Attraverso l'aorta liberata: tre

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 8632 (2022) Citare questo articolo

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La parte media della parete aortica è caratterizzata da strati alterati di elastina e cellule muscolari lisce (SMC), insieme a fibre di collagene in entrambi gli strati, e svolge un ruolo centrale nel rimodellamento funzionale e patologico come l'ipertensione e l'aterosclerosi. Poiché la funzione arteriosa è strettamente legata alla struttura interna della parete arteriosa, è essenziale indagare l'alterazione della microstruttura arteriosa durante la deformazione macroscopica per comprendere le patologie cardiovascolari. Il presente studio ha adottato un metodo di pulizia dei tessuti nella caratterizzazione meccanica tridimensionale dell'aorta toracica di ratto e ha osservato con successo cambiamenti nella struttura di ciascuno dei tre componenti primari dell'aorta sotto pressurizzazione intraluminale mantenendo l'integrità meccanica e la flessibilità del tessuto. Strati di fibre elastiche e SMC deformati maggiormente sul lato intimale rispetto a quelli sul lato avventizio. Inoltre, c'era un accordo strutturale nell'angolo di allineamento tra i nuclei delle SMC e le fibre elastiche sul lato intimale, ma non sul lato avventizio. Questo è il primo studio in cui i cambiamenti nella microstruttura di tre componenti primari dell'aorta sono stati visualizzati e valutati attraverso l'aorta. Il metodo qui stabilito sarebbe utile anche per comprendere la meccanica dei tessuti di altri tessuti molli portanti.

La parete aortica è caratterizzata da tre strati, intima, media e avventizia. Tra questi, i media governano principalmente i comportamenti meccanici dell'aorta e svolgono un ruolo centrale nel rimodellamento funzionale oltre che patologico come l'ipertensione e l'aterosclerosi. Il supporto è costituito principalmente da elastina, collagene e cellule muscolari lisce vascolari (SMC), ciascuna delle quali ha modulo elastico a diversi ordini. Vale a dire, i valori generalmente accettati per il modulo di elastina, collagene e SMC sono rispettivamente di circa 0,6 MPa1, 1 GPa1 e 1–100 kPa2. L'elastina e le SMC formano strati alternati distinti, lamelle elastiche (EL) e strato muscolare liscio (SML)3 nella media, mentre le fibre di collagene sono presenti in entrambi gli strati nella media e nell'avventizia. Le lamelle elastiche sono composte da elastina orientata circonferenzialmente (71% dell'elastina mediale totale), con piccole finestre all'interno della struttura EL a forma di foglio4,5,6 e mostrano una conformazione ondulata sia in direzione circonferenziale che assiale nella condizione scarica7, 8,9. Questa eterogeneità strutturale ha provocato un comportamento meccanico non lineare e viscoelastico dell'aorta sotto pressurizzazione intraluminale.

Il comportamento meccanico dell'aorta è generalmente descritto in due fasi10: una grande deformazione in un intervallo di bassa pressione e una piccola deformazione in un intervallo di alta pressione. Nella prima fase, nell'intervallo di bassa pressione, la parete aortica si espande radialmente attraverso lo stiramento circonferenziale delle fibre elastiche e il raddrizzamento delle fibre collagene ondulate, mentre nella seconda fase nell'intervallo di alta pressione, che corrisponde all'interno e al di sopra del sangue fisiologico pressione, la parete aortica mostra un'espansione limitata poiché le fibre di collagene rigide e raddrizzate sopportano lo stress meccanico11. Durante la deformazione del tessuto, anche le SMC si deformano principalmente in direzione circonferenziale12, il che potrebbe essere un innesco meccanico del funzionamento delle SMC. Poiché la funzione arteriosa è strettamente legata alla struttura interna della parete arteriosa, è essenziale indagare l'alterazione della microstruttura arteriosa durante la deformazione macroscopica al fine di comprendere le patologie cardiovascolari e le conseguenti alterazioni delle funzioni e della meccanica arteriosa. Tali informazioni devono essere ottenute da esperimenti che conservino l'unica struttura arteriosa tridimensionale.

Recenti tentativi di caratterizzazione tridimensionale dei comportamenti meccanici aortici utilizzando espianti di aorta intatta hanno dimostrato che una frazione di fibre di collagene rimaste ondulate era più elevata negli EL rispetto agli SML anche nell'intervallo di alta pressione13, suggerendo che gli SML sono più allungati degli EL durante il pressurizzazione. Ciò può provocare lo scorrimento dell'interstrato durante la deformazione circonferenziale14. Nel frattempo, questo studio ha anche riportato che i livelli di deformazione negli EL e negli SML sono a livelli simili e non sono state riscontrate differenze statisticamente significative nei livelli di deformazione dagli strati interni a quelli esterni degli EL e degli SML. Questi risultati sono stati ottenuti dall'aorta toracica di topo, probabilmente a causa di una limitata trasmittanza del laser di eccitazione a due fotoni attraverso un campione di aorta più spesso proveniente da animali più grandi13,15. Di conseguenza, è necessario studiare il comportamento meccanico tridimensionale dell'aorta di diversi animali modello sotto pressurizzazione intraluminale per ottenere una comprensione completa della biomeccanica vascolare e per raggiungere questo obiettivo deve essere stabilito un apparato sperimentale adeguato.