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血液透析是终末期肾病患者重要的治疗方法,动静脉血管内瘘是维持性血液透析患者首选的血管通路。长期稳定的血管通路对维持性血液透析患者的生活质量和生存时间意义重大。从手术建立动静脉血管内瘘到其发展成熟为具有充足的血流量可以用于穿刺透析,需要一段时间的成熟期。在内瘘成熟的过程中,动静脉血管内血流动力学发生了巨大变化,并促使吻合的血管产生一系列的病理和生理学变化。血流剪切力为影响内瘘成熟的重要因素。第一部分平行板流动室流场的建立和数值模拟研究目的:动静脉内瘘是人为将动脉与静脉血管吻合后形成的非生理性产物。内瘘建立后,动脉血和或部分静脉血混合后流经静脉端返回心脏。由于血管径、血流量和内瘘夹角各不相同,且动静脉内瘘血流复杂,往往难以分析和研究。本研究应用平行板流动腔模拟管腔和血流,CFD软件分析平行平板流动腔内流体类型、剪切力的大小和分布。为分析内瘘复杂血流做理论和实践准备。方法:应用平行平板流动腔模拟动静脉血管内瘘内的血流动力学变化。应用CFD软件建模并分析流动腔内流体模式及剪切力的分布。结果:(1)由于本算例为压差驱动流,流场的压强分布在x、z方向上没有太大的差异,沿着流动方向压强逐渐减小。(2)整个计算域为层流流动,速度在圆管入口经过一段发展后形成抛物状分布,而后在狭窄长方体物块中,流体进行掺混、紊乱的流动并有涡流的存在,进入底面流动腔室(底板)后,流体为稳定均匀的流动状态,速度沿着y、x方向几乎无变化,但在z方向上呈现抛物线型分布(典型的泊肃叶流动特征),中间速度最大。(3)壁面切应力在底板中央层流区域均匀分布且数值较大。靠近壁面区域由于有涡流的存在且速度垂向梯度较小,因此该区域壁面切应力较小。在上述两个区域之间存在一个区域,由于存在较大的速度梯度,壁面切应力达到峰值,但该区域很小,对内皮细胞培养的影响也相对较小。(4)流动腔室中速度梯度与壁面切应力呈正比例关系。结论:(1)流动腔内流体为压差驱动流,压强的分布沿血流方向逐渐减低。(2)流体进入底面流动腔室(底板)后,成为稳定均匀的流动状态,速度沿着y、x方向几乎无变化。(3)入口流量越大,流动腔室中速度梯度越大,壁面切应力也越大。剪切力和速度梯度成正比,由于本研究中流体速度较小,剪切力和速度也近似呈正比关系。第二部分生理状况下剪切力对静脉内皮细胞的影响目的:内皮细胞呈单层贴覆于血管内表面,是各种力学变化的主要受力者。小窝蛋白是分布于内皮细胞表面的力学感受器,当剪切力作用于内皮细胞时,会引起膜表面蛋白表达及分布的变化。在生理状况下,血流剪切力直接作用于血管内皮细胞,内皮细胞表面的力学感受器在接受刺激后,将力学信号转换为生物信号并传递到细胞核,从而影响内皮细胞的生物学功能。本研究通过不同剪切力不同时间的刺激,研究血管内皮细胞功能的变化,评估其在内瘘内膜增生中的作用。方法:应用平行平板流动腔模拟动静脉内瘘静脉端管腔,培养基模拟血流产生剪切力,以脐静脉内皮细胞模拟静脉血管内皮细胞。低于生理水平剪切力、生理水平剪切力和超生理水平剪切力三种力作用于静脉血管内皮细胞。剪切力作用时间分别为0小时、6小时、12小时和24小时。应用Western blotting和RT-PCR等方法检测不同剪切力和不同时间下Cav-1、p-ERK、t-ERK、NF-κB等的表达水平。结果:在生理性剪切力作用下,随着时间的延长内皮细胞表达Cav-1水平逐渐下降,而细胞因子NF-κB、p-ERK的水平随时间延长表达水平增多。而在不同剪切力作用12小时情况下,内皮细胞表达Cav-1的水平随作用力的增强而增多,细胞因子NF-κB、p-ERK的表达在低于生理性剪切力的作用下明显较多且具有统计学意义,其他剪切力情况下表达差异无统计学意义。结论:剪切力的作用时间和剪切力的强度对Cav-1的表达均有明显的影响。细胞因子NF-κB、p-ERK的表达具有时间依赖性,且低剪切力的作用对表达的影响较大。因此低剪切力和长期的作用对内皮细胞功能的影响较大,可能与内瘘血管的内膜增生、血栓形成和局部平滑肌细胞的迁移有关。第三部分尿毒症环境下剪切力对静脉内皮细胞的影响目的:终末期肾病患者在CKD晚期开始出现血肌酐、钙磷代谢紊乱和代谢性酸中毒等并发症。而这些因素在一定程度上影响了血管内皮细胞功能,造成内皮细胞损伤。因此研究尿毒症环境中,血流剪切力对内皮细胞的影响至关重要。方法:在培养基中加入一定浓度尿毒症患者血清模拟尿毒症环境,应用平行平板流动腔模拟血流剪切力。低于生理水平剪切力、生理水平剪切力和超生理水平剪切力三种力作用于静脉血管内皮细胞。剪切力作用时间分别为0小时、6小时、12小时和24小时。应用Western blotting和RT-PCR等方法检测不同剪切力和不同时间下Cav-1、p-ERK、t-ERK、NF-κB等的表达水平。结果:在尿毒症环境中,在生理性剪切力作用下,随着时间的延长内皮细胞表达Cav-1水平也呈逐渐下降,但整体表达水平均较低。细胞因子NF-κB、p-ERK的水平随时间延长表达水平增多,但是12小时后增速变缓。而在不同剪切力作用12小时情况下,内皮细胞表达Cav-1的水平随作用力的增强而增多,细胞因子NF-κB、p-ERK的表达在低于生理性剪切力的作用下明显较多且具有统计学意义,其他剪切力情况下表达差异无统计学意义。结论:在尿毒症环境中,剪切力的作用时间和剪切力的强度对Cav-1的表达均有影响。作用时间越长,细胞因子NF-κB、p-ERK的表达越多。低剪切力对细胞因子NF-κB、p-ERK表达的影响较大。因此,在尿毒症环境中,低剪切力和长期的作用仍是内皮细胞功能活化的有效刺激因素,其与内瘘血管的内膜增生、血栓形成和局部平滑肌细胞的迁移有关。