腹主动脉瘤腔内修复术后再膨大的生物力学机理研究

Abdominal aortic aneurysms (AAA) may continue to expand or even rupture after endovascular aneurysm repair (EVAR) either because of endoleak or endotension. Controversy still exists about its pathogenesis until now. In this proposal we advance the hypothesis that both endoleak and endotension can modify the mechanical/hemodynamic situation in AAA, as well as changing the biochemical situation of aneurysm wall including transport alteration of LDL, O2 and NO. Above mentioned deterioration of biomechanical and biochemical situation would lead to degradation of aneurysm wall and finally enlarge AAA after EVAR. Therefore, numerical simulation and in vitro experiments will be involved to verify our hypothesis, including: 1) Study on the modification of mechanical and biochemical situation in AAA with endoleak and endotension after EVAR, 2) Study on the reaction and change of smooth muscle cells (SMS) and extracellular matrix in the modified mechanical and biochemical situation. It is expected that this study can present a special view to investigate the mechanism of AAA enlargement after EVAR.

部分腹主动脉瘤行腔内修复术后还会继续膨大，甚至破裂。临床发现再膨大与术后内漏(endoleak)或内张力(endotension，指在无内漏的情况下，瘤体和覆膜支架之间的压力持续增大的现象)有密切关系。然而机理至今未明。申请人认为，瘤体中内漏和内张力的存在会显著影响瘤体内力学/血流动力学环境，从而影响管壁应力、应变，同时更会影响瘤体内及管壁中物质（如LDL、氧气、NO）的输运，进而改变管壁的生化环境。由此产生的生物力学环境恶化（如管壁张应力升高）及生化环境改变（LDL沉积增加、氧气浓度变化等）引起的管壁强度下降可能是瘤体继续膨大的根源。为验证上述科学猜测，本项目拟采用数值模拟和体外实验结合的方法，系统研究：1）术后内漏或内张力发生时，瘤体的力学和生化环境变化规律；2）在此生物力学/生化环境条件下，血管平滑肌细胞及胞外基质会发生什么变化？本项目将为腹主动脉瘤修复术后再膨大机理研究提供新思路。

临床中发现部分腹主动脉瘤行腔内修复术（EVAR）后还会继续膨大，甚至破裂，然而机理至今未明。本项目认为，腹主动脉瘤行EVAR术后可能发生的内漏等并发症引起的生物力学及力学生物学变化可能是引起术后腹主动脉瘤再膨大和破裂的重要原因。为验证上述科学猜测，本项目采用数值模拟、体外实验等方法，开展了如下几个方面的研究内容：1）基于临床医学影像的腹主动脉瘤EVAR术后正常及内漏情况下3D模型的构建；2）动脉瘤内器械（支架/覆膜支架）植入对其生物力学环境变化的影响研究；3）设计基于生物力学仿真与预测的腹主动脉瘤破裂风险评估系统；4）搭建体外流动循环系统，检测腹主动脉瘤内EVAR前后的力学环境变化；5）搭建组织灌注体外循环系统研究血流动力学环境变化对血管重构的影响；6）针对腹主动脉瘤EVAR手术中应对分叉血管时的支架介入问题研究；7）成功建立腹主动脉瘤动物模型，为后续研究奠定基础。本项目研究发现：内漏等器械植入并发症会对腹主动脉瘤内生物力学环境（压力分布、剪切力分布、管壁应力等）产生显著影响，且内漏位置不同其影响也不同；血流动力学环境变化还可以改变血小板、药物等物质的传输规律；动脉瘤腔内的压力增加可以引起血管的结构重构，引起血管内径的增加，血管壁中内膜及中膜横截面积的改变等。我们还对EVAR术相关的几种器械设计进行了血流动力学评价与分析，体外构建腹主动脉瘤的动物模型成功率也超过了90%。本项目的开展，加深了我们对腹主动脉瘤术后再膨大的生物力学机制的认识，对于腹主动脉瘤的手术治疗和器械设计具有重要参考意义。.本项目发表SCI论文8篇，国内核心期刊论文3篇，申请国家发明专利4项。同时还开展了多次国内外学术会议交流，完成了人才培养等方面的计划。.此外，随着研究的深入，我们又从本项目拓展出两个新的研究课题：1）腹主动脉瘤发病和死亡率的性别差异问题（已申请自然基金面上项目资助）；2）下肢截肢人群腹主动脉瘤发病率高的问题（正在开展探索性研究）。