Correlation between the mechanical and histological properties of liver tissue

Abstract

Karaciğer hastalıklarının ilerleyişi süresince oluşan doku hasarlarının mekanizmaları ve aynı zamanda karaciğerin nakil amaçlı saklanması konusunda daha çok fikir sahibi olmak için, karaciğerin mekanik ve histolojik özellikleri arasındaki bağlantıları anlamak önemlidir. Bu bağlantıların doğru kurulabilmesinin ancak bu özelliklerin durumlarının değişiminin, zamanın bir fonksiyonu olarak dinamik bir şekilde incelenmesiyle sağlanacağını düşünmekteyiz. Bu amaç doğrultusunda ilk olarak üç dana karaciğeri üzerinde, bütün mekanik özelliklerini (sertlik, akışkanlık ve yırtılma direnci) incelemek amacıyla mekanik karakterizasyon deneyleri yapıldı. Bu deneyler, organlar elde edildikten sonraki 5, 11, 17, 29 ve 53 saatlik muhafaza sürelerinde tekrarlandı. Ardından, aynı karaciğerlerden örnekler alınarak, histolojik inceleme ile apoptotik hücre sayımı, kollajen birikimi, sinüzoidal dilatasyon ve glikojen depolarındaki değişimler, aynı muhafaza sürelerinin bir fonksiyonu olarak araştırıldı. Son olarak mekanik ve histolojik özellikler arasındaki korelasyon, Spearman?ın sıralama korelasyon metodu ile incelendi. Çalışmalarımızın sonucunda, dana karaciğerinin sertliği, akışkanlığı ve yırtılma direncinin, muhafaza süresiyle doğru orantılı olarak arttığı gözlendi. Makroskobik seviyedeki bu değişimlerin, mikroskobik seviyede kollajen birikimindeki artış ve depolanmış glikojen seviyesindeki düşüş ile güçlü bir korelasyon gösterdiği belirlendi. Ayrıca, karaciğerin mekanik ve histolojik özelliklerindeki en büyük değişimlerin 11 ve 17 saatlik muhafaza süreleri içerisinde gerçekleştiği görüldü.

In order to gain further insight into the mechanisms of tissue damage during the progression of liver diseases as well as the liver preservation for transplantation, an improved understanding of the relation between the mechanical and histological properties of liver is necessary. We suggest that this relation can only be established truly if the changes in the states of those properties are investigated dynamically as a function of elapsed 'time'. In this regard, we first perform mechanical characterization experiments on three bovine livers to investigate the changes in gross mechanical properties (stiffness, viscosity, and fracture toughness) for the preservation periods of 5, 11, 17, 29, 41 and 53 hours after the harvesting. Then, histological examination is performed on the samples taken from the same livers to investigate the changes in apoptotic cell count, collagen accumulation, sinusoidal dilatation, and glycogen deposition as a function of the same preservation periods. Finally, the correlation between the mechanical and histological properties is investigated via Spearman's Rank-Order Correlation method. The results of our study show that stiffness, viscosity, fracture toughness of bovine liver increase as the preservation period is increased. These macroscopic changes are very strongly correlated with the increase in collagen accumulation and decrease in deposited glycogen level at the microscopic level. Also, we observe that the largest changes in mechanical and histological properties occur after the first 11-17 hours of preservation.