بررسی تاثیر جریان و انتقال جرم اکسیژن خون در پیدایش بیماری گرفتگی رگ

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجو مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد

2 مدیر گروه مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد

3 lمدیر گروه / گروه تبدیل انرژی و انرژی های تجدید پذیر ، پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان

چکیده

در رگ‌های خمیده، به دلیل هندسه و همودینامیک جریان متفاوت نسبت به رگ‌های مستقیم، توزیع متوازن اکسیژن روی دیواره رگ به هم‌ می‌خورد که این نا‌به‌هنجاری سهم قابل توجهی در پیدایش و توسعه گرفتگی رگ‌هادارد. در این تحقیق به بررسی عددی انتقال جرم اکسیژن خون در دیواره و داخل یک رگ‌‌ خمیده سه‌بعدی پرداخته شده است.به منظور بدست آوردن توزیع غلظت اکسیژن در رگ، معادلات حاکم بر انتقال جرم اکسیژن و شرایط مرزی حاکم بر آن‌ها بررسی شده‌اند. اکسیژن حمل شده توسط هموگلوبین به همراهاکسیژن مصرف شده در دیواره رگ به عنوان پارامترهای فیزیولوژیکی مهم در این پژوهش می‌باشند. با توجه به نتایج، به دلیل حضور نیروهای گریز از مرکز در هندسه خمیده و شکل‌گیری جریان‌های ثانویه، کاهش قابل ملاحظه انتقال جرم اکسیژن به دیواره خم داخلی رگ در مقایسه با دیواره خم خارجی دیده می‌شود. همچنین با افزایش عدد رینولدز و کاهش شعاع انحنا، جریان‌های ثانویه قدرت بیشتری می‌یابند که این باعث افزایش اختلاط جریان و در نتیجه کاهش اختلاف مقدار غلظت اکسیژن روی دیواره‌های خم داخلی و خارجی می‌شود. نتایج بدست آمده در پیش ‌‌بینی ناحیه مستعد برای تشکیل بیماری گرفتگی رگ‌ها مفید می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Naghavi M, Libby P, Falk E, et‌ al. (‌2003) From vulnerable plaque to vulnerable patient: A call for new definitions and risk assessment strategies, Part I, Circulation 108: 1664–1672.

[2] Berger SA, Jou L-D (2000) Flows in stenotic vessels.  Annu. Rev. Fluid Mech 32: 347–382.

[3] Virmani R, Kolodgie  FD, Burke  AP, et al. (2000) Lessons from sudden coronary death: A comprehensive morphological classification scheme for atherosclerotic lesions. Arterioscl Throm Vas 20: 1262–1275.

[4] Channon KM (2006) The endothelium and the pathogenesis of atherosclerosis. Med 34: 173–177.

[5] Back LH (1976) Analysis of oxygen transport in the avascular region of arteries. Math Biosci 31: 285–306.

[6] Back LH, Radbill JR, Crawford DW (1977) Analysis of oxygen transport from pulsatile, viscous blood flow to diseased coronary arteries of man. J Biomech 10: 763–774.

[7] Buerk DG, Goldstick TK (1982) Arterial wall oxygen consumption rate varies spatially. Am J Physiol 243: 948–958.

[8] Habler OP, Messmer KFW (1997) The physiology of oxygen transport. Transfus Sci 18: 425–435.

[9] Moore JA, Ethier CR (1997) Oxygen Mass transfer calculations in large arteries. J Biomech Eng-T ASME 119: 469–475.

[10] Kleinstreuer C, Buchanan Jr JR, Lei M, Truskey GA (2000) Computational analysis of particle-hemodynamics and prediction of the onset of arterial diseases. In: Leondes C (eds) Techniques and Applications, Volume II: Cardiovascular Techniques. CRC press.

[11] Grone HJ, Simon M, Grone EF (1995) Expression of vascular endothelial growth factor in renal vascular disease and renal allografts. J Pathol 177: 259–267.

[12] Liu Y, Cox SR, Morita T, Kourembanas  S (1995) Hypoxia regulates vascular endothelial growth factor gene expression in endothelial cells. Identification of a 5 ft enhancer. Circ Res77: 638–643.

[13] Asakura T, Karino T (1990) Flow pattern and spatial distribution of atherosclerotic lesion in human coronary arteries. Circ Res 66: 1045–1066.

[14] Atabek HB, Ling SC, Patel DJ (1975) Analysis of coronary flow fields in thoracotomized dogs. Circ Res 107: 16–23.

[15] Friedman MH, Deters OJ, Mark FF, Bargeson CB, Hutchins GM (1983) Arterial geometry affects hemodynamics: A potential risk factor for atherosclerosis. Atherosclerosis 46: 225–231.

[16] Olsson AG (1987) Atherosclerosis: Biology and Clinical Science. 6rd edn. Churchill Livingstone, Edinburgh.

[17] Schneiderman G, Ellis CG, Goldstick TK (1979) Mass transport to walls of stenosed arteries variation with Reynolds number and blood flow separation. J Biomech 12: 869–877.

[18] Rappitsch G, Perktold K (1996) Computer simulation of convective diffusion processes in large arteries. J Biomech 2: 207–215.

[19] Qiu Y, Tarbell JM (2000) Numerical simulation of oxygen mass transfer in a compliant curved tube model of a coronary artery. Ann Biomed Eng 28: 26–38.

[20] Banerjee RK, Kwon O, Vaidya SV, Back LH (2005) Coupled oxygen transport analysis in the vascular wall of a coronary artery stenosis during angioplasty. J Biomech 41: 475–479.

[21] Kaazempur-Mofrad MR, Wada S, Myersa JG (2005) Mass transport and fluid flow in stenotic arteries Axisymmetric and asymmetric models. Int J Heat Mass Tran 48: 4510–4517.

[22] Lan W, Gong-bi W, Wen-chang T (2006) Blood flow and macromolecular transport in curved blood vessels. Appl Math Mech 27: 1223–1231.

[23] Tada  Sh, Tarbell JM (2006) Oxygen Mass Transport in a Compliant Carotid Bifurcation Model. Ann Biomed Eng 34: 1389–1399.

[24] Coppola G, Caro C (2008) Oxygen mass transfer in a mode three-dimensional artery. J R Soc Interface 5: 1067–1075.

[25] Tada Sh (2010) Numerical study of oxygen transport in a carotid bifurcation. Phys Med Biol 55: 3993–4010.

[26] liu X, Fan Y, Deng X, Zhan  F (2011) Effect of non-Newtonian and pulsatile blood flow on mass transport in the human aorta. J Biomech 44: 1123–1131.

[27] Colton CK, Drake RF (1971) Effect of boundary conditions on oxygen transport to blood flowing in a tube. Chem Eng Symposium 67(114): 88–95.

[28] Chorin AJ (1968) Numerical simulation of the Navier Stoks equations. Math Comput 22: 745–762.

[29] Renksizbulut M, Niazmand H (2006) Laminar flow and heat transfer in the entrance region of trapezoidal channels with constant wall temperature. J Heat Trans-T ASME 128: 63–74.

[30] Van De Vosse FN, Steenhoven AAV, Segal A, Janssen JD (1989) A finite element analysis of the steady laminar entrance flow in a 90 curved tube. Int J Numer Meth Fl 9: 275–287.

[31] Marn J, Ternik P (2006) Laminar flow of a shear- thickening fluid in a 90◦ pipe bend. Fluid Dyn Res 38: 295–312.

[32] Kim T, Cheer AY, Dwyer HA (2004) simulated dye method for flowvisualization with a computational model for blood flow. J Biomech 37: 1125–1136.