A homogenized constrained mixture model of cardiac growth and remodeling: analyzing mechanobiological stability and reversal.
A homogenized constrained mixture model of cardiac growth and remodeling: analyzing mechanobiological stability and reversal.
复制标题
DOI：
10.1007/s10237-023-01747-w
复制
发表时间：
2023-12
影响因子：
3.5
通讯作者：
Wall, Wolfgang A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gebauer, Amadeus M.;Pfaller, Martin R.;Braeu, Fabian A.;Cyron, Christian J.;Wall, Wolfgang A.
关键词：
心脏生长和重塑（G&R）模式在全局和局部改变心室大小、形状和功能。生物力学、神经激素和遗传刺激通过肌细胞尺寸和纤维化的变化驱动这些模式。我们提出了一种新的微结构驱动的模型，预测器官规模的G&R在心脏的基础上均匀化的约束混合物理论。以前的模型，基于运动学生长理论，通过规定生长的方向和程度来再现大块心肌组织中G&R的后果，但忽略了潜在的细胞机制。在我们的模型中，G&R的方向和程度自然地从心肌组织成分的细胞内和细胞外周转过程及其优选的稳态拉伸状态中出现。我们还提出了一种方法来获得一个mechanobiologically平衡的参考配置。我们测试我们的模型在一个理想化的三维左心室几何形状，并证明我们的模型的目的是保持紧张的高血压条件下的稳态。在一个稳定的地图，我们确定区域的稳定和不稳定的G&R从一个相同的参数集不同的收缩压和生长因子。此外，我们还显示了收缩压恢复到基线水平后，1级和2级高血压的G&R逆转的程度。器官级心脏G&R的现实模型有可能识别有心力衰竭风险的患者，实现个性化心脏治疗，并促进医疗设备的优化设计。在线版本包含补充材料，可通过10.1007/s10237-023-01747-w获得。
Cardiac growth and remodeling (G&R) patterns change ventricular size, shape, and function both globally and locally. Biomechanical, neurohormonal, and genetic stimuli drive these patterns through changes in myocyte dimension and fibrosis. We propose a novel microstructure-motivated model that predicts organ-scale G&R in the heart based on the homogenized constrained mixture theory. Previous models, based on the kinematic growth theory, reproduced consequences of G&R in bulk myocardial tissue by prescribing the direction and extent of growth but neglected underlying cellular mechanisms. In our model, the direction and extent of G&R emerge naturally from intra- and extracellular turnover processes in myocardial tissue constituents and their preferred homeostatic stretch state. We additionally propose a method to obtain a mechanobiologically equilibrated reference configuration. We test our model on an idealized 3D left ventricular geometry and demonstrate that our model aims to maintain tensional homeostasis in hypertension conditions. In a stability map, we identify regions of stable and unstable G&R from an identical parameter set with varying systolic pressures and growth factors. Furthermore, we show the extent of G&R reversal after returning the systolic pressure to baseline following stage 1 and 2 hypertension. A realistic model of organ-scale cardiac G&R has the potential to identify patients at risk of heart failure, enable personalized cardiac therapies, and facilitate the optimal design of medical devices. The online version contains supplementary material available at 10.1007/s10237-023-01747-w.
登录
查看更多内容
影响因子：
3.5
作者：
Cyron CJ;Aydin RC;Humphrey JD
通讯作者：
Humphrey JD
DOI：
10.1016/j.ijengsci.2014.08.003
发表时间：
2014-12-01
影响因子：
6.6
作者：
Cyron, C. J.;Humphrey, J. D.
通讯作者：
Humphrey, J. D.
影响因子：
4.4
作者：
Ezra, Daniel G.;Ellis, James S.;Bailly, Maryse
通讯作者：
Bailly, Maryse
影响因子：
20.1
作者：
FREEMAN, GL;LEWINTER, MM
通讯作者：
LEWINTER, MM
影响因子：
3.5
作者：
Estrada AC;Yoshida K;Saucerman JJ;Holmes JW
通讯作者：
Holmes JW