אפיוני מכני biaxial של מסתמי הלב Atrioventricular
Summary
פרוטוקול זה כרוך אפיוני עלעלים שסתום atrioventricular עם כוח מבוקר, מבוקר הזחה, ובדיקות מכני biaxial מתח-הרפיה הליכים. תוצאות רכשה עם פרוטוקול זה יכול לשמש לפיתוח מודל מכוננת לדמות את התנהגות מכאנית של שסתומים מתפקדים תחת מסגרת סימולציה סופיים.
Abstract
Biaxial מכני בדיקות מקיפות של העלעלים שסתום הלב atrioventricular יכול להיות מנוצל כדי להפיק אופטימלי פרמטרים שנעשה בהם שימוש במודלים מכוננת, אשר מספקים ייצוג מתמטי של הפונקציה מכני של אותם מבנים. הציג biaxial מכני הבדיקה פרוטוקול זה כרוך רכישה רקמות (i), (ii) הכנה של דגימות רקמה, בדיקות מכניות biaxial (iii) ו postprocessing (iv) של הנתונים נרכשים. ראשית, רקמות רכישה מחייב קבלת לבבות חזירי או ovine אוכל מקומי, שאושרו על-ידי והתרופות האמריקני מטבחיים עבור ניתוח מאוחר יותר כדי לאחזר העלעלים שסתום. שנית, הכנת הרקמה מחייבת שימוש חותכני דגימות רקמה על הרקמה העלון כדי לחלץ אזור נקי לבדיקה. השלישי, biaxial בדיקות מכניות של הדגימה עלעל מחייב שימוש מסחרי biaxial מכני כבודק, אשר מורכב של כוח מבוקר, שבשליטת הזחה, ואת הלחץ-הרפיה בדיקות פרוטוקולים לאפיון של הרקמה עלעל תכונות מכניות. לבסוף, שלאחר עיבוד מחייב השימוש של נתוני התמונה המתאם טכניקות ובחומר כוח ותזוזה לסיכום התנהגויות מכני של הרקמה בתגובה טעינה חיצוני. באופן כללי, תוצאות של בדיקות biaxial מדגימות הרקמות עלעל תשואות לתגובה מכני לא לינארית, אנאיזוטרופי. הליך הבדיקה biaxial הציג מהווה יתרון בשיטות אחרות מאז מאפשרת השיטה המובאת כאן אפיון מקיף יותר של הרקמה עלעל שסתום ערכת בדיקה אחידה אחד, בניגוד פרוטוקולי בדיקה נפרדת על דגימות רקמות שונות. שיטת הבדיקה המוצעת יש המגבלות בכך מאמץ גזירה קיים פוטנציאל דגימת הרקמות. עם זאת, כל גזירה פוטנציאליים יש להניח זניח.
Introduction
תפקוד הלב תקין מסתמך על התנהגויות המתאימות מכני של העלעלים שסתום הלב. במצבים איפה מכניקה עלעל שסתום הלב הם בסכנה, מחלה במסתם הלב מתרחשת, אשר עלול לגרום בעיות אחרות הקשורות בלב. הבנת מחלת שסתום לב דורשת הבנה מעמיקה של התנהגויות מכני תקין של העלעלים לשימוש מודלים ופיתוח טיפולית, וככזה, יש לפתח ערכת בדיקה במדויק לאחזר הבריאים תכונות מכניות של פליירים. בספרות הקודם, אפיון מכני זה נערך באמצעות נוהלי הבדיקה מכני biaxial.
Biaxial נוהלי הבדיקה מכני על הרקמות הרכות להשתנות לאורך כל הספרות, במסגרות בדיקות שונות מנוצל כדי לאחזר מאפיינים שונים1,2,3,4, 5,6,7,8,9,10,11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19. שיטות בדיקה יש הוארך החקירות של מאפייני פליירים שסתום הלב מכני. באופן כללי, biaxial בדיקות מכניות כרוך טעינת הרקמה שסתום הלב עם כוחות בו זמנית בשני כיוונים עיקריים, אבל איך זה הבדיקות נעשות משתנה בהתבסס על המאפיינים biomechanical שחלים. חלק מהם בדיקת הפרוטוקולים כוללים זן קצב (i), (ii) שרץ, (iii) מתח-הרפיה, ובדיקות (iv) כוח מבוקר.
ראשית, בדיקות מאמץ-קצב יש כבר מנוצל כדי לקבוע את התנהגות תלוית זמן מתוך רקמת פליירים18,20. בפרוטוקול הבדיקה הזו, פליירים נטענים על מתח הממברנה המרבי בזמנים שונים, חצי-מחזור (קרי, 1, 0.5, 0.1 ו 0.05 s) כדי לקבוע אם יש הבדל משמעותי שיא מתיחה או היסטרזיס בין זמני טעינה. עם זאת, אלה בדיקות הראו הבדל זניח סיום נצפתה עם זן-המחירים משתנים. שנית, ב השרץ בדיקות, הרקמה הוא טעון למתח הממברנה שיא םיקזחומה מתח הממברנה שיא. בדיקה זו מאפשרת הדגמה של איך העקירה של הרקמה מפחיד כדי לשמור על המתח ממברנה שיא. עם זאת, הוכח כי השרץ הוא חסר ערך עבור עלונים שסתום הלב תחת פיזיולוגית תפקוד3,20. שלישית, מתח-הרפיה בדיקות, הרקמה טעון למתח הממברנה שיא, העקירה המשויך מתקיים קבוע לתקופה ממושכת של זמן3,21,22. בסוג זה של בדיקות, הלחץ רקמות יש ירידה בולטים מן המתח ממברנה שיא. לבסוף, הנשלטות על-ידי כוח במבחנים, רקמות נטענים המזמורים על יחסי גודל שונים של המתח ממברנה שיא לכל כיוון17,23. בדיקות אלה חושפים. בנוגע למקורו של החומר והתגובה מתח לא לינארית-זן, על-ידי טעינת הרקמה תחת יחסי שונים, דפורמציות הפיזיולוגיות פוטנציאליים עשוי להיות כדאי שאבין. האלה החקירות האחרונות קרבי זה המתח-המנוחה הזאת, פרוטוקולים הנשלטות על-ידי כוח להוכיח המועילה ביותר לבצע אפיון מכני של פליירים שסתום הלב. למרות ההתקדמות אלה אפיון ביו-מכני של שסתום הלב, הבדיקה לא התבצע תחת אחת מאוחדת בדיקות הערכה, קיימות שיטות מוגבלת כדי לחקור את צימוד בין הכיוונים.
מטרת שיטה זו היא להקל על אפיון החומרים המלאה של העלעלים שסתום הלב על ידי מאוחדת biaxial ערכת הבדיקה מכני. ערכת בדיקה אחידה נחשב אחד שבו כל עלעל נבדק תחת כל הפרוטוקולים בדיקות בהפעלה אחת. זהו יתרון, כמו רקמות מאפיינים הם מטבעם משתנה בין עלונים, כך אפיון מלא עבור כל עלעל מוכיח מדויק כמתאר יותר ביצוע כל פרוטוקול באופן עצמאי על פליירים שונים. ערכת בדיקה כוללת שלושה מרכיבים מרכזיים, כלומר (i) שבשליטת כוח biaxial הבדיקה פרוטוקול (ii) שבשליטת הזחה biaxial הבדיקה פרוטוקול, (iii) פרוטוקול בדיקת מתח biaxial-הרפיה. כל ערכות בדיקה לנצל את קצב הטעינה של N 4.42/min, 10 מחזורים העמסה-פריקה כדי להבטיח מתח-זן עקומת replicability על ידי י’ מחזור (כפי שנמצא בעבודה הקודמת)23. כל הפרוטוקולים נבנות גם מבוסס על ההנחה מתח הממברנה, אשר דורשת כי העובי להיות פחות מ- 10% האורכים הדגימה יעילות.
פרוטוקול הנשלטות על-ידי כוח בשימוש בשיטה זו הציג מורכב 10 העמסה ופריקה של מחזורי שיא המתיחות ממברנה של 100 N/m ו- N 75/m עבור הדו-צניפי (MV) ו השסתום התלת-צניפי (טלוויזיה), בהתאמה15,17. חמישה יחסי ההעמסה נחשבים ב שבשליטת כוח הבדיקה פרוטוקול זה, כלומר 1:1, 0.75:1, 1:0.75, 0.5:1 ו 1:0. 5. אלה יחסי ההעמסה חמש להוכיח שימושי המתארת את הכתב מדגיש וללחצים על כל העיוותים הפיזיולוגיות פוטנציאליים עלון ויוו.
פרוטוקול שבשליטת הזחה הציג בשיטה זו מורכב שני תרחישים דפורמציה, כלומר (i) מוגבל uniaxial מתיחות וחיזוק הטיה (ii) טהור. ב מתיחה uniaxial מוגבלת, כיוון אחד של הרקמה הוא שנעקרו למתח הממברנה שיא תוך תיקון בכיוון ההפוך. בכיוונון הטיה טהור, הרקמה נמתח לכיוון אחד, בתבונה מקוצר בכיוון ההפוך, כך אזור הרקמה נשאר קבוע תחת דפורמציה. כל התהליכים הללו בדיקות שבשליטת העקירה מבוצעת לכל רקמות בשני הכיוונים (הכוונה במבניו ו רדיאלי).
פרוטוקול מתח-הרפיה בשימוש בשיטת הציג מושגת על ידי מחזיק את הרקמה-displacements כתב למשך 15 דקות לעקוב אחר התנהגות הרפיה של הרקמה מתח וטעינה הרקמה למתח הממברנה שיא בשני הכיוונים. ההליכים ניסיוני מפורט נידונות הבא.
Protocol
Representative Results
Discussion
שלבים קריטיים עבור זה בדיקות מכניות biaxial כוללים (i) את הכיוון הנכון של העלעל, בוחן biaxial (ii) ראוי ההתקנה עבור גזירה זניח (iii) יישום זהיר סמנים fiducial. הכיוון של העלעל חיוני כדי אפיון מכני שהושג הרקמה עלעל כמו החומר הוא אניסוטרופי בטבע. לכן, ההוראות רדיאלי, במבניו צריך יהיה ידוע כראוי יישור דגימות ר?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי 16SDG27760143 מענק פיתוח מדען איגוד הלב האמריקאי. המחברים גם רוצה להכיר את מלגת מחקר הדריך ממחקר של אוניברסיטת אוקלהומה Office של הסמכה לתמיכה קולטון רוס והן דבין לורנס.
Materials
| 10% Formalin Solution, Neutral Bufffered | Sigma-Aldrich | HT501128-4L | |
| 40X-2500X LED Lab Trinocular Compound Microscope | AmScope | SKU: T120C | |
| BioTester – Biaxial Tester | CellScale Biomaterials Testing | 1.5N Load Cell Capacity | |
| ImageJ | National Institute of Health, Bethesda, MD | Version 1.8.0_112 | |
| LabJoy | CellScale Biomaterials Testing | Version 10.66 | |
| MATLAB | MathWorks | Version 2018b | |
| Phosphate-Buffered Saline | n/a | Recipe for 1L 1X PBS Solution: 8.0g NaCl, 0.2g KCl, 1.44g Na2HPO4, 0.24g KH2PO4 | |
| Single Edge Industrial Razor Blades (Surgical Carbon Steel) | VWR International | H3515541105024 | Razord blades for tissue retrieval and preparation procedures |
Riferimenti
- May-Newman, K., Yin, F. Biaxial mechanical behavior of excised porcine mitral valve leaflets. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 269 (4), H1319-H1327 (1995).
- Billiar, K., Sacks, M. A method to quantify the fiber kinematics of planar tissues under biaxial stretch. Journal of Biomechanics. 30 (7), 753-756 (1997).
- Grashow, J. S., Sacks, M. S., Liao, J., Yoganathan, A. P. Planar Biaxial Creep and Stress Relaxation of the Mitral Valve Anterior Leaflet. Annals of Biomedical Engineering. 34 (10), 1509-1518 (2006).
- Humphrey, J. D., Vawter, D. L., Vito, R. P. Quantification of strains in biaxially tested soft tissues. Journal of Biomechanics. 20 (1), 59-65 (1987).
- Sacks, M. A method for planar biaxial mechanical testing that includes in-plane shear. Journal of Biomechanical Engineering. 121 (5), 551-555 (1999).
- Sacks, M., Chuong, C. Biaxial mechanical properties of passive right ventricular free wall myocardium. Journal of Biomechanical Engineering. 115 (2), 202-205 (1993).
- Stella, J. A., Sacks, M. S. On the biaxial mechanical properties of the layers of the aortic valve leaflet. Journal of Biomechanical Engineering. 129 (5), 757-766 (2007).
- Lanir, Y., Fung, Y. Two-dimensional mechanical properties of rabbit skin-II. Experimental results. Journal of Biomechanics. 7 (2), 171-182 (1974).
- Sun, W., Sacks, M. S., Sellaro, T. L., Slaughter, W. S., Scott, M. J. Biaxial mechanical response of bioprosthetic heart valve biomaterials to high in-plane shear. Journal of Biomechanical Engineering. 125 (3), 372-380 (2003).
- Sommer, G., Regitnig, P., Költringer, L., Holzapfel, G. A. Biaxial mechanical properties of intact and layer-dissected human carotid arteries at physiological and supraphysiological loadings. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 298 (3), H898-H912 (2009).
- Tong, J., Cohnert, T., Regitnig, P., Holzapfel, G. A. Effects of age on the elastic properties of the intraluminal thrombus and the thrombus-covered wall in abdominal aortic aneurysms: biaxial extension behaviour and material modelling. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 42 (2), 207-219 (2011).
- Billiar, K. L., Sacks, M. S. Biaxial mechanical properties of the natural and glutaraldehyde treated aortic valve cusp-Part I: Experimental results. Transactions-American Society of Mechanical Engineers Journal of Biomechanical Engineering. 122 (1), 23-30 (2000).
- Jett, S., et al. Biaxial mechanical data of porcine atrioventricular valve leaflets. Data in Brief. 21, 358-363 (2018).
- Pham, T., Sun, W. Material properties of aged human mitral valve leaflets. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 102 (8), 2692-2703 (2014).
- Pierlot, C. M., Moeller, A. D., Lee, J. M., Wells, S. M. Biaxial creep resistance and structural remodeling of the aortic and mitral valves in pregnancy. Annals of Biomedical Engineering. 43 (8), 1772-1785 (2015).
- Potter, S., et al. A Novel Small-Specimen Planar Biaxial Testing System With Full In-Plane Deformation Control. Journal of Biomechanical Engineering. 140 (5), 051001 (2018).
- Khoiy, K. A., Amini, R. On the biaxial mechanical response of porcine tricuspid valve leaflets. Journal of Biomechanical Engineering. 138 (10), 104504 (2016).
- Grashow, J. S., Yoganathan, A. P., Sacks, M. S. Biaixal stress-stretch behavior of the mitral valve anterior leaflet at physiologic strain rates. Annals of Biomedical Engineering. 34 (2), 315-325 (2006).
- Huang, H. -. Y. S., Lu, J. Biaxial mechanical properties of bovine jugular venous valve leaflet tissues. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. , 1-13 (2017).
- Stella, J. A., Liao, J., Sacks, M. S. Time-dependent biaxial mechanical behavior of the aortic heart valve leaflet. Journal of Biomechanics. 40 (14), 3169-3177 (2007).
- Sacks, M. S., David Merryman, W., Schmidt, D. W. On the biomechanics of heart valve function. Journal of Biomechanics. 42 (12), 1804-1824 (2009).
- Sacks, M. S., Yoganathan, A. P. Heart valve function: a biomechanical perspective. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences. 362 (1484), 1369-1391 (2007).
- Jett, S., et al. An investigation of the anisotropic mechanical properties and anatomical structure of porcine atrioventricular heart valves. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 87, 155-171 (2018).
- Ruifrok, A. C., Johnston, D. A. Quantification of histochemical staining by color deconvolution. Analytical and Quantitative Cytology and Histology. 23 (4), 291-299 (2001).
- Sacks, M. S. Biaxial mechanical evaluation of planar biological materials. Journal of Elasticity. 61 (1), 199 (2000).
