カテーテル-血管界面の摺動摩擦における内皮糖衣の役割

Role of endothelial glycocalyx in sliding friction at the catheter-blood vessel interface.

• Chengxiong Lin
• Hans J Kaper
• Wei Li
• Robert Splinter
• Prashant Kumar Sharma

抄録

カテーテル検査は、心血管疾患の診断・治療のための一般的な医療行為である。血管内腔は内皮糖衣層（EGL）で被覆されており、血管壁を介した透過性や拡散性、血液の血行動態やメカノトランスダクションに重要な役割を果たしている。しかし、EGLがカテーテルと血管の摩擦にどのような役割を果たしているかは明らかにされていない。我々は、血管を模したブタの大動脈を用いて、カテーテルループを往復摺動させ、カテーテルループの曲率、剛性、常荷重、摺動速度、EGLが摩擦特性に及ぼす役割を理解するために、カテーテルループを作成した。トリプシン処理によりEGLを劣化させた。その結果、カテーテルループ剛性の低下とEGLの劣化が、大動脈-カテーテル界面における摩擦係数(COF)と摩擦エネルギー散逸を劇的に増加させる最も強力な要因であった。摺動速度を上げると増加したが、通常荷重を上げると、まず摩擦係数が減少し、次に摩擦エネルギーが増加した。これらの結果は、EGLが低下した患者のカテーテル治療における操作の安全性とダメージコントロールのための基礎データを提供するものである。

Catheterization is a common medical operation to diagnose and treat cardiovascular diseases. The blood vessel lumen is coated with endothelial glycocalyx layer (EGL), which is important for the permeability and diffusion through the blood vessels wall, blood hemodynamics and mechanotransduction. However EGL's role in catheter-blood vessel friction is not explored. We use a porcine aorta to mimic the blood vessel and a catheter loop was made to rub in reciprocating sliding mode against it to understand the role of catheter loop curvature, stiffness, normal load, sliding speed and EGL on the friction properties. Trypsin treatment was used to cause a degradation of the EGL. Decrease in catheter loop stiffness and EGL degradation were the strongest factors which dramatically increased the coefficient of friction (COF) and frictional energy dissipation at the aorta-catheter interface. Increasing sliding speed caused an increase but increase in normal load first caused a decrease and then an increase in the COF and frictional energy. These results provide the basic data for safety of operation and damage control during catheterization in patients with degraded EGL.