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Remodelling and pathology development associated with aneurysmal ascending aortic tissues

Authors

  • Dominique Tremblay,

    Corresponding author
    1. Department of Physics, University of Ottawa, MacDonald Hall, 150 Louis-Pasteur, Ottawa, Ontario, Canada K1N 6N5
    • Department of Physics, University of Ottawa, MacDonald Hall, 150 Louis-Pasteur, Ottawa, Ontario, Canada K1N 6N5.
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  • Richard L. Leask

    1. Montreal Heart Institute Research Centre, Montreal, Quebec, Canada
    2. Department of Chemical Engineering, McGill University, Montreal, Quebec, Canada
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Abstract

The human ascending aorta (AA) is exposed to very high shear and pressure stresses exerted by the blood flow ejected from the left ventricle outflow tract. This vessel has a unique structural behaviour which adequately redistributes the energy captured from the blood flow ejection to sustain a more continuous blood flow through the entire vascular system. Unfortunately, this vessel is prone to a pathological dilation process involving significant structural changes that can lead to fundamental modification of its mechanical behaviour and functions. Genetic and/or environmental factors have been implicated in the disease process. It is believed that in particular the forces created by blood flow (hemodynamics) can be a stimulus for vessel remodelling. For patients suffering from this deadly condition, surgical replacement or repair is the best solution to increase life expectancy. However, the replacement materials available as a treatment have a significant impact on the blood flow, the biomechanics of the aortic arch, and the entire vascular system. In this review we summarise the current understanding of the pathogenesis mechanisms involved in the dilation of the AA from a mechanical and biochemical point of view. We will also underline the needs for better replacement materials in surgical repair to improve graft patency.

Abstract

L'aorte ascendante humaine est exposée à de fortes contraintes de cisaillement et de pression exercées par l'écoulement sanguin, lui-même éjecté par le ventricule gauche du coeur. Ce vaisseau sanguin montre un comportement structurel unique qui redistribue adéquatement l'énergie capturée par la paroi artérielle de façon à produire un écoulement sanguin davantage continu dans tout le système vasculaire. Malheureusement, ce vaisseau est trop souvent associé à un processus de dilatation pathologique durant lequel on observe des changements structurels significatifs en plus de causer de profondes modifications dans son comportement mécanique. On croit que des facteurs génétiques et/ou environnementaux sont impliqués dans la progression de la maladie. En particulier, les forces générées par l'écoulement sanguin pourraient stimuler le remodelage de la paroi. Pour les patients qui souffrent de cette pathologie mortelle, la chirurgie demeure la seule solution pour augmenter de façon significative l'espérance de vie. Par contre, les matériaux de remplacement utilisés pour traiter la maladie ont un impact significatif sur l'écoulement sanguin, sur la biomécanique de la crosse aortique et sur le reste du système artétriel. Dans cette revue de littérature, nous résumons la compréhension actuelle des mécanismes de la pathogénèse de la dilatation de l'aorte ascendante humaine d'un point de vue biomécanique et biochimique. Nous allons également souligner le besoin immédiat de développer de nouveau matériaux de remplacement utilisés lors de la reconstruction aortique afin d'améliorer le succès de la chirurgie à long terme.

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