成年離體豬氣管生物力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目的：通過(guò)對(duì)與人體氣管組織結(jié)構(gòu)與形態(tài)學(xué)相似的成年離體豬氣管的殘余應(yīng)力、頂破強(qiáng)力、徑向支撐、抗彎剛度、縱向拉伸、應(yīng)力松弛及蠕變等生物力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，從而較全面地評(píng)價(jià)豬氣管的生物力學(xué)特性，為人體氣管生物力學(xué)性能的研究和組織工程人工氣管支架生物力學(xué)的研究提供實(shí)驗(yàn)方法與依據(jù)。 方法：1)分析成年離體豬氣管各氣管環(huán)膜部與軟骨環(huán)部的張開(kāi)角，評(píng)價(jià)豬氣管的殘余應(yīng)力。2)應(yīng)用氣壓法測(cè)量各成年離體豬氣管環(huán)在內(nèi)部加壓時(shí)的破裂狀態(tài)，評(píng)價(jià)氣管的頂破強(qiáng)力

2、。3)對(duì)長(zhǎng)為50mm的豬氣管試樣橫向上分別從前壁和側(cè)壁兩個(gè)方向加壓使其壓縮，評(píng)價(jià)其徑向支撐性能。4)應(yīng)用TY8000系列50-5000N伺服控制拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)長(zhǎng)為80mm兩組成年離體豬氣管試樣分別從前壁和側(cè)壁中點(diǎn)施力，記錄壓至20mm時(shí)的壓力，評(píng)價(jià)其抗彎剛度。5)將長(zhǎng)為100mm的成年離體豬氣管軟骨環(huán)部與氣管膜部分別進(jìn)行縱向拉伸，繪制其應(yīng)力-應(yīng)變曲線，評(píng)價(jià)其應(yīng)力-應(yīng)變特性。6)將長(zhǎng)為100mm的成年離體豬氣管膜部拉伸至應(yīng)變達(dá)到60％時(shí)，保

3、持應(yīng)變不變，記錄應(yīng)力隨時(shí)間的變化；將長(zhǎng)為100mm的成年離體豬氣管軟骨環(huán)部拉伸應(yīng)變達(dá)到50％時(shí)，保持應(yīng)變不變，記錄應(yīng)力隨時(shí)間的變化。對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用MATLAB軟件擬合方程，分別評(píng)價(jià)豬氣管軟骨環(huán)部與氣管膜部的應(yīng)力-時(shí)間變化特點(diǎn)。7)將長(zhǎng)為100mm的成年離體豬氣管膜部拉伸測(cè)試，當(dāng)應(yīng)力2.5N時(shí)，保持應(yīng)力不變，記錄應(yīng)變隨時(shí)間的變化：將長(zhǎng)為100mm的成年離體豬氣管軟骨環(huán)部拉伸，當(dāng)應(yīng)力20N時(shí)，保持應(yīng)力不變，記錄應(yīng)變隨時(shí)間的變化。對(duì)實(shí)驗(yàn)所得

4、數(shù)據(jù)用MATLAB軟件擬合方程，分別評(píng)價(jià)成年離體豬氣管軟骨環(huán)部與氣管膜部蠕變特性。 結(jié)果：1)膜部切開(kāi)后氣管環(huán)的張開(kāi)角呈“C”形、大小約40°，變化不大；軟骨環(huán)部切開(kāi)后氣管環(huán)的張開(kāi)角呈“W”形，張開(kāi)角較大，且變化較大，最小為38°、最大為215°；方差分析示：軟骨環(huán)部切開(kāi)組張開(kāi)角組內(nèi)差異大，膜部切開(kāi)組組內(nèi)差異??；t檢驗(yàn)示：兩組氣管試樣切開(kāi)后張開(kāi)角大小有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.01)。2)所有氣管環(huán)破裂處均為氣管膜部，試樣破裂時(shí)所

5、受的內(nèi)部壓力大小不一致，最大為202mmHg，最小為77mmHg，平均壓力接近環(huán)狀軟骨為180mmHg，接近隆突為110mmHg。3)試樣氣管節(jié)段在被壓縮50％時(shí)均未被壓碎，撤去外力后恢復(fù)原狀。氣管橫向水平壓縮50％時(shí)最大壓力為15.77N、最小為2.97N，氣管橫向垂直壓縮50％時(shí)最大壓力為20.12N、最小為3.70N。t檢驗(yàn)顯示：兩組數(shù)據(jù)無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。4)實(shí)驗(yàn)氣管撤去外力后能恢復(fù)原狀。氣管前側(cè)施壓彎曲時(shí)最大壓力

6、為0.296N、最小為0.131N，氣管側(cè)側(cè)施壓彎曲時(shí)最大壓力為0.254N、最小為0.150N，t檢驗(yàn)顯示：兩組數(shù)據(jù)無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。5)應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示實(shí)驗(yàn)氣管試樣拉伸在50％應(yīng)變范圍內(nèi)的應(yīng)力很小，曲線較為平坦，當(dāng)應(yīng)變超過(guò)50％時(shí)，曲線較陡，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一值時(shí)，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，接著試樣斷裂。6)應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力-時(shí)間曲線呈逐漸下降趨勢(shì)，當(dāng)應(yīng)力、應(yīng)變達(dá)到某一個(gè)值時(shí)，保持應(yīng)變不變，應(yīng)力不斷減小，當(dāng)應(yīng)力減小到某一個(gè)值時(shí)，

7、以這個(gè)值為漸近線而逐漸恒定。擬合所得方程曲線呈對(duì)數(shù)關(guān)系下降。7)蠕變實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變.時(shí)間曲線呈逐漸上升趨勢(shì)，當(dāng)應(yīng)力、應(yīng)變達(dá)到某一個(gè)值時(shí)，保持應(yīng)力不變，應(yīng)變不斷增加，當(dāng)應(yīng)變一個(gè)值時(shí)，以這個(gè)值為漸近線而逐漸恒定。擬合所得方程曲線呈指數(shù)關(guān)系上升。 結(jié)論：1)無(wú)載荷狀態(tài)下的成年離體豬氣管不是零應(yīng)力狀態(tài)，存在殘余應(yīng)力。氣管膜部存在的殘余應(yīng)力比軟骨環(huán)部大。各氣管環(huán)膜部存在的殘余應(yīng)力從環(huán)狀軟骨到隆突逐漸增大，而氣管各軟骨環(huán)部存在的殘余應(yīng)力大小較一

8、致。2)成年離體豬氣管內(nèi)壁受到壓力時(shí)會(huì)破裂，破裂部位主要集中在氣管膜部，且越接近氣管隆突越易破裂。3)成年離體豬氣管在管壁受到橫向外力時(shí)，不易變形與破裂，且撤去外力后能恢復(fù)原狀，具有良好的徑向支撐性能。4)成年離體豬氣管在受到外力時(shí)較易彎曲且彎曲時(shí)不易折斷，具有較好的彎曲性能。5)成年離體豬氣管的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不符合虎克定律，容易被拉伸而不易斷裂。6)成年離體豬氣管的軟骨環(huán)部與氣管膜部組織均具有應(yīng)力松弛和蠕變特性，實(shí)驗(yàn)氣管組織是黏彈性組