An experimental study on anisotropic mechanical properties of porcine thoracic aorta

Objective: To study the anisotropic mechanical properties of the thoracic aorta in porcine. Methods: Twenty-one porcine thoracic aortas were collected and categorized into three groups. The aortas were then cut through in their axial directions and expanded into two-dimensional planes. Then, by setting the length direction of the planar aortas (i.e., axial directions of the aortas) as 0°, each planar aorta was counterclockwisely cut into 8 samples with orientation of 30°, 45°, 60°, 90°, 120°, 135°, 150° and 180°, respectively. Finally, the uniaxial tensile tests were applied on three groups of samples at the loading rates of 1, 5 and 10 mm/min, respectively, to obtain the elastic modulus and ultimate stress of the aorta in different directions and at different loading rates. Results: The stress-strain curves exhibited different viscoelastic behaviors. With the increase of sample orientations, the elastic modulus gradually increased from 30°, reached the maximum value at 90°, and then gradually decreased till 180°. The variation trend of ultimate stress was similar to that of elastic modulus. Moreover, different loading rates showed a significant influence on the results of elastic modulus and ultimate stress, but a weak influence on the anisotropic degree. Conclusions: The porcine thoracic aorta is highly anisotropic. This research finding provides parameter references for assignment of material properties in finite element modeling, and is significant for understanding biomechanical properties of the arteries.

Vasomodulatory effect of novel peroxovanadate compounds on rat aorta: Role of rho kinase and nitric oxide/cGMP pathway

The present study was undertaken to assess the role of reactive oxygen species (ROS) in rat aortic ring vasoreactivity and integrity by using various peroxovanadate (pV) compounds. All the pV compounds (1 nM-300 mu M) used in the present study exerted concentration-dependent contractions on endothelium intact rat aortic rings. All compounds with an exception of DPV-asparagine (DPV-asn) significantly altered vascular integrity as shown by diminished KCl responses. Phenylephrine (PE)-mediated contractions (3 nM-300 mu M) were unaltered in the presence of these compounds. Acetylcholine (Ach)-mediated relaxation in PE (1 mu M) pre-contracted rings was significantly reduced in presence of diperoxovanadate (DPV), poly (sodium styrene sulfonate-co-maleate)-pV (PSS-CoM-pV) and poly (sodium styrene 4-sulfonate)-pV (PSS-pV). However, no significant change in Ach-mediated responses was observed in the presence of poly (acrylate)-pV (PM-pV) and DPV-asn. DPV-asn was thus chosen to further elucidate mechanism involved in peroxide mediated modulation of vasoreactivity. DPV-asn (30 nM-300 mu M) exerted significantly more stable contractions, that was found to be catalase (100 U/ml) resistant in comparison with H(2)O(2) (30 nM-300 mu M) in endothelium intact aortic rings. These contractile responses were found to be dependent on extracellular Ca(2+) and were significantly inhibited in presence of ROS scavenger N-acetylcysteine (100 mu M). Intracellular calcium chelation by BAPTA-AM (10 mu M) had no significant effect on DPV-asn (30 nM-300 mu M) mediated contraction. Pretreatment of aortic rings by rho-kinase inhibitor Y-27632 (10 mu M) significantly inhibited DPV-asn-mediated vasoconstriction indicating role of voltage-dependent Ca(2+) influx and downstream activation of rho-kinase. The small initial relaxant effect obtained on addition of DPV-asn (30 nM-1 mu M) in PE (1 mu M) pre-contracted endothelium intact rings, was prevented in the presence of guanylate cyclase inhibitor, methylene blue (10 mu M) and/or nitric oxide synthase (NOS) inhibitor, L-NAME (100 mu M) suggesting involvement of nitric oxide and cGMP. DPV-asn, like H(2)O(2), exerted a response of vasoconstriction in normal arteries and vasodilation at low concentrations (30 nM-1 mu M) in PE-pre contracted rings with overlapping mechanisms. These findings suggest usefulness of DPV-asn having low toxicity, in exploring the peroxide-mediated effects on various vascular beds. The present study also convincingly demonstrates role of H(2)O(2) in the modulation of vasoreactivity by using stable peroxide DPV-asn and warrants future studies on peroxide mediated signaling from a newer perspective. (C) 2011 Published by Elsevier Ltd.

Effects of elastase and collagenase on the nonlinearity and anisotropy of porcine aorta

We use enzymatic manipulation methods to investigate the individual and combined roles of elastin and collagen on arterial mechanics. Porcine aortic tissues were treated for differing amounts of time using enzymes elastase and collagenase to cause degradation in substrate proteins elastin and collagen and obtain variable tissue architecture. We use equibiaxial mechanical tests to quantify the material properties of control and enzyme treated tissues and histological methods to visualize the underlying tissue microstructure in arterial tissues. Our results show that collagenase treated tissues were more compliant in the longitudinal direction as compared to control tissues. Collagenase treatment also caused a decrease in the tissue nonlinearity as compared to the control samples in the study. A one hour collagenase treatment was sufficient to cause fragmentation and degradation of the adventitial collagen. In contrast, elastase treatment leads to significantly stiffer tissue response associated with fragmented and incomplete elastin networks in the tissue. Thus, elastin in arterial walls distributes tensile stresses whereas collagen serves to reinforce the vessel wall in the circumferential direction and also contributes to tissue anisotropy. A microstructurally motivated strain energy function based on circumferentially oriented medial fibers and helically oriented collagen fibers in the adventitia is useful in describing these experimental results.

Estudo fenotípico da região Aorta-Gônada-Mesonefros, de embriões de galinhas Gallus gallus domesticus, com ênfase na aorta dorsal

Acredita-se que os primeiros progenitores da hematopoese definitiva surjam da diferenciação do endotélio da aorta dorsal, na altura da região da Aorta-Gônada-Mesonefros (AGM). Com o intuito de estudar esta região e o fenótipo das células do endotélio da aorta dorsal nesta posição topográfica, ovos galados de Gallus gallus domesticus L. foram incubados em chocadeira, classificados em estádios de E16 a E25 e processados histotecnologicamente para obtenção de secções seriadas na altura da região AGM. Estas passaram por coloração por Hematoxilina-Eosina, histoquímica para PAS, PAS-diastase e Alcian Blue pH 1.0 e pH 2.5, histoquímica por lectinas fluoresceinadas e imunofluorescência para moléculas de superfície, citoesqueleto e matriz extracelular. Foi observada hipertrofia endotelial no assoalho da aorta nos estádios observados, o qual se apresentava positivo ao PAS, com ocorrência frequente de vacuolizações basais PAS negativas, e o surgimento ocasional de grupamentos celulares intravasculares. Nestes, as células que se destacavam da membrana basal do endotélio expressavam progressivamente mais material PAS positivo, o qual, no entanto, em nenhum momento pareceu se tratar de glicogênio. Em relação às glicosaminoglicanas, notamos a presença predominante de ácido hialurônico por todo o mesênquima da região e em outras estruturas como periferia da notocorda, tubo neural e mesoderma lateral. Ocorreu co-expressão de fibronectina e α-actina de músculo liso em células circunjacentes à aorta, na face ventral do vaso. GFAP e BMP-4 são expressas entre as células do tubo neural e em sua periferia, assim como na notocorda do embrião. As lectinas Abrus precatorius, Lens culinarise Ricinus communis mostraram-se positivas principalmente na região subedotelial do assoalho da aorta nos estádios observados neste trabalho. Bandeiraea simplicifolia exibiu pouca marcação na aorta dorsal e a Arachis hypogeae foi negativa. Outras estruturas da região AGM também expressaram resíduos de açúcares revelados por estas lectinas, tais como: notocorda, tubo neural, mesênquima, intestino primitivo e saco vitelínico. Estes resultados acrescentam elementos morfológicos e bioquímicos ao conhecimento sobre a região AGM de embriões de galinha e sobre o endotélio, possivelmente hemogênico, da aorta dorsal.

Efeitos da atividade física de baixa intensidade na estrutura das túnicas íntima e média da aorta em ratos espontaneamente hipertensos (SHR)

O exercício contínuo de baixa intensidade é capaz de atenuar a hipertrofia da célula muscular lisa da parede da aorta de ratos espontaneamente hipertensos (SHR), e parece atuar sobre a distribuição de fibras oxitalânicas, elaunínicas e elásticas. As alterações funcionais das grandes artérias relacionadas com a idade, deposição de colágeno e elastina na parede arterial e a elasticidade, são também melhoradas com a atividade física. No presente trabalho objetivamos estudar os efeitos da atividade física aeróbica de baixa intensidade no remodelamento estrutural da artéria aorta em modelo de hipertensão genética de ratos SHR. Através da análise da distribuição das fibras oxitalânicas, elaunínicas e elásticas na aorta dos animais controles e SHR submetidos ou não a atividade física de baixa intensidade. Foram utilizados 32 ratos, sendo 16 ratos SHR machos e 16 ratos normotensos Wistar Kyoto (WKY) machos com 8 semanas de idade. Ratos machos foram alocados em 4 grupos: WKY sedentário (WKY-SED), WKY exercitado (EX-WKY), SHR sedentário (SED-SHR), e SHR exercitado (EX-SHR). Os ratos sedentários foram limitados à atividade na caixa, enquanto que os ratos exercitados foram submetidos a um exercício de 1 h / dia, 5 dias / semana. Esses grupos passaram pelo protocolo de atividade física de 20 semanas e a pressão arterial foi mensurada semanalmente (PA). As aortas foram colhidas e processadas para microscopia de luz, microscopia eletrônica e western blotting. Foram realizadas as colorações orcinol neo-fucsina e resorcina-fucsina de Weigert. No grupo hipertenso, o exercício mantém a PA em um nível relativamente semelhante ao inicio do protocolo, mostrando a capacidade de prevenir o aumento da PA ao longo das 20 semanas. No grupo dos animais hipertensos não tratados, a PA aumenta. A PA aumentou progressivamente nos ratos SED-SHRs atingindo 1894 mmHg, mas o exercício físico impediu este processo. Ao final do experimento a PA nos ratos EX-SHRs foi similar o dos ratos WKY (1184 vs. 1144 mmHg), respectivamente. Observou-se maior expressão de elastina e maior distribuição de fibras oxitalânicas, elaunínicas e elásticas em animais que foram submetidos ao protocolo de exercício físico. A porcentagem de fibras elásticas e oxitalânicas foi menor em SED-SHR comparado com SED-WKY, mas o exercício físico aumentou a porcentagem dessas fibras em ambos os grupos. Através da imuno-histoquímica ultra-estrutural para elastina e fibrilina, os grupos EX-WKY e EX-SHR apresentaram uma marcação mais intensa para elastina e fibrilina. Animais hipertensos que não sofreram o protocolo de exercício físico apresentam espessura da parede da aorta maior que a dos animais que sofreram o exercício. O número de lamelas elásticas, bem como as fibras oxitalânicas e elaunínicas, é maior no grupo EX-SHR, em relação ao SED-SHR. Os grupos exercitados tiveram maior expressão de eNOS que seus respectivos grupos sedentários, e as células endoteliais apresentaram características morfológicas preservadas. A associação da atividade física com modelos de hipertensão genética mostra que o exercício físico tem efeitos benéficos nessa situação, uma vez que atenua a hipertensão e o remodelamento adverso da parede da aorta.

Transplante de células de medula óssea (BMCs) de camundongos em modelo experimental para o desenvolvimento de aterosclerose: aspectos estruturais, ultraestrutuais e moleculares da aorta

As células tronco são caracterizadas pela sua capacidade de se diferenciar em várias linhagens de células e exibir um pontente efeito parácrino. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da terapia com células da medula óssea (BMCs) na glicose sanguínea, no metabolismo lipídico e remodelamento da parede da aorta em um modelo experimental para aterosclerose. Camundongos C57BL/6 foram alimentados com uma dieta controle (grupo CO) ou uma dieta aterogênica (grupo AT - 60% gordura). Após 16 semanas, o grupo AT foi dividido em quatro sub grupos: grupo AT 14 dias e o grupo AT 21 dias receberam uma injeção de PBS na veia caudal e mortos 14 e 21 dias após respectivamente; grupo AT-BMC 14 dias e AT-BMC 21 dias que receberam uma injeção com BMCs na veia caudal e mortos 14 e 21 dias após, respectivamente. O grupo CO foi sacrificado juntamente com outros grupos. O transplante BMCs reduziu os niveis de glicose, triglicerídeos e colesterol total no sangue. Não houve diferença significativa em relação à massa corporal entre os grupos transplantados e não transplantados, sendo todos diferentes do grupo CO. Não houve diferença significativa na curva glicemica entre os grupos AT 14 dias, AT-BMC 14 dias e AT 21 dias e estes diferentes do grupo CO e do grupo AT-BMC 21 dias. O Qa (1/mm2) foi quantitativamente reduzido no grupo AT 14 dias e AT 21 dias quando comparado ao grupo CO. Este Qa se mostrou elevado no grupo AT-BMC 21 dias quando comparado a todos os grupos. O aumento da expessura da parede da aorta foi observado em todos os grupos aterogênicos, entretanto o aumento da espessura foi significativamente menor no grupo AT-BMC 21 dias em relação ao grupo AT 14 dias e AT 21 dias. A percentagem de fibras elásticas se apresentou significativamente maior no grupo AT 21 dias quando comparado ao CO e AT-BMC 21 dias. Não houve diferença significativa entre o grupo CO e AT-BMC 21 dias. Vacúolos na túnica média, delaminação e o adelgaçamento das lamelas elásticas foram observados nos grupos AT-14 dias e AT-21 dias. O menor número destes foi visualizado no grupo AT-BMC 14 dias e AT-BMC 21 dias. A imunomarcação para alfa actina de músculo liso (α-SMA) e fator de crescimento vascular e endotelial (VEGF) mostrou menor marcação em grupos transplantados com BMCs. A marcação para antígeno nuclear de proliferação celular (PCNA) mostrou-se mais expressiva no grupo AT-BMC 21 dias grupo. Marcação para CD105, CD133 e CD68 foi observada nos grupos AT 14 dias e AT 21 dias. Estas marcações não foram observadas nos grupos AT-BMC 14 dias e AT-BMC 21 dias. Nas eletromicrografias observamos o remodelamento benéfico no grupo AT-BMC14 dias e AT-BMC 21 dias, com a organização estrutural similar ao grupo CO. Vesículas de pinocitose, projeção da célula muscular lisa e a delaminação da lamina elástica interna são observados nos grupos AT 14 dias e AT 21 dias. Célula endotelial preservada, com lamina elástica interna de contorno regular e contínua é observada no grupo CO e nos grupos AT-BMC 14 dias e AT-BMC 21 dias. Como conclusão, os nossos resultados reforçam o conceito de que, em um modelo aterosclerótico utilizando camundongos e dieta aterogênica, a injeção de BMCs melhora os níveis de glicose, metabolismo lipídico e ocasiona um remodelamento benéfico na parede da aorta.

GLP-1 and related peptides cause concentration-dependent relaxation of rat aorta through a pathway involving KATP and cAMP

increasing evidence from both clinical and experimental studies indicates that the insulin-releasing hormone, glucagon-like peptide-1 (GLP-1) may exert additional protective/reparative effects on the cardiovascular system. The aim of this study was to examine vasorelaxant effects of GLP-1(7-36)amide, three structurally-related peptides and a non-peptide GLP-1 agonist in rat aorta. Interestingly, all GLP-1 compounds, including the established GLP-1 receptor antagonist, exendin (9-39) caused concentration-dependent relaxation. Mechanistic studies employing hyperpolarising concentrations of potassium or glybenclamide revealed that these relaxant effects are mediated via specific activation of ATP-sensitive potassium channels. Further experiments using a specific membrane-permeable cyclic AMP (cAMP) antagonist, and demonstration of increased cAMP production in response to GLP-1 illustrated the critical importance of this pathway. These data significantly extend previous observations suggesting that GLP-1 may modulate vascular function, and indicate that this effect may be mediated by the GLP-1 receptor. However, further studies are required in order to establish whether GLP-1 related agents may confer additional cardiovascular benefits to diabetic patients. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Medição automática do diâmetro da aorta torácica em imagens de tomografia computorizada

O calibre da artéria aorta torácica é avaliado em situações de suspeita de patologia ou em pacientes com pre-disposição para desenvolverem doenças vasculares. A medição das suas dimensões, em duas direcções diametralmente opostas e, assim, fulcral na avaliação desta estrutura. Para tal, o exame de primeira linha definido é a Angiografia por Tomografia Computorizada (Angio-TC), injectando-se um produto de contraste na veia radial que irá opacificar os vasos, permitindo a sua distinção das estruturas adjacentes. O presente trabalho, inserido na disciplina de Dissertação/ Projecto/ Estágio Profissional do Mestrado em Engenharia de Computação e Instrumentação Médica e com a cooperação da empresa Efficientia, foi sugerido pela equipa de Angio-TC do Centro Hospitalar de Vila Nova de Gaia (CHVNG) e tem por objectivo o desenvolvimento de uma aplicação para a medição e registo automático do diâmetro da aorta torácica em nove pontos anatómicos pre-definidos em imagens de Tomografia Computorizada (TC). A aplicação foi desenvolvida no ambiente integrado de processamento e análise de imagem, Fiji, sendo a metodologia composta pelas etapas de segmentação, desenho da linha central, determinação dos planos de cortes, segmentação e medição da aorta nos planos de corte. Os resultados obtidos pela metodologia proposta são concordantes com os obtidos por especialistas para o conjunto de teste utilizado neste trabalho.