心脏病是危及人类健康的严重疾病。2018年中国心血管病患病率处于持续上升阶段。推算现患病人数2.9亿,心脑血管病占比近总人口20%,并居主要疾病死亡率的首位,且呈逐年上升趋势,而全球范围内需要接受心脏瓣膜置换手术治疗的患者人数预测2050年将达到85万。二尖瓣是个复杂的器官,腱索是二尖瓣组成部分,这个结构的功能是在收缩期协助二尖瓣正常的闭合,瓣叶受力的情况下将力均匀的分散并传递到乳头肌上,腱索发生病变是二尖瓣返流的主要原因。通过对原生腱索的研究,可以辅助优化应对腱索断裂的各种治疗方法,并且更好的了解瓣膜病变。更深入的了解腱索尤其对于优化瓣膜计算模型和腱索组织工程有益处。因此对腱索进行形态学,生物力学和组织学基础研究具有重要意义。在本研究工作中,首先对腱索按传统的基于瓣叶类型进行分组,研究各组腱索的结构和低应力范围力学性能;随后基于乳头肌类型对腱索进行分组,研究前肌和后肌以及相应腱索结构和力学性能异同;进而用本构方程拟合上述应力应变关系,用拟合参数对二尖瓣建模仿真;最后对腱索和乳头肌的微观结构定量分析,从组织学层面阐释其宏观力学特性。主要的研究内容和结果如下:用传统的基于瓣叶的分组方式对腱索分类,并纳入未被研究的连接腱索和后叶中部腱索,测量腱索的直径和长度,对样本施加生理范围内的载荷进行拉伸实验,自建光学引伸计采集样本单轴拉伸应变。研究结果表明:基于瓣叶分组的腱索虽然形态存在差异,但生理范围内模量没有差异,所有腱索直径与5MPa应力的割线模量显著负相关。对前后乳头肌及基于乳头肌类型分类的腱索进行解剖学和形态学定量分析,并用双轴拉伸实验采集乳头肌两个方向的应力应变关系,单轴拉伸实验采集腱索直至断裂的应力应变关系。研究结果表明:在周向和轴向上两侧乳头肌生物力学性能没有显著差异。相比于后肌腱索,前肌腱索数量多,覆盖的瓣叶区域更大,但后肌腱索更长,而且在高应力区域更加坚韧。三种非线性本构方程及Neo-Hookean方程对生理范围内腱索的实验数据进行拟合,并对效果进行评估;而对于乳头肌和相关腱索包含线性区的应力应变关系,分别选取适当的方程进行拟合,反复随机初始值验证方程参数稳定性;用micro CT扫描二尖瓣并对模型进行重建,用本研究所得实验参数定义材料属性,有限元仿真模拟二尖瓣闭合。研究结果表明:对于腱索的非线性拟合效果优于线性拟合,其中Ogden方程的拟合优度值最大。乳头肌和腱索的实验曲线分别用化简HO方程和Ogden方程进行拟合,并且参数稳定。在收缩期左心室和左心房压差作用下二尖瓣模型能够实现瓣叶闭合。组织学研究用以揭示微观结构和宏观力学行为的关系。腱索轴向天狼星红染色切片观察胶原卷曲,横切面HE染色切片统计血管数量;对乳头肌相关的腱索径向切片Masson染色测量横截面胶原内核占比,腱索径向切片利用透射电镜观察胶原纤维束形态;对两侧乳头肌周向和轴向进行Masson染色切片,观测胶原含量,肌肉细胞数量和占空比。结果显示各组腱索纤维卷曲波长没有显著差异,与各组腱索生理载荷范围内力学性能无差异相一致;各组腱索血管数量不同,其中柱状腱索血管数量最多,说明腱索基于瓣叶分组具有组织学意义;相比于前肌腱索,后肌腱索的胶原内核比例更高,显示后肌腱索胶原纤维密度更高但直径更小,微观结构的差异可能能够解释后肌腱索切线模量更高的生物力学特性。对两侧乳头肌周向和轴向的Masson染色切片显示两侧乳头肌胶原含量、肌肉细胞数量和占空比都相近,揭示了乳头肌力学性能没有显著差异的机理。本研究证实了基于瓣叶分组的各组腱索形态不同,腱索内血管数量有差异,但在低应力下力学性能无明显差异,胶原卷曲波形相近。前、后乳头肌力学性能和微观结构无明显差异;与前肌腱索相比,后肌腱索在高应力下切线模量更高,胶原内核占比更高,胶原纤维束密度更大;非线性本构方程拟合二尖瓣实验数据的效果优于线性方程;腱索的拟合参数能够用于二尖瓣模型,实现生理状态的计算仿真。