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· 临床生物 力 学 ·风湿性病变二尖瓣瓣膜的一维力学性能
陈炜生 , , 李中学“, 陈 龙 , , 朱青安 5 , 王文瑞 ,
7− � 南京军区福州总医院心胸外科 , 福建 福州 58 仪】,− 9 � � 第一军 医大学珠江医院 , 广东 广州 8− 4�:� 9
5 � 第一军医 大学解放军 医学生物力学实验室 , 广东 广州 8− 48 −8,
【摘要】目的 ;通过测量风湿性病变的二尖瓣膜的一维拉伸力学性能 , 探讨二尖瓣膜力学特性变化的原
因 , 进而从力学角度
风湿性瓣膜病的病理生理 。 方法 ;用软组织生物材料试验机对病变瓣膜前瓣的径
向和环向分别进行一维拉伸试验 , 了解瓣膜的力学性能 。 结果 ; 病变瓣膜前瓣存在应力滞后现象 , 其径向
和环向特征 。分别为 4 � −田 士 4 � 4� − 和 4 � −45 士 4 � 4巧 , 特征 % 分别为 7 8 < 士 −− � < = , > .护 ∃? 扩 和 7 −: 土
� � 8≅ , > .护 ∃? 廿 , 两者均无显著性差别 。 结论 ; 病变瓣膜前瓣为粘弹性体 , 结构特性为各向同性 , 病变瓣
膜力学性能下降是风心病病理生理改变的物理学基础 。
【关键词】风湿性瓣膜病变 9 二尖瓣膜 9 生物力学
【中图分类号】凡抖� � 8− 【文献标识码】∗ 【文章编号】−44 − 一 −<8 67 �田� ,45 一 4� 抖 一 。
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[∴ ΦΨ Ξ 3 Χ 如】ΕΧΦ . .Θ Α ΛΒ! 9 而闹 Μ』Μ Φ 9 ΥΒ3ΘΦΚ ΙΑ. 五Κ Γ
风湿性心脏瓣膜病主要是 由于风湿活动引起瓣膜
纤维化或钙化 , 导致瓣 口狭窄或关闭不全 , 最终引起血
流动力学变化〔‘〕。 软组织力学是通过力学测试 , 研究
软组织在正常和异常情况下的应力应变 , 应力松弛 , 应
力蠕变等关系 , 建立本构关系模 型 , 求出力学常数 , 解
释一些病理生理现象〔� 一 〕。 许多学者认为瓣膜的力学
特性与其功能密切相关【8 一 =〕。 本实验的 目的是通过测
定风湿性病变二尖瓣膜 的一维力学性能 , 探讨风湿性
病变二尖瓣的力学变化 的原 因 , 进而从力学角度分析
风湿性瓣膜病的病理生理 。
, 材料与方法
− � − 材料
标本为病理确诊风湿性病变二尖瓣前瓣 Ε3 例 , 浸于生理
盐水中于 , 一 �4 ℃冰箱保存 , 测试前 自然解冻后切成 − � 8 ΚΘ >
4 � 8 。Θ 长方形测试条 , 垂直瓣环方向为测试条的宽 , 简称环向
7! Β二四此化ΧΛΒ Α. , , 沿瓣环方 向为测试条的长 , 简称径向 7Θ Ρ ΒΑ. ,
7见图 −, , 并用 5= ℃生理盐水滴浴 8 而Χ3
− � � 方法
− � � � − 测试装置 力学测试工具为 Σ] ⊥ 一 −4 型生物力学测试
仪 , 夹具为 0#Σ 软组织夹具 。
图 − 辫膜的切取和测试方向7Κ � 环向 ) � 径 向,
_Β Ο � . 叨. Φ Ρ ΦΗΒ ΧΒ ΛΒ 3 Χ ∋Η ΛΙΦ Μ Α. ΜΦ Γ 7! , Κ ΒΕΚ创_ΦΕ Φ .. ΛΒΑ. 9 ) ,
Ε田 .ΒΑ. ,
− � � � � 测试方法 一维拉伸是指力学试验机以恒定速度拉伸
试样 , 计算机采集应力和位移变化 , 并对此进行力学分析 。 测
试前每个试样都按表 − 条件进行预调 , 预调次数为 −4 次 , 使组
织内部结构达到一个稳定状态 , 取得重复性好的数据 。 标本的
一维拉伸测试条件见7表 −, , 前瓣是二尖瓣的主要功能单位 , 故
只测试前瓣的力学性能 , 测试方向为环向和径向。
− � � � 5 数据处理 根据软组织力学计算原理 , 定义公式如下 ;
应变 。定义为 ; 。 ⎯ 伸长量? 原长 ⎯ △( 助
应力 Α定义为 ; Α 二 轴向拉力 ?初始面积
弹性模量 % 定义为 ; % ⎯ 璐? 压
【收稿日期】�以刃 一 −− 一 肠
【作者简介】陈炜生7−盯5 一 , ,男 , 福建福安人 , 硕士 , 医师 , 主要从事
心胸外科工作 ,份 ; 748 ≅− ,= 45 �夕拍。
− � � �
的数据 。
! 3
数据分析 用 瓜Κ Φ. 曲线拟合工具拟合计算机采集到
设定应力为 Γ > .护 ∃? 砂 时的 % 和 。为特征 % 和特征
中国临床解剖学杂志 � 以〕� 年第 � 4 卷第 5 期 � � � 8
表 −
/ Α.〕�
预调和侧试条件
αΑΕΑβΧ ΦΛΦΕ 3Η Δ此 Φ3 Χ ΡΒ ΛΒ 3 Χ ΑΧ 7− ΘΦ Φ Ι耐Φ Α. ΛΦΓ Λ
测试项 目
ΛΦ ΓΛ 叩Λ.3Χ Γ
初始载荷 7∃ ? 扩 , 终末载荷7∃? 时,ΒΧ ΒΛΒΑ. Σ .ΕΦΣΣ
−护
−护
ϑ. ΛΒ刃.Α Φ Γ .ΕΦ ΓΓ
拉伸速度 7湘 −“而Χ,
Ε Α ΛΦ 3Η 8 −−飞红Χ
预调7ΔΕΦ Φ3Χ Ρ ΒΛ Β3Χ ,
测试 7ΛΦ ΓΛ,
−护
> .护
� 结果
病变瓣膜径向和环向应力应变曲线是典型的非线
性曲线 7见图 � , , 其拉伸曲线和 回复曲线不相重复 , 形
成一滞后环 , 相 同的应变下拉伸应力 比回复应力大 , 随
着预调次数 的增多 , 应力滞后环逐渐趋 向稳定 7见 图
− 厂
5, 。 病变瓣膜 的径 向和环 向特 征 ; 分别 为 4 � −的 士
4 � 4 � −和 4 � −4 5 士 4 � 4 −8 , 特征 % 分别 为 7 8< 士 − − � <= , >
−45 ∃? 扩 和 7 −8 士抖 � 8≅ , > .护 ∃? 时 7见表 � , , 两者均
无显著性差别 , 表明病变瓣膜前瓣为各向同性 。
Ν 于Ν Ν ΕΑ Ρ .Α .
一令一 Φ .Ε Κϑ Θ ΗΦ ΕΦ Χ ΛΒΑ .
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病变瓣膜径向和环向 的应 力应 变图
病 变瓣膜前瓣一维拉伸的应力滞后环 , 并随着预调次数的增多而趋于稳定 5本图省略第 9 一 : 次预调 曲线 8
9 ;< = +沈& & 一 +腼% =>2?= + ≅Α <=>Β 31 4 = 而123� ? 3� ? = + Χ4Δ . −
图图Χ4+
表 9
; 3� 〕. 9
? 3� ? = +
风湿性病变二尖瓣膜一维力学性能 % Ε /∋
;< = Β = = <皿4 = 3� Φ2≅ Γ = 21 4 = + ΗΑ 1< = 1 ����3 14 = Β 4123�
几 Ε /∋
方 向
。 24= % 1414 ≅ %
特征 。
= <田 3 Ι 1=2 ϑ
特征 Κ 5 ∃ �护 Λ Μ 扩 8
= <3口> 砚1= 2 Κ
径向 523Ν 43� 8
环向 5 ϑ4 2ϑ >% 巧Ο2 = % 14 3� 8
∋ . /∋∋ 土 ∋ . ∋9 /�
� !�∀ 士 � � !# ∃
%# & 士 !!
%!∋ 士 (%
&) ∗
#+ ,
表中� 和∃ , ∗ 和,比较的 尸 值均大于 � �# , 说明两者均无显著性
差别
− ./ 01 2 34 0 50 64 78 96 7: ; <. :洲”: 901 .= /4 0 :::: :7 96 而/<7: > 7: >0 1 ?4 96 4 14. ? 0≅/4 0 <0 ?0 <0 8. ≅ 9伍”℃川 0 1 98 /4 0 0Α/ 08 1 9Β 9:9/Χ Β0/? 0 0 8 /4 0 0 9<6 Δ98 ≅毛<08 /97: 田 :≅ /4 0
< 7 ::97: ≅ 9<06 /9.8
∀ 讨论
∀ ! 特征 Ε 和特征 。的选择
Φ7Χ − Γ 08Η ∋娘据生理情况下左心室压力 、二尖瓣环直径和瓣 叶厚度 , 用 肠Ι 0二公式计算出应力 1 Α
!护 − ϑ 澎 时的应变可作 为弹性大小的标 志 , 所以在分
析数据时我们也采用应力 # Α :了 − ϑ 澎 时的 Ε 和 。 为
特征 Ε 和特征 氛
∀ ( 病变瓣膜的一维力学性能变化及其原因
病变瓣膜 的一维拉伸特性 是典型 的软组织粘 弹
性 , 具有明显的应力滞后现象 , 同样载荷下 , 卸载曲线
的应变要 比加载过程中大 , 只有卸掉较多的载荷才能
恢复到原有载荷状态下 的变形 , 滞后环面积反 映了加
卸载循环过程中能量的损耗 。 病变瓣膜的径向和环 向
特征 。 分别 为 � !的 土 � �( ! 和 � !�∀ 士 � � !# Κ见表
叨 :0 Λ<0 0 . 8 山/9 . 8 7: 1 /<0 1 1 一 1 /< 7 9 8 0 Μ<> 0 1 Ν= <4 0 Μ5 7/9 0 而打7 >沮> 0 1
(Ο , 远 低 于正 常 瓣 膜 的 � & !! 士 � � !! 和 � % ∀( 士
� �# #Η ”〕, 说明病变瓣膜弹性 比正常瓣膜差 。 同时病变
瓣膜也由正常瓣膜各 向异性 〔’创变为各向同性 。
病变瓣膜这种力学特性与其病理变化是密切相关
的 。 正常二尖瓣是 由胶 原纤维 、弹性纤维和蛋 白多糖
基质构成的致密的结缔组织 , 瓣膜 的强度 主要来源于
胶原纤维 , 而 弹性纤 维赋 予瓣 膜 良好 的 弹性 Η “ 一 ’(〕。
慢性风湿性病变瓣膜因风湿活动造成胶原增生 、变性
及坏死 , 弹力纤维断裂 , 崩解甚至消失 , 两者 间的“桥 ”
式连接结构破坏 , 比例失衡 , 因而在应变初期主要受力
单位是胶原纤维 , 而不象正常瓣膜一样先 由弹性纤维
受力 , 同时胶原纤维排列无序 , 受力时无法统一取 向 ,
故应变初期弹性模量比正常瓣膜大 。 胶原纤维种类的
变化也导致瓣膜力学特性 的变化 。 林鑫 Η’∀〕测定 了本
实验瓣膜的胶原纤维 的含量 , 发现病变瓣膜 的 Π 型胶
原纤维含量 明显增多 , Π 型胶原 主要作用 是增加组织
的僵硬度 。
病变瓣膜由正常瓣膜各向异性变为各向同性也与
其病理变化有关 。 风湿活动使胶原纤维广泛增生 , 正
常环向走向遭到破坏 , 因而环 向和径向弹性模量差别
减少 , 瓣膜呈各 向同性 。
∀ ( 病变瓣膜一维力学性能改变与风心病 的病理生
理的关系
一 � � < � !∀#∃晓% &∋ +#)∃ ∗+ ∋_ !.. 0 !∗+ ∗ ∃∗Ε /《,0、 2 3 .� Π⊥ ∃3 � 5 � 76犯
病变瓣膜的一维力学性能变化和风心病的病理生
理发展过程密切相关 。 风湿活动导致瓣膜硬化 , 弹性
下降 , 表现为应力应变 曲线低模量区变陡 、变短 , 弹性
模量增大 , 瓣膜的开启功能受限 ,跨瓣压差和开瓣压增
大 , 引起血流动力学改变 。 同时瓣膜 的各向异性变为
各向同性 ,环向和纵 向弹性 变差 , 硬度增加 , 限制 了瓣
环的收缩 , 影响了瓣叶对合 , 造成血液的返流 。
同时病变瓣膜力学 的变化也和瓣膜的钙化 , 血栓
的形成有关 。 由于一维力学性能的下降 , 病变瓣膜在
弯曲时 , 弯曲外侧不易拉伸 , 迫使弯 曲内侧屈服变形 ,
形成楔状挤压 , 引起瓣叶机械疲劳和胶原断裂 , 造成撕
裂和钙化 。 由此可见二尖瓣膜生物力学性能改变是风
湿性心脏瓣膜病发病过程的一个重要环节 , 因此我们
在
人工瓣膜或手术治疗病变瓣膜时需要运用生物
力学的有关理论 , 以进一步提高治疗效果 。
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硕士学位
, −塑洲〕� �8 一 �< �[ −4 χΦ 3 .价记3 斑] , ΜΦΕΧ 即 刚 , 0 ∋..ΛΡ3 Γ ⊥ ∀ , ΦΛ Α. � Φ3ΧΧ ΦΚ ΛΒΜ Φ ΛΒΓ Γϑ Φ Κ ΙΑΧ 罗8 ΒΧΛΙ Φ ϑ .】侧 ΒΚ Ι刚 ΡΒ ΓΦ ΑΓΦ 「&」� & Σϑ ΥΧ 五Ω !ΨΛ 3. αΑΛΙ 3. , −卯 − , �5 ; �− 5 一 �− �[ −− χΣΦ 3ΛΛ 0 , Μ ΦΓΦ .Ψ .� ∗叫 Β! Μ Α. Μ Φ Φ ϑ 印 而ΦΕ3 ΓΛΕϑ Φ ΛϑΕΦ ; ΛΙ Φ Θ .Φ 3Η Φ .ΑΓΛ ΒΧ 【&χ �
儿Θ Λ..3 ΕΑ 7; Σ哪 , −卯8 , 印 ; 85 ≅ − 一 5男 �【−� χ纪荣明 , 党瑞山 , 何北平 � 正常人二尖瓣装置的应用解剖研究〔&χ � 解
剖学杂志 , −≅≅ � , 87 8, ; 5�� 一 5 �5 �
【−5 χ林 鑫 � 风湿性心 脏病二尖瓣和主动脉瓣胶原和 蛋白多糖含 量变
化的实验研究 [⊥ 〕�第一军医大学硕士学位论文 , −男: � 58 �
双下腔静脉 − 例
邢子英 , 刘书涛 , 田广平
7山 东大学医学院解剖学教研室 , 山东 济南 �8 44 −� ,
【中图分类号」)5 �� � −�5 【文献标识码」⊥ 【文章编号」−44 − 一 −<8 67 �33 � ,45 一 4� �< 一 4−
双下腔静脉是一种较少见的大血管崎形 , 我们在多年学生
局解中发现 − 例典型的双下腔静脉 , 现报道如下 。
老年男尸 , 约 =4 岁 , 身高 −:� ! Θ , 在做腹部解剖 时 , 打开腹
腔 , 腹腔脏器形 态 、位置 、毗邻等未发现异常 , 分 离腹后壁血管
时发现 � 条下腔静脉 。 分离其它结缔组织 , 对 � 条下腔静脉及
总下腔静脉等进行了观察测量 。
− 左下腔静脉
于左骸骼关节前由左骼内外静脉汇合而成 , 继沿脊柱左前
达第 .腰推与第 � 腰稚交界处 , 有左 肾静脉汇入 。 后料向右上
方 , 越过腹主动脉前面 , 与 右下腔静脉汇合。 左 下腔静脉肾下
段长 −< � � ! Θ , 宽 − � 。Θ 。 左下腔静脉肾上段或料行段长 8 � �
Φ Θ , 压扁后宽为 � � ! Θ 。
� 右下腔静脉
由右骼内外静脉平右骸骼关节前外侧 汇合而成 , 沿脊柱右
前上行 , 至第 − 腰稚右前方有右肾静脉汇入 。 继 而向上与左 下
腔静脉汇合 。 左右下腔静脉汇合处 的夹角为 5=4 。 右下腔静脉
肾下段长 −< � : 。Θ , 宽为 − � = 。Θ 右 下腔静脉肾上段长 − � Γ ΚΘ , 宽
� � < Κ Θ 3
5 总下腔静脉
平第 −腰推上缘前方 , 由左右 下腔静脉汇合而成。 于腹主
动脉右侧上行至肝的 下面 ;此段长 5 � 8 ΚΘ , 宽 5 � � !Θ 。 在第 � 肝
门处有一条肝左静脉 � 条肝右静脉注入 。 穿出肝上 面后 , 经肠
心腔静脉孔注入右 心房。 总下腔静脉肝 内段及注入右心房一
段长 : � 8 !Θ , 宽5 � 5 Φ Θ 。
下腔静脉弓7骼联合静脉 ,
平第 8 腰推上缘前方 , 横连 于左右 下腔静脉之间 , 长 � � :
Φ Θ , 宽 4 � = !Θ 。
近几年来随着医学的高速发展 , 如超声学 、 !/ 、核磁共振 、血管造影、介入疗法等。 双下腔静脉都能显现 出来 ,提高对双
下腔静脉的认识 以 免临床误诊是非常重要的 。 尤其是在腹部
外科手术中应高度重视 , 如胰腺手术 , 肝部分切除等。 肾手术
时更应 注意 , 因双下腔静脉的病人肾静脉较正常人短 , 手术过
程需倍加小心 � 避免损伤 。
总下腔静脉肝内段
总下腔静
右下腔静
肾上段
右下腔静脉 腔静脉’肾下段
腹主动脉
下腔静脉弓
【收稿日期】�44 − 一 4= 一 4=【作者简介】邢子英 7−≅8 8 一 , , 男 , 山东夏津人 , 副教授 , 主要从事临
床应用解剖学及神经生物学方 面的研究 , /Φ. ; 748 5 −, �≅ �的5 。
左下腔静脉
肾上段
附图 双下腔静脉