1、p-ERK、t-ERK、NF-κB等的表達水平。結(jié)果:在生理性剪切力作用下,隨著時間的延長內(nèi)皮細胞表達Cav-1水平逐漸下降,而細胞因子NF-κB、p-ERK的水平隨時間延長表達水平增多。而在不同剪切力作用12小時情況下,內(nèi)皮細胞表達Cav-1的水平隨作用力的增強而增多,細胞因子NF-κB、p-ERK的表達在低于生理性剪切力的作用下明顯較多且具有統(tǒng)計學(xué)意義,其他剪切力情況下表達差異無統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)論:剪切力的作用時間和剪切力的強度對Cav-1的表達均有明顯的影響。細胞因子NF-κB、p-ERK的表達具有時間依賴性,且低剪切力的作用對表達的影響較大。因此低剪切力和長期的作用對內(nèi)皮細胞功能的影響較大,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胞的遷移有關(guān)。第三部分尿毒癥環(huán)境下剪切力對靜脈內(nèi)皮細胞的影響目的: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)皮細胞功能,造成內(nèi)皮細胞損傷。因此研究尿毒癥環(huán)境中,血流剪切力對內(nèi)皮細胞的影響至關(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)皮細胞。剪切力作用時間分別為0小時、6小時、12小時和24小時。應(yīng)用Western blotting和RT-PCR等方法檢測不同剪切力和不同時間下Cav-1、p-ERK、t-ERK、NF-κB等的表達水平。結(jié)果:在尿毒癥環(huán)境中,在生理性剪切力作用下,隨著時間的延長內(nèi)皮細胞表達Cav-1水平也呈逐漸下降,但整體表達水平均較低。細胞因子NF-κB、p-ERK的水平隨時間延長表達水平增多,但是12小時后增速變緩。而在不同剪切力作用12小時情況下,內(nèi)皮細胞表達Cav-1的水平隨作用力的增強而增多,細胞因子NF-κB、p-ERK的表達在低于生理性剪切力的作用下明顯較多且具有統(tǒng)計學(xué)意義,其他剪切力情況下表達差異無統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)論:在尿毒癥環(huán)境中,剪切力的作用時間和剪切力的強度對Cav-1的表達均有影響。作用時間越長,細胞因子NF-κB、p-ERK的表達越多。低剪切力對細胞因子NF-κB、p-ERK表達的影響較大。因此,在尿毒癥環(huán)境中,低剪切力和長期的作用仍是內(nèi)皮細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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R459.5;R692.5
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本文編號：1626295