【摘要】：長(zhǎng)久以來(lái),學(xué)界普遍認(rèn)為由反復(fù)循環(huán)加載導(dǎo)致的生物軟組織的應(yīng)力軟化(Mullins效應(yīng))是不可恢復(fù)的。但近年來(lái)針對(duì)兔逼尿肌的一項(xiàng)研究對(duì)該觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn),該研究揭示了氯化鉀(KCl)激發(fā)的組織收縮可以顯著恢復(fù)由應(yīng)力軟化引起的兔逼尿肌被動(dòng)硬度損失和儲(chǔ)存能量損失,并由此提出了生物軟組織“可調(diào)整被動(dòng)生物力學(xué)特性”的概念。食管位于消化道的起始段,是一個(gè)具有運(yùn)動(dòng)能力的管狀器官。由于食管的蠕動(dòng)及食團(tuán)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程都會(huì)不斷地改變食管壁的幾何特征以及應(yīng)力和應(yīng)變?cè)谑彻苌系姆植?因此食管的生物力學(xué)特性是決定其正常生理功能的重要因素。雖然前人已經(jīng)對(duì)食管的生物力學(xué)特性和生長(zhǎng)、老化及疾病所致的食管生物力學(xué)特性重構(gòu)進(jìn)行了較為廣泛的研究,但目前針對(duì)正常食管和糖尿病狀態(tài)下的食管應(yīng)力軟化及其恢復(fù)特性的研究尚屬空白。食團(tuán)在吞咽過(guò)程中行經(jīng)食管時(shí),食管的蠕動(dòng)和食管壁的擴(kuò)張-收縮運(yùn)動(dòng)一方面可驅(qū)動(dòng)食團(tuán)的運(yùn)動(dòng),另一方面也使得食管組織在反復(fù)的變形過(guò)程中趨于應(yīng)力軟化,而在此過(guò)程中,食管在外力刺激下產(chǎn)生的收縮很可能恢復(fù)了由之前的應(yīng)力軟化引起的食管組織的儲(chǔ)存能量和被動(dòng)硬度損失,從而起到一種“自我保護(hù)機(jī)制”,以維持食管正常的生理功能。此外,之前已有大量研究表明,糖尿病可導(dǎo)致食管的生物力學(xué)特性發(fā)生明顯重構(gòu)。由此亦可推測(cè),糖尿病所致食管生物力學(xué)特性的重構(gòu)很有可能對(duì)食管的應(yīng)力軟化及其恢復(fù)特性產(chǎn)生顯著影響,從而引發(fā)食管的生理功能障礙�；谝陨系难芯楷F(xiàn)狀和假設(shè),本文的研究工作綜合應(yīng)用了生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算、組織學(xué)觀察和免疫組化染色分析方法對(duì)正常大鼠和STZ誘導(dǎo)糖尿病大鼠的全層食管、食管粘膜-粘膜下層和肌層的應(yīng)力軟化及其恢復(fù)特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1.正常大鼠全層食管的應(yīng)力軟化及其恢復(fù)特性的研究本部分研究以大鼠全層食管為研究對(duì)象,通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)揭示大鼠全層食管的應(yīng)力軟化特性并驗(yàn)證KCl刺激引起的組織收縮是否能恢復(fù)由應(yīng)力軟化引起的食管被動(dòng)硬度損失和儲(chǔ)存能量損失,并探討大鼠食管可能存在的可調(diào)整被動(dòng)生物力學(xué)特性。研究結(jié)果表明:1)在反復(fù)充壓-泄壓循環(huán)加載過(guò)程中,正常大鼠全層食管組織的儲(chǔ)存能量損失和被動(dòng)硬度損失主要由各最大充壓壓力水平下的第1次循環(huán)加載所導(dǎo)致;2)由應(yīng)力軟化導(dǎo)致的大鼠全層食管的儲(chǔ)存能量和被動(dòng)硬度損失在Krebs+溶液(含有Ca~(2+))中靜置后無(wú)法得到恢復(fù),但由粘彈性軟化引起的儲(chǔ)存能量損失可以得到恢復(fù);3)在Krebs+溶液中經(jīng)KCl活化后,由應(yīng)力軟化引起的大鼠全層食管組織的儲(chǔ)存能量損失和被動(dòng)硬度損失均可以得到顯著恢復(fù)。2.正常大鼠分層食管的應(yīng)力軟化及其恢復(fù)特性的研究大鼠食管是一個(gè)典型的多層組織模型。通過(guò)細(xì)致的顯微操作,可以把大鼠食管分為完整的肌層和粘膜-粘膜下層并且可以保證兩個(gè)分離的結(jié)構(gòu)層不會(huì)發(fā)生明顯的損傷。因此,基于第1部分的研究結(jié)果,本部分研究通過(guò)對(duì)正常大鼠食管進(jìn)行分層操作以及對(duì)兩層分層組織的同步循環(huán)加載測(cè)試,進(jìn)一步探討了大鼠食管的粘膜-粘膜下層及肌層的應(yīng)力軟化特性以及KCl活化過(guò)程對(duì)兩層組織的應(yīng)力軟化恢復(fù)的影響。研究結(jié)果表明:1)在分層狀態(tài)下,正常大鼠食管肌層的硬度明顯小于粘膜-粘膜下層,但具有比粘膜-粘膜下層更大的遲滯回線面積;2)KCl可激發(fā)大鼠食管肌層產(chǎn)生高振幅的劇烈收縮以及粘膜-粘膜下層產(chǎn)生低振幅強(qiáng)直性收縮;3)正常大鼠食管粘膜-粘膜下層及肌層在KCl活化過(guò)程中的收縮特征的差異可能與平滑肌組織在這兩個(gè)結(jié)構(gòu)層中的含量和分布具有明顯差異相關(guān);4)正常大鼠食管粘膜-粘膜下層和肌層在Krebs+溶液中經(jīng)KCl活化后,由之前加載過(guò)程的應(yīng)力軟化引起的組織被動(dòng)硬度以及儲(chǔ)存能量損失都可獲得不同程度的恢復(fù)。3.糖尿病對(duì)大鼠食管應(yīng)力軟化及其恢復(fù)特性的影響研究基于第1和第2部分的研究結(jié)果,本部分研究采用生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法,同時(shí)結(jié)合免疫組化染色分析方法來(lái)探討鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病對(duì)大鼠全層食管、粘膜-粘膜下層和肌層的應(yīng)力軟化以及其恢復(fù)特性的影響。研究結(jié)果表明:1)糖尿病大鼠的全層食管、食管粘膜-粘膜下層和肌層在KCl刺激下產(chǎn)生的收縮強(qiáng)度顯著弱于正常大鼠的食管組織;2)KCl活化過(guò)程無(wú)法恢復(fù)糖尿病大鼠的全層食管、食管粘膜-粘膜下層和肌層由應(yīng)力軟化所致的儲(chǔ)存能量損失和被動(dòng)硬度損失;3)糖尿病導(dǎo)致的大鼠食管組織硬度的改變主要發(fā)生在食管肌層;4)糖尿病會(huì)提高大鼠食管肌層由應(yīng)力軟化引起的被動(dòng)硬度損失的程度,同時(shí)顯著削弱KCl活化對(duì)大鼠全層食管以及食管肌層被動(dòng)硬度的恢復(fù)程度;5)在糖尿病大鼠食管組織中,AGE、RAGE、TGF-β1和TGF-β1R的表達(dá)顯著上調(diào),而B(niǎo)DNF和TRKB的表達(dá)顯著下調(diào),這些蛋白和因子可能與糖尿病抑制大鼠食管應(yīng)力軟化的恢復(fù)有一定關(guān)聯(lián)。本文的研究是第一例關(guān)于正常和糖尿病大鼠全層食管、食管粘膜-粘膜下層和肌層的應(yīng)力軟化特性及其恢復(fù)特性的系統(tǒng)研究。本文的研究揭示了正常大鼠食管組織在KCl活化作用下的可調(diào)整被動(dòng)生物力學(xué)特性以及糖尿病對(duì)大鼠食管各結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力軟化及其恢復(fù)特性的影響。本文的研究結(jié)果對(duì)于更全面地理解食管生物力學(xué)特性及生理功能具有一定的參考價(jià)值,并為糖尿病引起的消化道功能性障礙的臨床診斷和治療提供了新的思路。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R587.2;R571
【圖文】：

圖 1.1 胃腸道管壁典型結(jié)構(gòu)示意圖腸道管壁呈分層結(jié)構(gòu)，一般可分為四層，包括粘膜層、粘膜下層、肌肉層和外膜層。些結(jié)構(gòu)層進(jìn)而構(gòu)成了不同的組織層：肌肉、結(jié)締組織、神經(jīng)和上皮。Figure 1.1 The sketch shows typical structure of gastrointestinal (GI) wall.he wall of the GI tract is a laminar structure, typically four layers including mucosa, submucuscle and adventitia layers. These layers constitute layers of tissues of different kinds: muscconnective tissue, nerves, and epithelium.胃腸道結(jié)締組織是粘膜下層和粘膜層的主要成分之一，同時(shí)也占據(jù)了大肉層的厚度。結(jié)締組織由膠原纖維和彈性蛋白組成，同時(shí)還包含成纖維細(xì)他細(xì)胞成分。在身體的其他部位，根據(jù)所在部位對(duì)力學(xué)特性的不同需求，分具有不同的種類和密度。胃腸道的神經(jīng)組織在胃腸道管壁內(nèi)部形成了一個(gè)獨(dú)特而復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)腸神經(jīng)系統(tǒng)（Enteric nervous system，ENS）。該神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)在很大程度于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。腸神經(jīng)系統(tǒng)包含了不同種類的神經(jīng)細(xì)胞。這些神經(jīng)細(xì)胞

圖 1.2 食管壁的主要形態(tài)和結(jié)構(gòu)（a）食管壁組織形態(tài)示意圖；（b）食管壁橫截面典型組織學(xué)照片；（c）食管粘膜下層膠原纖維掃描電鏡照片；（d）食管粘膜下層膠原排列形態(tài)示意圖（修改自參考文獻(xiàn)[2]和[8]）Figure 1.2 The main morphological structure of esophageal wall(a) Schematic representation of histological configuration of esophagus; (b) Optical microscopepicture of an esophagus section; (c) Distribution of collagen fibres within submucosa: scanningelectron micrograph; (d) Schematic representation of fibre arrangement.(Adapted from Ref. [2] and [8])而根據(jù)不同的纖維排列方式，食管肌層還可被劃分為內(nèi)部周向肌層和外部軸向肌層[2]（如圖 1.2 b）。食道上括約肌主要由位于頸部食管的肌肉組織和環(huán)咽肌以及咽下縮肌組成[3]。緊鄰于胃上部的食管部位有輕微增厚的環(huán)狀肌肉結(jié)構(gòu)層，從而形成了食管的 LES[3]。食管壁兩層肌層和上下括約肌的協(xié)調(diào)收縮對(duì)于食管的主動(dòng)生物力學(xué)特性（如內(nèi)容物輸送功能）十分重要[4-6]。

8圖 1.3 殘余應(yīng)變?cè)谪i食管各結(jié)構(gòu)層的分布（a）食管無(wú)加載狀態(tài)及零應(yīng)力狀態(tài)的參數(shù)測(cè)量方法；（b）全層食管（第一列）、粘膜-粘膜下層（第二列）、內(nèi)肌肉層（第三列）以及外肌肉層（第四列）的無(wú)加載狀態(tài)；（c）以上各食管結(jié)構(gòu)層對(duì)應(yīng)的零應(yīng)力狀態(tài)；（d）殘余應(yīng)變?cè)诜譃槿龑拥氖彻鼙谏系姆植记闆r，其中 a 是內(nèi)層肌

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 Jens BrΦndum FrΦkjΦr;SΦren Due Andersen;Niels EjskjΦr;Peter Funch-Jensen;AsbjΦrn Mohr Drewes;Hans Gregersen;;Impaired contractility and remodeling of the upper gastrointestinal tract in diabetes mellitus type-1[J];World Journal of Gastroenterology;2007年36期

本文編號(hào)：2781503