文摘

先前的研究已经发现在低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度极化动脉系统。然而,没有报告将这个浓度极化与血管动脉粥样硬化(AS)的发展。因此,本研究的目的是建立低密度脂蛋白和高密度脂蛋白的浓度差之间的关系和剪切应力使用颈动脉分叉血管模型。聚四氟乙烯是用来创建颈动脉分叉模型。内皮细胞的内壁涂在贪污。在循环系统中,高密度脂蛋白和低密度脂蛋白浓度测定在两个不同的ICA流动速度在5个不同的地点在我们的模型中。我们报告以下:(1)低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度差高流量和低流量环境中观察;(2)低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度极化的程度不同的不同的高流量和低流量环境;(3)之间的浓度差绝对值在内壁表面降低低密度脂蛋白和高密度脂蛋白与剪切应力的增加,当剪切应力超过1.5 Pa。这种变化趋势将更加明显,如果剪应力小于0.5。 Our study suggests that under the action of shear stress, concentration differences of LDL or HDL create a disturbance in the balance of atherogenic factors and anti-As factors, resulting in the occurrence of AS.

1。介绍

流行病学证明浓度增加低密度脂蛋白(LDL)、高密度脂蛋白(HDL)的浓度衰减血液是独立危险因素发展的动脉粥样硬化(AS) (1,2]。他们认为相反的角色:前者是一个有害的脂蛋白而后者是保护1- - - - - -4]。在大多数情况下,发现位于分岔,弯曲,或动脉狭窄的场所。在这些领域,血液流动被干扰导致流动分离和涡区,这称为本地化的(5,6]。研究表明,原因导致定位包括以下:(1)剪切应力出现在血管壁和(2)的表面区域的干扰血液流动导致的,因此放缓,使低密度脂蛋白相当长的时间来与内壁交互。因此,越来越多的低密度脂蛋白可以穿透血管壁。

目前,研究发现在低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度极化动脉系统;这些研究还发现,极化程度与剪切应力有关。脂质浓度极化在发展中起着重要的作用7- - - - - -10]。在高密度脂蛋白浓度极化的研究中,我们发现,在高剪切应力情况下,高密度脂蛋白浓度的内表面的血管壁剪切应力(成反比10]。这一结果似乎与公认的保护作用的高密度脂蛋白。在此基础上观察,以下假设:是多种因素共同行动的结果和结论不能从血管壁的内表面的高密度脂蛋白浓度。在高剪切应力情况下,高密度脂蛋白浓度绝对值将减少;为预防保护作用发展似乎减少。然而,当综合考虑与低密度脂蛋白浓度,可以显示不同密度脂蛋白的浓度极化的交互式功能的发展?

在上述方面,我们研究了低密度脂蛋白和高密度脂蛋白的浓度差之间的关系在血管壁的内表面和剪切应力根据颈动脉分叉血管模型,用来模拟人类颈动脉的配置(10]。

2。材料和方法

2.1。实验模型

半透聚四氟乙烯(聚四氟乙烯)是用来创建颈动脉分叉模型。每个地区的内径测量人体颈动脉的多普勒超声和计算机断层扫描血管造影(CTA)(数据2 (c)和2 (d))。的速度测量放大1:1.5(表1)来创建的颈动脉分叉模型随后的内壁涂有内皮细胞模型的药物诱导的内壁模型如图1(10,11]。

如图2(一个),该模型包括颈总动脉(CCA),颈外动脉(ECA)、颈内动脉(ICA)和内部颈动脉窦(英格尔)。低剪切应力核心区域及其边缘显著模型。低剪切应力核心区域被标记为5点,和近端和远端边缘标记为点(图3和42 (b))。CCA的内径的测量和ICA的内径是作为控制点和标记为点1和2(图2 (b))。此外,最终的模型提供的原理图在图3(一个),实验系统的原理图如图3 (b)。整个循环系统由上游的水库,模型,流量计,离心泵,和下游水库,连接管。系统与油管连接形成一个完整的电路。离心泵将泵流体从下游到上游水库建立电路。(液体守恒水库可以调节高度的。在进入模型,流体通过一段直线和水平管。离开模型后,流体流动前锋与流量计下游水库通过管。泵将吸液水库下游回到上一个为了建立一个循环)。一个门槛上水库可以自动引入额外的液体回到下游水容器保持一个稳定的实验阶段。流向箭头(图所示3 (b))。

2.2。数值模拟方法

为了简化分析,以下假设是:(1)循环液体是不可压缩的牛顿流体;(2)流源源不断;(3)透水墙分岔模型等离子体,滤过率为10⁶cm / s。如果体积功率、热交换和其它物理和化学因素不考虑那么方程可以使用提供的脚注。第一个公式是一个连续性方程和第二个公式是一个运动方程流场的速度,流体压力,ρ流体密度和吗μ流体的粘滞性。因为上述基本方程是密集的非线性方程,采用有限体积法(有限),因为它是最常用的数值方法为解决目前这种类型的数学问题(12]。流利的软件是流体动力学计算软件基于有限体积法和CFD软件应用最广泛的利用。

边界条件是

分岔模型被认为是半透膜滤过率的大众。

2.3。血液流动的水动力参数

血液流动模型的参数控制的粒子图像测速仪(PIV)使用一种PIV - 400 - 10(美国TSI公司Shoreview MN)和数值模拟(NS) [13]。ICA的平均流速被设定为0.559米/秒,这是ICA内的平均流速测量人体血压在150毫米汞柱。

解决方案用7.5%甘油的粘度0.782 mPa。年代和密度为1.005×10³公斤/米³(前运行和稳定设备)是衡量低剪切30 (30 ISCOMETER CONTRAVES低剪切、瑞士)。这个粘度之所以被选中是因为它是相同的粘度M199培养基用于内皮细胞。血流量参数确定流量(毫升/秒)和循环液体的速度通过模型(流速、m / s)。

2.4。高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的分离

人血浆脂蛋白收集和使用一次性密度梯度超速离心法分离方法描述张和刘14]。高密度脂蛋白和低密度脂蛋白乐队从离心收集样本使用注射器针头,透析在缓冲区包含0.02 mol / L Tris-HCl, 0.85%生理盐水、0.01% EDTA, 0.01% NaN₃在pH值7.6。透析在4°C在黑暗中进行6小时每次,完全重复4次以除去溴化钠。过滤后收集脂蛋白被储存在4°C(存储和透析氮气氛下进行,以避免氧化)。图4显示了高纯度的分离检测和高密度脂蛋白。总共100毫升的液体循环准备实验,包括80毫升M199介质和20毫升的人血浆脂蛋白(即分离。10毫升LDL和10毫升HDL)。脂蛋白浓度测定用奥林巴斯全自动生化分析仪(奥林巴斯全自动生化分析仪AU2700、日本)。低密度脂蛋白和高密度脂蛋白的浓度在整体流()0.575更易/ L和0.242更易与L,分别。

2.5。实验的程序

高密度脂蛋白和低密度脂蛋白浓度测定在两个不同的ICA模型中的流动速度在5个不同的地方。低速组平均ICA流速为0.559米/秒(ICA的平均流速在人体血压低于150毫米汞柱),而高速组平均ICA流速为1.451米/秒(ICA的峰值流速在人体血压低于90毫米汞柱)。(即水动力参数。,blood flow in the low- and high-speed groups) were measured and have been summarized in Table2。

允许模型稳定后30分钟,50μL样本顺序收集每个5位置和5样本收集连续从每个位置。样本收集15分钟分开,以确保样本收集以恒定流。收集到的样本分别放置在聚乙烯管和免受光存储在棕色瓶在4°C。脂蛋白浓度测定的4个小时内收集。低密度脂蛋白的浓度之比表面(散装)浓度作为一个索引的低密度脂蛋白的浓度极化。高密度脂蛋白的浓度之比表面(散装)浓度被用作索引高密度脂蛋白的浓度极化。极化的低密度脂蛋白和高密度脂蛋白被认为发生比率大于1.000。

2.6。统计分析

实验结果显示在平均数±标准差。比较多个组进行了使用单因素方差分析,而涉及两组之间的比较t以及。使用线性回归数据相关性对比分析。结果是当视为一个重要的区别P低于0.05。统计分析都是计算使用SPSS11.5统计统计方案。

3所示。结果

3.1。表面的低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度在低速流组

见表3。

3.2。表面的低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度在高速流组

从表3和4低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度极化,观察颈动脉分叉模型的内表面在每一个采样点在两组。

3.3。高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的浓度差之间的关系和剪切应力

低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度差的内表面上观察颈动脉分叉模型。

绝对值的低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度区别每个采样点的低收入和高速流组(表5)进行了比较。无统计差异时观察到的低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度差异的绝对值采样点1和2进行比较。然而,统计差异绝对值的比较,指出低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度不同采样点3、4、5;值小于0.05。

比较的低密度脂蛋白浓度的比例在每个采样点的内壁表面低收入和高速流组浓度散装流和高密度脂蛋白浓度的比值在内壁表面浓度散装流,差值显示:低密度脂蛋白浓度比在低速流动的内壁表面散装流浓度明显高于高密度脂蛋白;这两个值之间的差别是一个积极的价值。然而,低密度脂蛋白浓度之比在高速流动的内壁表面浓度散装流明显低于高密度脂蛋白;这两个值之间的差别是一个负值。观察统计差异进行比较区别的比率低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度从这两组在内壁表面浓度散装流。

作为显示在图5之间的浓度差,绝对值在内壁表面降低低密度脂蛋白和高密度脂蛋白的增加剪切应力剪应力小于1.5时。这种变化趋势将更加明显,如果剪应力小于0.5。后剪切应力增加到1.5 Pa,低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度差异的绝对值在墙内表面根据剪切应力保持不变。统计数据显示,在内壁表面的英格尔,绝对值低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度差异的内壁表面剪切应力呈负相关(,)。后剪切应力增加到1.5 Pa,低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度区别在内壁表面保持在一个相对稳定的较低水平。没有观察到负相关。

结果显示低密度脂蛋白和高密度脂蛋白之间的浓度差的内壁表面,特别是在英格尔的内壁表面。

4所示。讨论

浓度增加低密度脂蛋白和高密度脂蛋白的浓度衰减是独立的危险因素的发展。他们认为相反的角色。前者是一种有害的脂蛋白,后者是一个保护。高密度脂蛋白的主要原因从机制如下:参与胆固醇逆向转录,anti-LDL氧化,保护内皮细胞(15- - - - - -22]。在低密度脂蛋白的硬化机理,有更多的活性氧(H₂O₂低剪切应力和ect)因为NADPH氧化酶的表达和缺陷增加氧转移。这加速了低密度脂蛋白氧化和生成Ox-LDL。Ox-LDL可以诱导血管内皮细胞的表达MCP-1导致单核细胞粘附和迁移。同样,它可以减少凋亡蛋白的表达,bcl - 2, c-IAP-1,通过结合特定受体LOX-1诱导细胞凋亡。因此,低密度脂蛋白的浓度极化为致病性Ox-LDL提供足够的衬底,在低剪切应力环境的设置,使内皮细胞在这些领域更容易受到损伤,从而促进动脉粥样硬化的发生(23- - - - - -26]。

浓差极化程度的高密度脂蛋白和低密度脂蛋白与剪切应力有关。然而,高密度脂蛋白极化的程度和低密度脂蛋白极化是不同的在不同的剪切应力。正如在表5高速流动的情况下,剪切应力在英格尔的内壁表面(采样点5)增加低速流相比时,和低密度脂蛋白浓度极化程度低于高密度脂蛋白。这表明,浓差极化程度的脂蛋白具有不同分子量和大小是不同的在不同的剪切应力。我们有了对这一现象的研究,提出了概念之间的浓度差”高密度脂蛋白和低密度脂蛋白。

根据观察到的现象在实验中,我们比较LDL-HDL浓度差的绝对值的墙表面每一点在低收入和高流率的差值浓度散装流。统计结果显示,在CCA和ICA(采样点1和2),没有明显的差异观察浓度差的绝对值。然而,在英格尔,低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度差异的绝对值在低速流动的内壁表面显著高于在高速流;英格尔地区与壁面切应力小于0.5 Pa,低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度差异的绝对值在内壁表面剪切应力呈负相关。在英格尔之间未发现显著差异的差异价值比率的内壁表面的低密度脂蛋白和高密度脂蛋白浓度高和低速流浓度散装流。在低速流,壁面切应力在英格尔部分是低,低密度脂蛋白的浓度之比之间的差值在内壁表面浓度散装流和高密度脂蛋白的浓度比浓度散装流是一个积极的价值。在高速流动,壁面切应力在英格尔明显增加,差异值之间的比值低密度脂蛋白的浓度在内壁表面浓度散装流和高密度脂蛋白的浓度比浓度散装流是一个负值。这表明,浓差极化程度的低密度脂蛋白高于高密度脂蛋白在低速流和低剪切应力,和浓差极化程度的HDL高于LDL在高速流和高剪切应力。

我们首次提出,在形势与某些低剪切应力在流场中,内壁表面的浓差极化脂蛋白与不同分子量会改变随着剪切应力的变化,导致不一致的浓度剖面;这是被称为浓度差。根据浓度差,我们的研究在低压力情况下,有害的低密度脂蛋白的增加超过了HDL含量增加。其他的研究表明,作为心血管病的发生概率会增加1% - -2%的低密度脂蛋白水平增加了1%或者高密度脂蛋白水平减少1% (27,28]。

5。结论

总之,我们建议的形成可能是继发于proatherosclerotic低密度脂蛋白和antiatherosclerotic高密度脂蛋白之间的失衡。我们证明了在低应力环境中,低密度脂蛋白增加超过了高密度脂蛋白的增加导致。另一方面,在高压力环境中,增加高密度脂蛋白比低密度脂蛋白的增加导致动脉粥样硬化的保护作用。

作者的贡献

郭y、y史同样对本文亦有贡献。

承认

这项工作得到了国家自然科学基金(81170288)。