Hemodynamics in microcirculation : a novel method for the accurate calculation of WSS

• Κύριος συγγραφέας: Γιαννοκώστας, Κωνσταντίνος
• Άλλοι συγγραφείς: Δημακόπουλος, Ιωάννης
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: Modeling; Computational fluid dynamics (CFD); Μοντελοποίηση; Υπολογιστική ρευστοδυναμική; 620.106 402 87

Ο σχηματισμός ενός αμιγούς στρώματος πλάσματος γύρω από τα τοιχώματα του μικροαγγειακού συστήματος καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την διατμητική τάση (WSS) που αναπτύσσεται πάνω σε αυτά και είναι ρυθμιστικός παράγοντας για την ανάπτυξη παθογόνων καταστάσεων [1]. Η παρούσα έρευνα εστιάζει στον ακριβή υπολογισμό της διατμητικής τάσης μέσω της μοντελοποίησης της ροής του αίματος σε αρτηρίες εύρους διατομής 20μm-400μm και αιματοκρίτη 0.25-0.55 (in vitro ροή). Για το σκοπό αυτό αναπτύσσεται ένα διφασικό μη-Νευτωνικό μοντέλο οι προβλέψεις του οποίου βρίσκονται σε άριστη συμφωνία με την αιμοδυναμική συμπεριφορά που παρατηρείται πειραματικά και υπεερούν των προβλέψεων με προηγούμενα μοντέλα προσομοίωσης της ροής του αίματος σε αρτηρίες [2]. Η ανάγκη της χρήσης ενός πιο ευπροσάρμοστου μοντέλου οδηγεί στην αντικατάσταση της διφασικής ροής από ένα μονοφασικό μοντέλο πλήρως κατειλημμένο από ερυθρά αιμοσφαίρια στο οποίο επιβάλλεται συνθήκη ολίσθησης στο τοίχωμα καθορισμένη από τα αποτελέσματα της διατμητικής τάσης του αρχικού μοντέλου. Η συνθήκη ολίσθησης που εξαρτάται τόσο από τις γεωμετρικές όσο και από τις εγγενείς αιμορεολογικές παραμέτρους της ροής, συμβάλλει ώστε η αρχικά η υπερεκτιμημένη διατμητική τάση από την πρόβλεψη του μονοφασικού προβλήματος να υποβιβαστεί κατάλληλα ώστε να επαληθεύει την πρόβλεψη της πραγματικής ροής του μικροαγγειακού συστήματος, που σε ορισμένες περιπτώσεις φτάνει μέχρι και 60%. Συμπεράσματα για την αποτελεσματικότητα της συνθήκης εξάγονται από την ροή αίματος σε πιο περίπλοκες γεωμετρίες και συγκεκριμένα σε κάθετες αρτηρίες με διατομή συγκρίσιμή των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Η υπόθεση της συμπεριφοράς του αίματος σαν συνεχές μέσο αλλά και η χρήση του κανόνα ολίσθησης που εξήχθηκε από την μονοδιάστατη μελέτη επαληθεύουν πλήρως τα αποτελέσματα που προέρχονται από την ίδια ροή με σωματιδιακή προσέγγιση των ερυθρών αιμοσφαιρίων [3]. Πραγματοποιώντας παραμετρική ανάλυση των αιμορεολογικών ιδιοτήτων της ροής, βρέθηκε ότι η ανάπτυξη της διατμητικής τάσης εξαρτάται αισθητά από την ροή μάζας αλλά και από το ποσοστό της συνολικής παροχής σε κάθε κλάδο ιδιαίτερα για τα σημεία που βρίσκονται κοντά στην διακλάδωση. Η έρευνα επεκτείνεται και στην ροή του αίματος σε μικροαγγεία όπου η ύπαρξη ενός στρώματος γλυκοκάλυκα που καλύπτει τα ενδοθηλιακά κύτταρα επιφέρει αλλαγή στην αιμοδυναμική και την διαμόρφωση της διατμητικής τάσης στο εσωτερικό ενδοθηλιακό τοίχωμα (in vivo ροή). Η παραμετρική ανάλυση του προβλήματος αποκαλύπτει μια αυξημένη επιρροή του γλυκοκάλυκα στην μέιωση της διατμητικής τάσης καθώς επίσης και το όριο όπου οι ροές in vitro και in vivo παρουσιάζουν όμοια αιμοδυναμική συμπεριφορά.