Pela aorta desobstruída: três

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 8632 (2022) Citar este artigo

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A camada média da parede aórtica é caracterizada por alterar as camadas de elastina e células musculares lisas (SMCs), juntamente com fibras de colágeno em ambas as camadas, e desempenha um papel central na remodelação funcional e patológica, como hipertensão e aterosclerose. Como a função arterial está intimamente ligada à estrutura interna da parede arterial, é essencial investigar a alteração da microestrutura arterial durante a deformação macroscópica para entender as patologias cardiovasculares. O presente estudo adotou um método de limpeza de tecido na caracterização mecânica tridimensional da aorta torácica de ratos e observou com sucesso mudanças na estrutura de cada um dos três componentes primários da aorta sob pressurização intraluminal, mantendo a integridade mecânica e a flexibilidade do tecido. Camadas de fibras elásticas e SMCs deformaram-se mais no lado intimal do que no lado adventício. Além disso, houve concordância estrutural no ângulo de alinhamento entre os núcleos SMC e as fibras elásticas em seu lado intimal, mas não no lado adventício. Este é o primeiro estudo que as alterações na microestrutura de três componentes primários da aorta foram visualizadas e avaliadas através da aorta. O método aqui estabelecido também seria útil para entender a mecânica tecidual de outros tecidos moles de suporte de carga.

A parede da aorta é caracterizada por três camadas, a íntima, a média e a adventícia. Entre eles, a mídia governa principalmente os comportamentos mecânicos da aorta e desempenha um papel central na remodelação funcional e patológica, como hipertensão e aterosclerose. A média consiste principalmente em elastina, colágeno e células musculares lisas vasculares (SMCs), cada uma com módulo de elasticidade em diferentes ordens. Ou seja, os valores geralmente aceitos para o módulo de elastina, colágeno e SMC são de aproximadamente 0,6 MPa1, 1 GPa1 e 1-100 kPa2, respectivamente. Elastina e SMCs formam camadas alternadas distintas, lamelas elásticas (EL) e camada de músculo liso (SML)3 na média, enquanto as fibras de colágeno estão presentes em ambas as camadas na média e na adventícia. As lamelas elásticas são compostas de elastina orientada circunferencialmente (71% da elastina medial total), tendo pequenas fenestrações dentro da estrutura EL em forma de folha4,5,6, e exibem uma conformação ondulada tanto na direção circunferencial quanto axial na condição descarregada7, 8,9. Essa heterogeneidade estrutural resultou em um comportamento mecânico viscoelástico não linear da aorta sob pressurização intraluminal.

O comportamento mecânico da aorta é geralmente descrito em duas fases10: uma grande deformação em uma faixa de baixa pressão e uma pequena deformação em uma faixa de alta pressão. Na primeira fase, na faixa de baixa pressão, a parede da aorta se expande radialmente por meio de alongamento circunferencial das fibras elásticas e endireitamento das fibras colágenas onduladas, enquanto na segunda fase, na faixa de alta pressão, que corresponde a dentro e acima do sangue fisiológico pressão, a parede aórtica exibe uma expansão limitada, pois as fibras de colágeno endireitadas e rígidas resistem ao estresse mecânico11. Durante a deformação do tecido, os SMCs também são deformados principalmente na direção circunferencial12, o que pode ser um gatilho mecânico do funcionamento do SMC. Como a função arterial está intimamente ligada à estrutura interna da parede arterial, é essencial investigar a alteração da microestrutura arterial durante a deformação macroscópica para entender as patologias cardiovasculares e consequentes alterações das funções e mecânica arterial. Tal informação precisa ser obtida de experimentos conservando a estrutura arterial tridimensional única.

Tentativas recentes de caracterização tridimensional de comportamentos mecânicos da aorta usando explantes de aorta intactos demonstraram que uma fração de fibras de colágeno que permaneceram onduladas foi maior em ELs do que SMLs mesmo na faixa de alta pressão13, sugerindo que SMLs são mais esticados do que ELs durante o pressurização. Isso pode resultar em deslizamento interlayer durante a deformação circunferencial14. Enquanto isso, este estudo também relatou que os níveis de tensão em ELs e SMLs estão em níveis semelhantes, e não houve diferenças estatisticamente significativas nos níveis de tensão das camadas internas para externas de ELs, bem como SMLs. Esses achados foram obtidos da aorta torácica de camundongos, provavelmente devido a uma transmitância limitada do laser de dois fótons de excitação através de uma amostra de aorta mais espessa de animais maiores13,15. Consequentemente, há uma necessidade de estudar o comportamento mecânico tridimensional da aorta de diferentes animais modelo sob pressurização intraluminal para obter uma compreensão abrangente da biomecânica vascular e, para alcançar isso, uma configuração experimental adequada deve ser estabelecida.