Atriyoventriküler kalp kapakları biaxial mekanik karakterizasyonu
Summary
Bu iletişim kuralı ile ortaya çıkan Atriyoventriküler kapak broşürler kuvvet kontrollü ile karakterizasyonu içerir, deplasman kontrollü ve stres rahatlama biaxial mekanik test prosedürleri. Bu iletişim kuralı ile alınan sonuçlar bünye modeli geliştirme için bir Sonlu elemanlar simülasyon çerçeve altında işleyen vanalar mekanik davranışını taklit etmek için kullanılabilir.
Abstract
Kapsamlı biaxial mekanik Atriyoventriküler kalp kapak broşürler test bu yapıların mekanik fonksiyon matematiksel bir gösterimini sağlar bünye modellerinde kullanılan en uygun parametreler türetmek için yararlı olabilir. Bu sunulan biaxial mekanik test protokolü içerir (i) doku edinme, (ii) doku örnekleri, (iii) biaxial mekanik test ve (IV) postprocessing alınan verilerin hazırlanması. İlk olarak, doku edinme domuz veya ovine kalpleri bir yerel gıda ve İlaç İdaresi tarafından onaylanmış mezbaha daha sonra diseksiyon Vana broşür almak için alma gerektirir. İkincisi, doku hazırlık testleri için açık bir bölge çıkartmak için broşür doku doku numune kesiciler kullanarak gerektirir. Üçüncüsü, biaxial mekanik broşür numune test gerektiriyor kuvvet kontrollü oluşur, bir ticari biaxial mekanik Sınayıcısı, deplasman kontrollü ve stres rahatlama test protokolleri broşür doku’nın karakterize etmek için mekanik özellikleri. Son olarak, post-işleme veri görüntü korelasyon teknikleri ve doku’nın mekanik davranışları dış yükleme yanıt olarak özetlemek için kuvvet ve deplasman okumalar kullanımını gerektirir. Genel olarak, broşür dokular bir doğrusal olmayan, anisotropic mekanik tepki verim biaxial test sonuçlar gösterilmektedir. Burada sunulan yöntem Vana belgesi doku daha kapsamlı bir karakterizasyonu için ayrı test protokollerin aksine tek bir Birleşik sınama düzeni üzerinde sağlar beri sunulan biaxial sınama yordamı diğer yöntemler için avantajlıdır farklı doku örnekleri. Yamultma stres doku örneği potansiyel olarak mevcut olmasıdır önerilen test yöntemi sınırlamaları vardır. Ancak, herhangi bir potansiyel kayma önemsiz olduğu tahmin edilmektedir.
Introduction
Uygun kalp fonksiyonu kalp kapak broşürler uygun mekanik davranışları üzerinde dayanır. Kalp kapak broşürü mekaniği nerede tehlikeye durumlarda kalp kapak hastalığı oluşur, hangi kalp ile ilgili diğer sorunlarına neden olabilir. Kalp kapak hastalığı anlamak Hesaplamalı modelleri ve terapötik geliştirme için broşürler uygun mekanik davranışları kapsamlı bir anlayış gerektirir ve bu nedenle, bir sınama düzeni doğru sağlıklı almak için gelişmiş olmalıdır broşürler mekanik özellikleri. Önceki literatürde bu mekanik karakterizasyonu biaxial mekanik test prosedürleri kullanılarak yapılmıştır.
Biaxial mekanik test prosedürleri yumuşak dokular için edebiyat farklı özellikleri1,2,3,4almak için kullanılan farklı test çerçeveler ile değişir, 5,6,7,8,9,10,11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19. test yöntemleri kalp kapak broşürler mekanik özelliklerinin araştırmalar için genişletilmiş. Genel olarak, mekanik test kalp kapak doku iki asıl yönde eşzamanlı kuvvetleri ile yükleme içerir, ama bu test nasıl gerçekleştirildiğini değişir biaxial uyması gereken biyomekanik özelliklerine bağlı. Bazı bu iletişim kurallarını sınama gerilme oranı (i), (II) sürüngen, (III) stres rahatlama ve (iv) kuvvet kontrollü test içerir.
İlk olarak, doku broşürler18,20Saat-bağımlı davranışlarını belirlemek için gerilme oranı testi kullanılmıştır. Bu sınama protokol için broşürler farklı yarım döngüsü zamanlarda en fazla membran gerginlik yüklenir (örneğin, 1, 0.5, 0,1 ve 0,05 s) yükleme kere arasında önemli bir fark tepe streç veya histeresis olup olmadığını belirlemek için. Ancak, bu testlerin farklı soy-oranları ile gözlenen streç ihmal edilebilir bir fark gösterdi. İkinci olarak, test pislik içinde doku tepe membran gerilim yüklü ve tepe membran gerginlik düzenlenen. Bu test nasıl tepe membran gerginlik korumak için doku’nın deplasman ürpertiyor bir gösteri sağlar. Seninki fizyolojik olarak işleyen altında kalp kapak broşürler için önemsiz gösterilmiştir ancak,3,20. Üçüncü olarak, stres-gevşeme, test doku tepe membran gerilim dolu ve ilişkili deplasman saat3,21,22uzun bir süre için sabit tutulur. Bu tür sınama, doku stres tepe membran gerginlik önemli azalma vardır. Son olarak, kuvvet kontrollü test, doku cyclically çeşitli oranları en yüksek membran gerginlik her yönü17,23, yüklenir. Bu testler malzemenin anizotropi ve doğrusal olmayan stres gerginlik yanıt açığa vurmak ve çeşitli oranları altında doku yükleyerek, potansiyel fizyolojik deformasyonlar daha iyi anlamış. Bu son araştırmalar bu stres rahatlama belirgin yapılmış ve kuvvet kontrollü protokolleri kalp kapak broşürler mekanik bir karakterizasyonu gerçekleştirmek en yararlı kanıtlamak. Bu gelişmeler kalp kapak biyomekanik karakterizasyonu rağmen test düzeni test bir Birleşik altında gerçekleştirilmedi ve yön arasında bağlantı araştırmak için sınırlı yöntem vardır.
Bu yöntemin amacı bir Birleşik biaxial mekanik test düzeni tarafından kalp kapak broşürler tam malzeme karakterizasyonu kolaylaştırmaktır. Birleştirilmiş bir sınama düzeni biri nerede her broşür tek bir oturumda tüm test protokolleri altında test edilmiş olarak kabul edilir. Bu avantajlı, böylece her broşürü tam bir karakterizasyonu her iletişim kuralı bağımsız olarak çeşitli broşürler daha gerçekleştirme bir tanımlayıcısı olarak daha doğru kanıtlıyor doku broşürler arasında doğal olarak değişken özelliklerdir. Sınama düzeni üç ana bileşenden, yani (i) bir kuvvet kontrollü biaxial test protokolü, (ii) bir deplasman kontrollü biaxial test Protokolü ve (iii) bir biaxial stres rahatlama test Protokolü oluşur. Tüm sınama düzenleri 4,42 N/dak yükleme hızı kullanmak ve stres gerginlik emin olmak için 10 yükleme-boşaltma döngüleri Yinelenebilirlik tarafından 10 (olarak önceki çalışmalarında bulundu) döngüsü23eğri. Tüm iletişim kuralları da kalınlığı etkili örnek uzunlukları az % 10 olması gerekir membran gerginlik varsayım üzerine dayalı inşa edilir.
Sunulan Bu yöntemde kullanılan kuvvet kontrol Protokolü 10 ve mitral kapak (MV) ve Triküspid Kapak (TV), sırasıyla15,17için tepe membran gerginlikler 100 N/m ve 75 N/m ile devir bindirme oluşur. Beş yükleme oranları bu kuvvet kontrollü test iletişim kuralında, yani 1:1, 0.75:1, 1:0.75, 0.5:1 ve 1:0. 5 olarak kabul edilir. Bu beş yükleme oranları için broşür içinde vivo tüm potansiyel fizyolojik deformasyonlar gerilmeler ve suşların muhabiri tanımlamada faydalı.
Bu yöntemde sunulan deplasman kontrol Protokolü iki deformasyon senaryoları oluşur, yani (i) ve (ii) saf kesme uniaxial germe kısıtlı. Kısıtlı uniaxial germe içinde doku bir yönde diğer yönde tamir ederken yoğun membran gerginlik için yerlerinden olduğunu. Saf kesme kurulumunda doku tek yönde gergin ve doku alan deformasyon altında sabit kalır bu yüzden diğer yönde judiciously kısaltılmış. Her biri bu deplasman kontrollü test prosedürleri her iki doku yön (sirkumferansiyel ve Radyal yönde) için gerçekleştirilir.
Sunulan yönteminde kullanılan stres rahatlama iletişim kuralı için her iki yönde yoğun membran gerginlik doku yükleme ve doku doku’nın stres rahatlama davranışları izlemek 15 dakika muhabir talebiyle, holding elde edilir. Ayrıntılı deneysel yordamlar sonraki ele alınmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu biaxial mekanik test etmek için kritik adımlar (i) broşür, (ii) uygun biaxial tester kurulum için önemsiz kesme ve indirgeme işaretleri dikkatli (III) bir uygulama uygun yönlendirmeyi içerir. Broşür yönünü broşür doku elde edilen mekanik karakterizasyonu malzeme doğada Anizotropik olduğu için önemlidir. Böylece, Radyal ve çevresel yön düzgün doku örnekleri ile test X – ve Y-yönde hizalamak için bilinmesi gerekir. Örnek sisteme önemsiz kesme tanıttı stres ile monte edilir böylece biaxia…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser Amerikan Kalp Derneği bilim adamı geliştirme Grant 16SDG27760143 tarafından desteklenmiştir. Yazarlar ayrıca University of Oklahoma’nın Office lisans Colton Ross ve Devin Laurence desteklemek için araştırma danışmanlık araştırma bursu kabul etmek istiyorum.
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 |
Referências
- 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).
