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腕管综合征正中神经损伤的生物力学机制研究

批准号:
32201067
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
姚怡飞
依托单位:
学科分类:
生物力学与生物流变学
结题年份:
2025
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
--

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
腕管综合征是常见的上肢周围神经病变。神经损伤的重要原因之一是长期过度压力和重复性的手部运动引起的正中神经的纵向拉伸应变。临床上,尚不清楚腕管综合征病人的正中神经在手部运动中的三维动态生物力学特性及神经细胞的力学损伤机理。本研究结合了基于自由臂超声动态成像与声辐射力脉冲成像的多模态超声技术,有限元力学仿真方法和细胞生物力学实验通过测量三维正中神经的伪动态拉伸应变和剪切模量的时空特性,构建手指屈伸运动中正中神经压缩应力与拉伸应力的损伤模型,将应力载荷加载在神经细胞上,通过分析细胞损伤阈值以及肌动蛋白细胞骨架形态和蛋白表达,探索腕管综合征的发病机制。分析腕管内正中神经的三维生物力学特性有助于更全面地理解腕管综合征的生物力学发病机理,同时在临床上有辅助非创诊断与评估周围神经病变的意义。
英文摘要
Carpal tunnel syndrome is a common peripheral neuropathy in hand. The longitudinal tensile strain of the median nerve resulted from prolonged excessive mechanical pressure and repetitive hand movement is one of the causes of nerve injury. The 3D dynamic mechanical characteristics and mechanical damage mechanism of the median nerve in carpal tunnel syndrome patients still remain unclear. This study is based on multi-modal ultrasound imaging,including freehand dynamic ultrasound imaging and acoustic radiation force impulse imaging, which assesses 3D median nerve dynamic tensile strain and shear modulus, and finite element analysis, which analyzes the compressive and tensile stress insult to the median nerve during hand movement with the damage model, as well as cellular biomechanics approaches, which analyzed the cell damage stress threshold and actin cytoskeletal shape and protein expression. The study aims to explore the mechanical mechanism of carpal tunnel syndrome by using multi-modal ultrasound imaging, and finite element analysis and cellular biomechanics. The 3D mechanical assessment of the median nerve in the carpal tunnel can improve the understanding of the etiology of carpal tunnel syndrome and aid the non-invasive diagnosis and assessment of peripheral neuropathy in clinical use.
腕管综合征(CTS)是正中神经在腕管受卡压导致的疾病。宏观力学载荷引发微观应变,但多尺度传递路径不明。为此,本研究通过“临床参数分析-多尺度模型构建-细胞实验验证-跨尺度机制解析”框架,探究正中神经损伤的多尺度生物力学机制。首先整合临床影像与术中数据,提取生物力学参数;其次构建宏观-介观-微观有限元模型;随后以微观应变为依据进行细胞实验;最后通过转录组学分析分子响应。通过30只患手和30只健康手的多模态数据,发现CTS患者正中神经在腕管入口处横截面积增大78%,轴向应变2.79%增加37%;出口处扁圆率增加42%、移动性降低80%-83%,弹性模量峰值(轴向209.49±55.85kPa,径向71.85±5.21kPa,升高32%与31%)。这些参数为模型构建提供基础。其次构建多尺度有限元模型显示,CTS下正中神经入口段应力5.36kPa由拉伸应变3.84%引起,出口段应力6.25kPa由压缩应变18.31%主导。介观尺度神经束应力是对照组的11.43倍。微观尺度CTS组髓鞘(拉伸12%,压缩10%)与轴突(拉伸12%,压缩20%)应变显著高于对照组(拉伸3%,压缩2%),为细胞实验提供参考。细胞实验显示,病理应变使PC-12和RSC-96细胞死亡率上升(>10%)、活力下降(<70%),迁移能力降低(PC-12降低41.37%和56.89%;RSC-96降低46.49%和46.71%),ROS提高20倍以上。生理应变无显著变化。RSC-96细胞对ROS损伤耐受性更高。最后,转录组学分析表明,病理应变组差异基因富集于RhoA GTPase cycle通路和细胞骨架相关。病理应变降低Cofilin磷酸化和p-ERM表达,F-actin/G-actin比值显著降低(PC-12下降42%与38%;RSC-96下降44%和37%),表明微丝动态平衡向解离方向偏移。综上,CTS正中神经承受过载机械力,直接引发微丝骨架失衡重组,并诱发过量ROS,干扰微丝解聚动态,抑制细胞迁移,最终导致损伤。
腕管综合征正中神经损伤的生物力学机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    姚怡飞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金