Untersuchung von Stressentspannungs- und Versagensreaktionen in der Luftröhre
Summary
Das vorliegende Protokoll bestimmt die Zugspannungsrelaxations- und Versagenseigenschaften von Schweinetracheen. Die Ergebnisse solcher Methoden können dazu beitragen, das Verständnis der viskoelastischen und Versagensschwellen der Luftröhre zu verbessern und die Fähigkeiten von Computermodellen des Lungensystems zu verbessern.
Abstract
Die biomechanischen Eigenschaften der Luftröhre beeinflussen direkt den Luftstrom und tragen zur biologischen Funktion des Atmungssystems bei. Das Verständnis dieser Eigenschaften ist entscheidend für das Verständnis des Verletzungsmechanismus in diesem Gewebe. Dieses Protokoll beschreibt einen experimentellen Ansatz zur Untersuchung des Spannungs-Entspannungs-Verhaltens von Schweinetrachea, die für 300 s auf 0% oder 10% Dehnung vorgestreckt wurden, gefolgt von mechanischer Zugbelastung bis zum Versagen. Diese Studie enthält Details zum experimentellen Design, zur Datenerfassung, zu Analysen und vorläufigen Ergebnissen der biomechanischen Tests der Schweinetracheen. Mit den detaillierten Schritten in diesem Protokoll und dem MATLAB-Code der Datenanalyse können zukünftige Studien das zeitabhängige viskoelastische Verhalten von Tracheagewebe untersuchen, das für das Verständnis seiner biomechanischen Reaktionen unter physiologischen, pathologischen und traumatischen Zuständen entscheidend ist. Darüber hinaus werden eingehende Studien des biomechanischen Verhaltens der Luftröhre entscheidend dazu beitragen, das Design verwandter medizinischer Geräte wie endotracheale Implantate, die bei Operationen weit verbreitet sind, zu verbessern.
Introduction
Trotz ihrer entscheidenden Rolle bei Lungenerkrankungen gibt es für die größte Atemwegsstruktur, die Luftröhre, nur begrenzte Studien, die ihre viskoelastischen Eigenschaften detailliert beschreiben1. Ein tiefes Verständnis des zeitabhängigen, viskoelastischen Verhaltens der Luftröhre ist für die Lungenmechanikforschung von entscheidender Bedeutung, da das Verständnis der atemwegsspezifischen Materialeigenschaften dazu beitragen kann, die Wissenschaft der Verletzungsprävention, Diagnose und klinischen Intervention für Lungenerkrankungen voranzutreiben, die die dritthäufigste Todesursache in den Vereinigten Staaten sind 2,3,4.
Verfügbare Gewebecharakterisierungsstudien haben die Steifigkeitseigenschaften der Luftröhre 5,6,7,8 berichtet. Die zeitabhängigen mechanischen Reaktionen wurden trotz ihrer Bedeutung für den Gewebeumbau, die auch durch die Pathologie verändert wird, minimal untersucht 9,10. Darüber hinaus schränkt der Mangel an zeitabhängigen Antwortdaten auch die Vorhersagefähigkeiten der pulmonalen Mechanik-Rechenmodelle ein, die derzeit auf die generischen konstitutiven Gesetze zurückgreifen. Es besteht die Notwendigkeit, diese Lücke durch die Durchführung von Stressrelaxationsstudien zu schließen, die die erforderlichen Materialeigenschaften liefern können, um biophysikalische Studien der Luftröhre zu informieren. Die aktuelle Studie bietet Details zu Testmethoden, Datenerfassung und Datenanalysen, um das Stress-Entspannungs-Verhalten der Schweineluftröhre zu untersuchen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nur sehr wenige Studien haben über die stressentspannenden Eigenschaften der Luftröhre berichtet21,23. Studien sind notwendig, um unser Verständnis der zeitabhängigen Reaktionen des Trachealgewebes weiter zu stärken. Diese Studie bietet detaillierte Schritte zur Durchführung solcher Untersuchungen; Für eine zuverlässige Prüfung müssen jedoch die folgenden kritischen Schritte innerhalb des Prüfplans sichergestellt werden: (1) ordnungsgemäße Gewebehydr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die in dieser Publikation berichtete Forschung wurde vom Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development der National Institutes of Health unter der Preisnummer R15HD093024 und der National Science Foundation CAREER Award Number 1752513 unterstützt.
Materials
| Disposable safety scalpels | Fine Science Tools Inc | 10000-10 | |
| eXpert 7600 | ADMET Inc. | N/A | Norwood, MA |
| Forceps | Fine Science Tools Inc | 11006-12 and 11027-12 or 11506-12 | |
| Gauge Safe | ADMET Inc. | N/A | Free Download |
| Image J | NIH | N/A | Open Source |
| Proramming Software – MATLAB | Mathworks | N/A | version 2018A |
| Scissors | Fine Science Tools Inc | 14094-11 or 14060-09 | |
| Sterile phosphate buffer solution | Millipore, Thomas Scientific | MFCD00131855 |
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