Mecánicamente, la arteriogénesis está relacionada con una presión elevada, que aumenta la tensión de la pared radial, y un flujo elevado, que aumenta la tensión de la superficie endotelial. El vaso aumenta de diámetro hasta que se normaliza la tensión (Prior et al., 2004). Sin embargo, la arteriogénesis no ocurre cada vez que aumenta el flujo. La mayoría de las redes de recipientes pueden manejar un mayor flujo sin aumentar el diámetro porque el flujo está relacionado con el diámetro del recipiente en una potencia de cuatro. Los experimentos iniciales demostraron este fenómeno en el sentido de que es poco probable que los vasos maduros respondan al aumento del flujo aumentando el diámetro, pero responderán a la disminución del flujo disminuyendo el diámetro (Brownlee y Langille, 1991). Otro experimento mostró que el aumento de la tensión de cizallamiento provocó un aumento inmediato de la expansión de los vasos seguido de una rápida disminución, además de demostrar que los vasos maduros de hecho responden más favorablemente a la disminución de la tensión (Tuttle et al. , 2001).
Químicamente, la arteriogénesis está relacionada con la regulación positiva de citocinas y receptores de adhesión celular. Más específicamente, las tensiones mecánicas hacen que las células endoteliales produzcan facilitadores químicos que inician el proceso de aumento de diámetro. Un aumento en el esfuerzo cortante provoca un aumento en el número de moléculas de proteína quimioatrayente de monocitos 1 (MCP-1) expresadas en la superficie de las paredes de los vasos, así como niveles aumentados de TNF-α , bFGF y MMP.. MCP-1 aumenta la tendencia de los monocitos a adherirse a la pared celular. El TNF-α proporciona un entorno inflamatorio para que las células se desarrollen, mientras que el bFGF ayuda a inducir la mitosis en las células endoteliales. Finalmente, las MMP remodelan el espacio alrededor de la arteria para proporcionar el espacio para la expansión (Van Royen et al. , 2001). Otra señal química potente es el óxido nítrico (NO), que se ha demostrado que es un factor importante en el aumento del diámetro del vaso en respuesta al aumento del flujo hasta que el esfuerzo cortante se restablece al nivel normal (Tronc et al. , 1996).
Se sabe que el bFGF aumenta tanto la arteriogénesis como la angiogénesis in vivo . Sin embargo, no es suficiente como monoterapia para aumentar la arteriogénesis. En un estudio con placebo que determinó los efectos del bFGF sobre la arteriogénesis, los pacientes fueron tratados con un bolo de bFGF. El tratamiento ayudó a reducir los síntomas de la angina, pero no afectó significativamente la arteriogénesis. Por lo tanto, se especula que otros factores de crecimiento trabajan en conjunto con bFGF para producir la respuesta deseada y que los factores de crecimiento deben administrarse en diferentes puntos de tiempo durante la duración del experimento (Van Royen et al., 2001). Este hallazgo es importante porque muestra que la arteriogénesis es el resultado de una combinación de cascadas de señalización y factores de crecimiento en lugar de estar ligada a una sola sustancia química.
MCP1 (ahora llamado CCL2 ) es especialmente importante en la arteriogénesis. Dado que MCP-1 atrae a los monocitos, puede producir una cascada inmune para ayudar a la inflamación. Los monocitos pueden entrar en la pared del vaso para convertirse en macrófagos y producir citocinas inflamatorias como TNF-α además de ayudar a la producción de bFGF y MMP (Van Royen et al. , 2000). Los macrófagos también producen factor de crecimiento endotelial vascular ( VEGF ) que contribuye enormemente a la señalización del crecimiento de las células endoteliales. Las células endoteliales tienen un receptor dedicado a VEGF, acertadamente llamado receptor-1 de VEGF, que indica inmediatamente una mitosis rápida en las células (Prior et al., 2004). Un estudio mostró que la infusión local de MCP-1 provocó un gran aumento de la conductancia en los vasos colaterales y periféricos, mientras que los niveles disminuidos de MCP-1 obstaculizaron el proceso de arteriogénesis (Ito et al. , 1997). Esto indica que los monocitos juegan un papel importante en la inducción de la arteriogénesis.