卷曲的还是直的?肺纤维的形状影响弹性

深呼吸。现在呼气。恭喜你!你刚刚做了一件非常普通的事情，但如此神秘，以至于科学家们仍然不知道它的一切。

氧气和二氧化碳如何进入和离开血液是众所周知的，但科学家们才刚刚开始了解呼吸组织在每次呼吸时扩张和收缩时发生了什么。他们找到的答案可以帮助确定更好的诊断和治疗方法肺疾病，包括与电子烟、香烟和/或有关的致命疾病空气污染暴露．

坚硬的胶原蛋白和有弹性的弹性蛋白组织纤维排列在一起，使肺和呼吸系统的其他部分伸展并恢复形状。空气污染等环境污染物对这些纤维的损害会导致疾病慢性阻塞性肺疾病慢性阻塞性肺病(COPD)和哮喘。科学家们此前认为，由于这些纤维的组成，它们控制着气道的力学。

加州大学河滨呼吸中心的合作者Mona Eskandari(机械工程助理教授)和Tara Nordgren(生物医学科学助理教授)发表的新研究;而加州大学伯克利分校机械工程副教授格蕾丝·奥康奈尔(Grace O'Connell)则观察到，气道近端和远端组织纤维的形状和形式存在差异，这影响了呼吸弹性。

埃斯坎达里领导的研究人员拉伸了从屠宰场获得的猪肺的气道，并观察了组织应激反应。除了测量组织的生化成分外，他们还进行了详细的显微镜观察。在呼吸道的某些部位，比如气管——将空气从鼻腔输送到肺部的“气管”——胶原蛋白和弹性蛋白纤维被视为卷曲的“Z”形，而在较小的气道中，它们是直的。

总的来说，这些实验与考虑纤维结构强化的数学模型相关，这是对整个支气管树组织行为的首次预测。

一个令人惊讶的结果脱颖而出。

埃斯坎达里说:“我们震惊地发现，我们的模型和纤维含量之间没有明确的趋势，而是在微观结构形状上，这表明力学是由形态控制的。”“类似于波浪弹簧和直线弹簧，前者表现出更大的灵活性。我们认为这解释了为什么我们先前的实验在较小的气道上，人们发现它们更僵硬。”

研究结果表明，将数学模型与真实的组织结构联系起来，以了解健康和疾病时肺的功能，并表明纤维形状的变化可能有助于肺的功能肺部疾病．

研究人员目前正在进行广泛的研究，以测量这些纤维的波浪度。这些发现具有广泛的意义。它们将帮助科学家更好地了解各种肺部疾病，从慢性肺部疾病(copd是美国的主要死亡原因)到与电子烟有关的奇怪肺部疾病，迄今已有近1500人受到影响，33人死亡。

“化合物在吸电子烟时吸入，以及在其他环境中吸入，都会对肺部造成直接和间接的损害，”诺德格伦说。“这种损伤，特别是如果没有得到适当的修复，会导致肺的改变，包括改变肺功能的胶原蛋白和弹性蛋白成分。”

这篇开放获取的论文，“肺气道力学:通过本构建模、生物化学和组织学将结构与功能联系起来”发表在Acta Biomaterialia．

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