Contribution of smooth muscle to arterial wall mechanics

Summary

The contribution of vascular smooth muscle to the mechanical properties of arteries can be quantitated using elastomeric and classical muscle concepts. Such analyses can be performed using pressure-diameter data obtained from a given specimen under conditions of active and passive muscle. The elastomeric approach represents arterial wall mechanics in terms of incremental elastic moduli and theoretical characteristic impedance, Z₀. Activation of muscle produces a reduction in values of incremental modulus at almost all values of transmural pressure. Values of Z₀ are increased at low pressure and decreased at high pressure following activation of muscle. In the muscle approach, the mechanics of arteries are quantitated in terms of active stress development and constriction responses as a function of muscle length and pressure, respectively. Active stress-muscle lenght and shortening-load relations obtained from arterial smooth muscle are qualitatively similar to those of other types of muscles. The length and load dependencies of these relations are what one would expect based on a sliding filament arrangement of contractile filaments.

Zusammenfassung

Der Beitrag der glatten Muskulatur zu den mechanischen Eigenschaften der Arterien kann auf der Grundlage zweier Muskelkonzepte quantifiziert werden, nämlich der Elastizitätslehre und des klassischen Konzepts. Derartige Analysen können unter Verwendung der Daten von Druck und Durchmesser vorgenommen werden, die man von einem einzelnen Versuchsobjekt unter den Bedingungen der Ruhe oder der Aktivität des Muskels erhält. Das elastische Konzept beschreibt die Mechanik der Arterienwand in Form des tangentiellen elastischen Moduls und der charakteristischen Impedanz, Z₀. Die Muskelaktivierung bewirkt eine Abnahme des tangentiellen Moduls bei fast allen transmuralen Druckwerten. Die Werten von Z₀ steigen nach Aktivierung des Muskels bei niederen Drucken und nehmen bei hohen Drucken ab. Beim klassischen Muskelkonzept wird die Mechanik der Arterien quantifiziert als aktive Spannungsentwicklung und Konstriktion als Funktion von Muskellänge oder Druck. Die aktiven Längen-Spannungs-Beziehungen und die Beziehung zwischen Verkürzung und Last, die man von arteriellen glatten Muskeln erhält, sind qualitativ ähnlich wie bei anderen Muskeltypen. Die Längen- und Lastabhängigkeit dieser Beziehungen sind so, wie man sie aufgrund des Gleitmodells der kontraktilen Filamente erwarten würde.

Es wurden auch experimentelle Methoden entwickelt, um die Eigenschaften des serienelastischen Elements an diesen Präparaten zu untersuchen. Die Beziehungen zwischen Last und Verlängerung des serienelastischen Elements hängen von der Muskellänge und der anatomischen Herkunft des Präparates ab. Mit wachsender Muskellänge scheint das serienelastische Element steifer zu werden. Die serienelastischen Eigenschaften variierten stark bei verschiedenen Präparationen mit einer engen Korrelation zwischen der Steifheit des serienelastischen Elements und dem maximalen Wert der aktiven Kraftentwicklung des Präparates. Keines der Drei-Elementen-Modelle vonHill scheint für die Beschreibung der Serienelastizität direkt anwendbar zu sein. Seine morphologische Grundlage ist unklar.