Взаимосвязь неньютоновских свойств крови с ее текучестью и транспортным потенциалом у лиц с артериальной гипертензией
Е. Волкова
, А. Замышляев
, П. Михайлов
, И. Тихомирова
, И. Осетров
, А. Муравьев
, Н. Антонова
Abstract: В разных участках кровообращения кровь проявляет свойства ньютоновской и неньютоновской жидкости. Изменение условий сдвига и геометрии сосудистого русла может способствовать большему проявлению неньютоновского поведения крови. Последнее сочетается со снижением текучести крови и ее транспортного потенциала. Цель исследования – оценить влияние изменения неньютоновских характеристик крови на ее текучесть и транспортный потенциал у больных артериальной гипертонией (АГ).
В двух группах (первая - здоровые лица, n=22; вторая - 20 больных АГ) регистрировали параметры гемореологического профиля, в том числе вязкость крови (ВК) при пяти возрастающих напряжениях сдвига (НС). На этих же величинах НС определяли индекс удлинения эритроцитов (ИУЭ), а также их восстановленных теней. Полученные данные свидетельствуют о том, что течение крови, как вязкой жидкости, может иметь неньютоновский характер как в норме, так и особенно при патологии, например при артериальной гипертензии. Неньютоновское поведение крови очень хорошо описывается моделью неньютоновской жидкости степенного закона. Его можно получить, регистрируя вязкость крови при нескольких, не менее пяти, сдвиговых напряжениях. Установлено, что наиболее значимой характеристикой изменения степени неньютоновского поведения крови является показатель консистенции «k» из этого уравнения: y = kx-n. Этот коэффициент отрицательно коррелировал с текучестью крови и ее транспортным потенциалом. При этом более выражено у пациентов с АГ. Кроме того, установлено, что прирост деформации эритроцитов был почти линейным, при градуальном увеличением НС в микрокамере. Однако лучше прогнозируется степенной моделью псевдопластической жидкости.
Keywords: артериальная гипертензия; вязкость крови; неньютоновские свойства; деформируемость эритроцитов
References: (click to open/close) | [1] Pries, A. R. Secomb T. W., 1997. Resistance to blood flow in vivo: from Poiseuille to the «in vivo viscosity law». Biorheology 34, 4-5, 369–373. [2] Stoltz, J.F., Donner, M., Muller, S., Larcan, A., 1991. Hemorheology in clinical practice. Introduction to the notion of hemorheologic profile. J. Mal. Vasc. 6, 261-270. [3] Ajmani, R.S., 1997. Hypertension and hemorheology. Clin. Hemorheol. Microcirc. 17, 6, 397–420. [4] Liepsch, D., Sindeev, S.V., Frolov, S.V., 2018. Distinguishing between Newtonian and non-Nowtonian character of blood flow in vascular bifurcations and bends. Series on Biomechanics 32, 2, 3-11. [5] Gallagher, M.T., Wain, RAJ, Dari, S., Whitty, J.P., Smith D.J., 2019. Non-identifiability of parameters for a class of shear-thinning rheological models, with implications for haematological fluid dynamics. J Biomech. 85, 230-238. [6] How, T.V., Black, R.A., 1987. Pressure losses in non-Newtonian flow through rigid wall tapered tubes. Biorheology 24, 3, 337-351. [7] Mazumdar, J., Ang, K.C., Soh, L.L., 1991. A mathematical study of non-Newtonian blood flow through elastic arteries. Australas Phys Eng Sci Med. 14, 2, 65-73. [8] Wilkinson, W.L., 1960. Non-Newtonian fluids. Fluid Mechanics, Mixing and Heat Transfer. Pergamon Press. London, 138 pp. [9] Dintenfass, L., 1981. Clinical applications of heamorheology. The Rheology of blood, blood vessels and associated tissues. New York: Oxford Press, 22–50. [10] Baskurt, O.K., Meiselman, H.J., 1997. Cellular determinants of low shear blood viscosity. Biorheology 34, 30, 235–247. [11] Muravyov, A.V., Antonova, N., Tikhomirova, I.A., 2019. Red blood cell micromechanical responses to hydrogen sulphide and nitric oxide donors: Analysis of crosstalk of two gasotransmitters (H2S and NO). Series on Biomechanics 33, 2, 34-40. [12] Dodge, J., Mitchell, C., Hanahan, D., 1963. The preparation and chemical characteristics of hemoglobin free ghosts of erythrocytes. Arch. Biochem. Biophys. 100, 119-130. [13] Foresto, P., D'Arrigo, M., Filippini, F., 2005. Hemorheological alterations in hypertensive patients. Medicina (B Aires). 65, 2, 121–5. [Article in Spanish]. [14] Guedes, A.F., Moreira, C., Nogueira, J.B., 2019. Fibrinogen - erythrocyte binding and hemorheology measurements in the assessment of essential arterial hypertension patients. Nanoscale 11, 6, 2757–66. DOI: 10.1039/C8NR04398A. [15] Neofytou, P., 2004. Comparison of blood rheological models for physiological flow simulation. Biorheology 41, 6, 693-714. [16] Soulis, J.V., Giannoglou, G.D., Chatzizisis, Y.S., Seralidou, K.V., Parcharidis, G.E., Louridas, G.E., 2007. Non-Newtonian models for molecular viscosity and wall shear stress in a 3D reconstructed human left coronary artery. Med Eng Phys. 30, 1, 9-19. DOI: 10.1016/j.medengphy.2007.02.001. [17] Abbasian, M., Shams, M., Valizadeh, Z., Moshfegh, A., Javadzadegan A., Cheng S., 2020. Effects of different non-Newtonian models on unsteady blood flow hemodynamics in patient-specific arterial models with in-vivo validation. Comput Methods Programs Biomed. 186, 105-185. DOI: 10.1016/j.cmpb.2019.105185. [18] Kannojiya, V, Das, A.K., Das P.K., 2021. Simulation of Blood as Fluid: A Review From Rheological Aspects. IEEE Rev Biomed Eng. 14:327-341. DOI: 10.1109/RBME.2020.3011182. [19] Wajihah, S.A., Sankar D.S., 2023. A review on non-Newtonian fluid models for multi-layered blood rheology in constricted arteries. Arch Appl Mech. 93, 5, 1771-1796. doi: 10.1007/s00419-023-02368-6. [20] Johnston, B.M., Johnston, P.R., Corney, S., Kilpatrick, D., 2004. Non-Newtonian blood flow in human right coronary arteries: steady state simulations. J Biomech. 37, 5, 709-20. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2003.09.016. [21] Mejia, J., Mongrain, R., Bertrand, O.F., 2011. Accurate prediction of wall shear stress in a stented artery: newtonian versus non-newtonian models. J Biomech Eng. 133, 7, 074501. DOI: 10.1115/1.4004408. [22] Kandangwa, P., Torii, R., Gatehouse, P.D., Sherwin, S.J., Weinberg, P.D., 2022. Influence of right coronary artery motion, flow pulsatility and non-Newtonian rheology on wall shear stress metrics. Front Bioeng Biotechnol. 10, 962687. DOI: 10.3389/fbioe.2022.962687. [23] Hochmuth, R.M., Mohandas, N., Blackshear, P.L., 1973. Measurement of the elastic modulus for red cell membrane using a fluid mechanical technique. Biophysical journal. 13, 747-762. 1. [24] Chien, S., Sung, L.F., Lee, V.V., Skalak, R., 1992. Red cell membrane elasticity as determined by flow channel technique. Biorheology 29, 467-478. DOI: 10.3233/bir-1992-295-607.
|
|
| Date published: 2023-08-02
Download full text (Price of one pdf file: 39.00 BGN/20.00 EUR)