血流力对内皮细胞的剪切对动脉粥样硬化的作用

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1、论文集第9 届生物力学和流变学学木会议 2 0 0 1 年5 月8 - 1 1 日 ，湖有张家界 血流力对内皮细胞的剪切对动脉粥样硬化的作用 施永德潘妾风 复且大掌基摘医学眺，2 0 0 0 3 2 一、序盲 峭乳类动.妇.力学环境是里杂的，有地心，力、 气体和浓体的压力和返动所产生的月郁力、.鹅.架折引召的张力等抹合作用的 给二除了 t滚.且以外，其怕资椎动物姐织.班。其张力均由细启外虽质和相邻细地的一理作用而产生的，它的，要性衰现于正常细 地的分化，生长和执行功能均与枯连不.分创.单.地机体对于外力的筒单反应，巳经沙足到叨乳类动钧的离扭高速感觉东统中去，也 诊通肠结协力早环境变化的适应不统

2、中去.在叨乳类的心血甘东拢中，典出对于比体力学上的力有艘口反应的是内皮.班 I 内皮.脚处 于流动的血浪和血借里之坷，内衬于血液衬环床的级内层，其中动脉系统的内皮.脸所接赞来自 宪体力学上的力，远远比喃乳类劝钧其 他组织.且的大的多，研究结果表明，对于有关机械力掌反应的内皮翎.润控巳经成为正常直曹生理掌中的一个盆要部分，特别位得注 愈的是内皮翻且是如何控翻f管的神缩性的间皿，其机钊涉及到血流动力学的力学信息如何由血谊谁动之力传遨和传导到居于内皮门班 的下层的血管璧娜位的问几.此外血连动力学的摘息在血管润理学中也起到及其，要的作用，特别是在阉明动膝硬化投伤上，更加起到 至关AN的作用.内皮细启沙

3、及的主要功钧有维神血浪的杭舰，A管内性直径的生理控创，血甘通通性的润节，番与急性炎定、很伤修 复和t合.还有心肺直甘病 ( 如产生动脉湘样硬化) 等病理过程等.上述过粗中血流动力掌的因盆 ( 也即血泣动力学所产生的机桩力) 宜接地或间接地形响，内皮细峪的生物学:!挤指的是剪切应力和拉伸力，对于内皮细脸的作用:阿 搜指的是受力作用以后内皮细招表 面的生物化掌钧质成其橄动荆的局娜浓度的改交， 因而形响右这些分子和内皮纽且衰面交体的联系， 事实上上面两种机创井不互相排斥卜 而是相枯相成的，因为宜搜作用于内皮纽自衰面的阵和女体的力，可以改交曲一 底钧和徽劝荆一 女体的相互作用，同时衰面的傲动荆的 浓度

4、也赞到对橄性和扩欣性转运的形响.目 ，在此倾峨中对于研究者主要挑战的任务，在于如何确认如下机创:血油中的力如何被内皮 细曲所感受，如何使内皮妞班发生一系列的生钧效应.尽借其机钊的学说各种各样。然而以下之说是合理的:内皮细月存在粉胜在的流 体力的启受.或机找力学妥体，阻断这些赞体成感受肠会泊成一系列严盆的血管事件。本文的目 的在于: (. ) 稼途内皮胭应对于血谁 劝力学中机械力的各种反应研究情况的报道;( 2) 雌述内皮细他对力反应机翻研究份况，罗列不相一玫成互相矛后的文欲结果;( 3) 指出今后内皮细饱对于机械力伶导的研究方向; 4) 阅明与动脉姐样硬化发生的某些相关关系.本文砂及与血谁劝力

5、学相关的切应力 作用，也沙及其他有关的力. 二、动脉材环不统中的直被泥动 血被在动脉循环系统 ( 包括大的典有弹性和爪肉组积的大动脉，至小动脉、橄劝脉和，毛.血管 中的谁动格点，使得内皮门地衰面接 受各种不同大小、不同方向、具有脉动翔率的血沈动力学的力，血流动力学的力学远远耍比侧性管中的泊南叶往志沈动里杂的多。因动 眯中的连动是脉动比，且为非牛顿涟动，直管又其有顺应性，其横断面形状和面权胜右力的改交而改变，tf且典有许多分叉和分支， 分叉 和分支本身扭会 导取力的 改变. 应用滋 体力学 的法到如应用刚性管和固定的劝脉七中 的 箱态浦或 脉动魂，如应 用更 为精确的 体内血 浪流动洲t技术，使

6、之有条件可以搞清血浪连动的特点。并且计肺出直流动力学上的力 与血被比动相关作用于动旅盆的内皮妞自表面上的力，可以分娜为网个矢i t ，一个是垂直于动眯业的，称为正应力:即为血压:另 一个为血滚流劝的. 徐力。即为切应力.虽然 益 个血管业( 包括内皮细施、平汾爪细魔、以及 细.外的葵质如 胶仄纤维，弹性纤维，盈 白 滚特等 均交血压压力的脉动性而牵拉仲编，然而剪切应力对于内皮细.的作用仍占主要的地位.对于内皮细心下面的平汾叭如蕊而 盲，其因内皮妇地切交空形而造成的切应力，与正应力而造成的张应力相比 切应力是徽不足道的 在大里动脉的血管里，在几何形伏均 一又无分叉区城，其切应力 的范圈为2 -

7、4 F a 、由于血浪为眯动流， 血比遨度分布随粉心动周翻而改变， 其切应力的范围和切应力的梯度 也随若心动月期而改变的.而且如主动脉弓的动眯业的转专处、I t 管双分叉处、称近分支处，其称定的层橄会中断，而产生分离比，如 ，复循环区 即润流 的出现或润失，使心动周期廷长成.短.极其里杂的妈流和仍拙的非层流也可以出功于大动脉之中。在后面的第 十二节中也会讨论月这一点，以上份况出现于动肚硬化口息血甘区城，除了主流宜劝奋乱特点以外，比较小的流体通动也能发生垂!于 或逆向于主流轴的方向上，这种称为次级流，且拓流动邀度不大。但是也形响若瓜及流动泣度分布特点和时于血管公的切应力分布 沮 过对劝脉的几仃形

8、状和班劝的拐拟，可算出在体切应力的住.以上的杭拟中通常动脉内皮细月的形态掌反映了 切应力的方向和粗度，内 皮绷地的形态学受到血流动力学的力的形响，因为内皮.月兵有因谊动之力可拉性而拉长，不论体内和体外实脸均诬实这一点.其掉列 的方式是顺粉血被流动的方向性.更有甚的是什么地方出砚祝流。什么地方的内皮翻自的排列挂不顺，方向性，而其间用只相趁 1 - 2 个 内皮细地的距离枕会发生这种改变，使得康先汾粉血被谁动排列的俊形排列一下子变成为无方向性的排列.后者的形吝学的改变是由于 动脉内的非层浦流动，在心动月期内切应力的大小交化和切应力方向上交化所致.大址的流体动力学的研究，井且与真实直甘的侧Y和 观寮

9、相梢合，巳知在以 上出现润谁和分离流的区城，切应力的交化范口很大，在分离流的附近切应力可以由负位至琴，再由零至4 - 5 P . , 在突然增加心怡11 1 和及生高血压时，这切应力的位可以立剧，加，已经报道短，地可以月加至l o p . . 1 1 流动力学的力学研究大部分在 体外进行. 这比体内更容昌控制力学环份，在体外切应力的研究危口可以妥替地控钊在0 - 1 0 1 、单一方向稚定亩之下， 研究睐动谁对于内 皮细饱的形响 三、切应力引起的形态学反应 早期对于内皮细脸的研究是用报染色在显橄偏下观拱，科学家报遨内皮细.的形志、排列方向与血浪拢动方向有关.旧.的排列成 梭形.与血浪流劝方向一

10、攻.如产生分离陇，形鑫学上份失去且先的排列方式，这衰明有祝流或扰动息流的出现。因此层班的抚动就立 即 反应到内皮细脚的形古学上的变化，通常是住内 皮.她失去沦粉主流轴的方向 性，泛早研兜在体内 皮二 形奋可以艘血流改变的是 F L A F I E R T Y等，他们切一块动脉片，转动90 度方向再补上，结果机体的t滚流动，翻协使内皮.地耳先方向丧失，形成折的用粉血沈 而排列 .早进行体外内皮门地的排列与班动方向关系的研究是D E WF Y等，份们首先应用单向趁志流的旬应力，使多.形的单层内皮 细班及生与资体袖方向一歌的排列.相反出现润谁.立即 住内皮姻自用，流动方向的舰列排列丧失:因为此种涟动

11、的方向、耸动组率和 流i t 多交.使内皮用胭无法道应，因而不钧形成有序的排列的排列和典有方向性，取决于创.份组。因为月者可以对Y流反应而 t排.明显的交化衰砚在橄丝 F - A C T I N .在多角的内皮细且中 居于外周。如果多.的内皮创班经过称态流的剪切以后国.用流向而排， 以上橄丝F - A C T I N也出现，断排列， 使得徽丝F - A C T I N 成束状的应力纤维而居月班之中而且门班向而林列。 这段证明内皮口肠的排列与 橄丝F - A C T O N的变化I排相关，在滋劝场中内皮细曲应力 纤纬如何与.地外月发生枯合。及如何与二外簇度分于发生联系，及如何 对于滚动切应力作出

12、反应，将在第五节作悦明 此外口应外葵质在性质上的改交，也会形响胭.骨翔I组遨率.内皮招地形态学的改变 还盯妻阅别处晾途， 圈，血滋动力攀的力如何对内皮细.起作用 人 力和细.张力 L _ 应力 :应力燕指单位面积上的力。既指作用于绷且上面也指作用于妞地里面;既拍正应力 如张力和压力) ，也指切应力 如脚 1 0 4 论文集第， 届生物力学和流变学学木会议 2 0 0 1 年5 月 当 小劝脉的内皮二旅加更大的往态流橄速时，仍离子的浓度才可.，加所以对于动膝内的内皮翻吕必然有一些机翻来道应和帅连在 正常机械力学环境中的过离如橄.这些机创包括摘号的过趁和过应的向二 1遨 应性:拾 久的侧徽会导致反

13、 位性的力 掌伶导压侧.如 剪切应力艘的离于门遨交为不峨感， 胭.衰面膝.岭核普映浓 度的调节卜 由于入内茱网 祷库或泵出细.朽泵滋活位门几内钙水平变化的正常化等.通应性.早证拓之一为谁动引起的.饮速*，会在相同流动条 件 下恢复至 非谁动的原先水平.当 流动组续搏续。施饮作用 再一次徽咄二 班会再次退应到万先无流动状吝水平.因 流动而引 起阔脸， 神以 及除去流动几小时后的逆帕皿示了进应性和再一次的适应性事件.细.衰面的蕊流化可下降剪切应力的梯度，这也是取泪映减少力 效应的适应 在信息传递中 产钧抑创一活性是另一种通应性的衰现，它在力 学伪号 传遨中 也存在. 2信号的过谁:当 机故力 侧滋

14、力 传导.时。 侧傲一定与其的 构元2相.联，峪构元考 一定典有过吐作用、小的公号不予理赚.有 用 的甘 号才起传导作用. 最为经典的侧子 是P A C I N U I 小体， 它仅伶导 高绷 润橄至肠 育结构， 结构雄纵a会改空粼串反应性.相网 的份 形是 阔二架，通过它内皮细脸可谁过一些血沈动力攀的侧徽。有人报遨拢动介导的姻魔内朽离子流的报荡绷*，橄动荆有无可以 反映对于 力的连择性过谁的情况内皮细自角抉见的脉动沈作用，对于茱种脉肋涟的组率不会引心反应性，这是因为阳性材滋反应份要侧激的特 续 . 如. 伙魂率在稼定滋800.P.袱有 场加， 而 用I H z 的g o o *5 0 0 .

15、 P a 的眯动 剪切 应力位 鱿没有形响 。 内 皮穷 - 1 的. R N A对于1500.P. 的打切应力为下润控卜 如果变成前后可逆的均方根的振栩为1 5 0 0 . P a 橄动味 其实平均振栩为军) . 以上的作用枕没有了，H E L 1r B I N G E R 等比 胶了 振右沈和往定流之阿和振落比的不同孩率之问的趁 别.及现内皮. 旅翻苗区别以 上的环幼交化.化 们诬报遨，一启内 何离 子浓 度水平的振肠。班晚时间、休息时门娜今盆依核于沈劝将性属于住定渡还是脉动滋，里然饨振荡谁使大t细盆显示大多.皿内 朽离子水 平的振荡交化，但是这个比的振件流不吮诱导总体平均细.内钙离子浓度

16、水平的变化. 五、仃处力传送交为传导:什么可充当力学传导粉? 入力传导粉绪构上的总体考启:传进流体动力学的剪切应力封达胭.各部.甘先应从内胜的臼脸衰面开始.狱族云白分子首先可能 成为机核力学传导廿的可铃者，可.由它发至.旅内的生化公号妇.族的组成是报里杂的，里杂.旅衰面的几仃形状会产生出 至二 水平上的应力效果_用钉红染色的臼.轰面以及像类似的标记钧里示。衰面有明且的箱资白复合钧，其边缘几有非常丰，的成水化合钧 的 按蛋白 ，其中很多本身鱿是赞体.映奋与抽在泉从上的赞体相连。份肠白复合钧 ( .启桩眺) 在几个遇路上可翻是力传导中的一个， 要结构.甘先跨眺按吸白延伸至连接箱笼白 里合钧 ( 姻他被叹) 的胭.外空月.路映栩资白会圈为直比动力宇的打切应力的作用百发生 钧理学上的位移。以此橄发妞月内的反应.其次与褚居白犯合肠 ( 细碗被砚) 的谁层构成了一 种朴殊的橄环幼.在这橄环魔里炭生徽动 剂一 受体互相作用.它起到了细启襄面的固体界面和流动主流体之阔的一个特殊的不连续的介导钧.使出现在胭.装和.胭分泌钧中橄 动 别和趋化s与费 休配反应，反应时似乎出 砚在