一. 流體剪切力細(xì)胞實(shí)驗(yàn)背景
 
液體是每個(gè)生物物種的重要組成部分。在生理狀態(tài)下，許多細(xì)胞類型被流體環(huán)境包圍。典型例子包括：血管內(nèi)皮細(xì)胞，形成血管內(nèi)層，淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞，形成淋巴管內(nèi)層，腎和肺的上皮細(xì)胞。

這種液體流動(dòng)引起剪切應(yīng)力，這是一種機(jī)械力，以多種方式影響細(xì)胞形態(tài)和行為。在許多標(biāo)準(zhǔn)體外實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞在沒有流動(dòng)的情況下培養(yǎng)。在這些靜態(tài)條件下，通常沒有考慮剪切應(yīng)力依賴性細(xì)胞變化。實(shí)際上，在流動(dòng)下的體外細(xì)胞培養(yǎng)并模擬這種機(jī)械刺激并誘導(dǎo)更加接近生理狀態(tài)的體內(nèi)生物過程行為很有意義。特別對(duì)于研究在生物流體中存在的細(xì)胞時(shí)，模擬流動(dòng)狀態(tài)顯得尤其重要，如內(nèi)皮細(xì)胞或上皮細(xì)胞。
 
下圖實(shí)驗(yàn)顯示了靜態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)下人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）的免疫熒光圖像，顯示在流體環(huán)境和靜止環(huán)境下細(xì)胞的不同狀態(tài)。 用鬼筆環(huán)肽（紅色）染色細(xì)胞骨架F-肌動(dòng)蛋白。  VE-鈣粘蛋白（綠色）標(biāo)記粘附連接點(diǎn)。 使用DAPI（藍(lán)色）染色細(xì)胞核。
二.流動(dòng)剪切應(yīng)力對(duì)細(xì)胞的影響
剪切應(yīng)力是由液體對(duì)頂端細(xì)胞膜的摩擦引起的機(jī)械力。 在體內(nèi)，幾種貼壁細(xì)胞類型暴露于生物流體系統(tǒng)中的機(jī)械剪切應(yīng)力，例如血液和淋巴管或腎單位。 這種機(jī)械刺激對(duì)細(xì)胞的生理行為和粘附特性有很大影響。 細(xì)胞通過離子通道激活，基因表達(dá)和整個(gè)細(xì)胞層的重組的變化對(duì)剪切應(yīng)力起反應(yīng)。
上圖顯示了HUVEC在流動(dòng)條件下（20 dyn /cm²）培養(yǎng) μ-SlideI 0.4 Luer 超過9天。 為了觀察細(xì)胞骨架，用腺病毒載體轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞RAV巨細(xì)胞病毒-LifeAct-TagRFP 實(shí)驗(yàn)前24小時(shí)。

剪切應(yīng)力以達(dá)因/平方厘米（dyn / cm ²）測量, 生理剪切應(yīng)力值的范圍為0.5至120達(dá)因/平方厘米，取決于血管類型（例如，動(dòng)脈或靜脈），組織（例如，腦，結(jié)締組織或心臟），以及生物體的大小（例如，小鼠，大鼠或人）。

組織類型	剪切應(yīng)力（dyn /cm²）
主動(dòng)脈	~ 1–22
動(dòng)脈	~ 10–70
靜脈	~ 1–6
毛細(xì)血管	~ 3–95

三．不同類型的流動(dòng)簡要介紹
在不同的生物組織中，通常具有幾種明確特征的幾種流體類型。 基本上，流動(dòng)類型可以細(xì)分為層流和湍流：

流動(dòng)類型	生理發(fā)生	流量	流動(dòng)的方向	使用ibidi泵/載玻片生成
層流	在許多健康的血管中常見			是
單向?qū)恿?/strong>	在大多數(shù)小型健康生物血管中	不變	不變	是
脈動(dòng)層流	在大動(dòng)脈血管中由于心跳引起的波動(dòng)	定期更改	不變	是
振蕩層流	接受作為使用流動(dòng)室的湍流模擬的手段	不變	定期更改	是
湍流	罕見，在病理生理過程中	更改	更改	沒有

1 . 層流類型
層流被定義為沒有湍流的液體運(yùn)動(dòng)。 流體以平行層流動(dòng)，它們之間沒有中斷。 層流可以細(xì)分為以下幾種：


•單向?qū)恿?br /> •脈動(dòng)層流
•振蕩層流

2 .單向?qū)恿?br /> 在大多數(shù)小的健康生物血管中遇到單向?qū)恿鳎�例如小�?dòng)脈和靜脈。 在體內(nèi)，某些細(xì)胞，例如內(nèi)皮細(xì)胞和腎上皮細(xì)胞，經(jīng)常暴露于流動(dòng)。
在實(shí)驗(yàn)上，通過在低壁通道中灌注介質(zhì)，并通過保持流動(dòng)方向和速度隨時(shí)間恒定來實(shí)現(xiàn)單向?qū)恿鳌?br />


3 .非均勻?qū)恿?br /> 單向?qū)恿骺梢砸圆痪鶆虻膱D案發(fā)生。 這里，流動(dòng)方向是恒定的，而流速在細(xì)胞層上空間變化。 在體內(nèi)，在血管分支部位發(fā)生不均勻的層流。 在實(shí)驗(yàn)上，非均勻?qū)恿骷羟袘?yīng)力可以通過特殊的通道幾何形狀來實(shí)現(xiàn)，其在載玻片內(nèi)的特定位置處產(chǎn)生流速變化。微型μ-Slide Y形載玻片，已被設(shè)計(jì)用于研究非均勻流動(dòng)的使用 ibidi泵系統(tǒng) 。 剪切應(yīng)力水平取決于Y-形玻片的不同區(qū)域。



4 .脈動(dòng)層流
由于心跳引起的波動(dòng)，在大動(dòng)脈血管中遇到脈動(dòng)層流。 實(shí)驗(yàn)上，這種類型的流動(dòng)可以通過采用具有周期性變化的流速和恒定流動(dòng)方向的流動(dòng)來模擬。



5 .振蕩層流
振蕩層流用作模擬湍流的手段。 流動(dòng)方向以固定間隔改變。 除了閥門切換時(shí)，流量也是恒定的。



6 . 湍流
湍流的特征在于流速和方向隨時(shí)間的不可預(yù)測的變化。 在體內(nèi)，湍流很少見，只能在病理生理過程中發(fā)現(xiàn)。



四．?dāng)?shù)據(jù)來源及參考文獻(xiàn)

1. C.P.   Cheng,  R.J.   Herfkens,   C.A.   Taylor.   Comparison   of  abdominal   aortic hemodynamics between men and women at rest and during lower limb exercise. J Vasc Surg, 2003, 10.1067/mva.2002.107

2. C.P. Cheng, R.J. Herfkens, C.A. Taylor. Abdominal aortic hemodynamic conditions in  healthy subjects  aged  50-70  at rest and  during  lower  limb  exercise: in  vivo  quantification using MRI. Atherosclerosis, 2003, 168(2):323–31

3. A.M.  Malek,  S.L.  Alper,  S.  Izumo.  Hemodynamic  shear  stress  and  its  role  in atherosclerosis. JAMA, 1999, 282(21):2035–42

4.A.G.  Koutsiaris,  et  al.  Volume  flow  and  wall  shear  stress  quantification  in  the human  conjunctival  capillaries  and  post-capillary  venules  in  vivo.  Biorheology, 2007, 44(5–6):375–86