Dòng mật không-Newton trong ống dẫn cystic đàn hồi: Mô hình một chiều và ba chiều

Springer Science and Business Media LLC - Tập 36 - Trang 1893-1908 - 2008
W.G. Li1, X.Y. Luo1, S.B. Chin2, N.A. Hill1, A.G. Johnson3, N.C. Bird3
1Department of Mathematics, University of Glasgow, Glasgow, UK
2Department of Mechanical Engineering; University of Sheffield; Sheffield UK
3Academic Surgical Unit, Royal Hallamshire Hospital, Sheffield, UK

Tóm tắt

Dòng mật được cho là đóng vai trò thiết yếu trong quá trình sinh lý học bệnh lý của bệnh sỏi mật (hình thành sỏi mật) và trong cơn đau túi mật. Trong bài báo này, chúng tôi mở rộng nghiên cứu trước đó về hệ thống mật của con người (Li et al., 2007, J. Biomech. Eng., 129:164–173) để bao gồm hai yếu tố quan trọng: các tính chất không-Newton của mật, và sự biến dạng đàn hồi của ống dẫn cystic. Một mô hình một chiều (1D) được phân tích và so sánh với các mô phỏng tương tác chất lỏng-cấu trúc ba chiều (3D). Kết quả cho thấy mật không-Newton làm tăng sức cản dòng chảy của mật, mà có thể bị tăng cường đáng kể bởi sự biến dạng đàn hồi (sụp đổ) của ống dẫn cystic. Chúng tôi cũng chỉ ra rằng mô hình 1D dự đoán sự sụt áp của dòng chảy ống dẫn cystic khá tốt cho tất cả các trường hợp được xem xét (dòng Newton hoặc không-Newton, ống cứng hoặc đàn hồi), khi so với các mô phỏng 3D đầy đủ.

Từ khóa

#dòng mật không-Newton #ống dẫn cystic #mô hình một chiều #mô hình ba chiều #tương tác chất lỏng-cấu trúc #sinh lý học bệnh lý #bệnh sỏi mật

Tài liệu tham khảo

ADINA Theory and Modelling Guide, Vols. 1–3. Watertown, MA: ADINA R&D Inc., 2003 Bateson M. 1999, Gallbladder disease, Br. Med. J., 318, 1745–1748 Bertram C. D., Elliott N. S. J. 2003, Flow-rate limitation in a uniform thin-walled collapsible tube, with comparison to a uniform thick-walled tube and a tube of tapering thickness, J. Fluids Struct., 17, 541–559. doi:10.1016/S0889-9746(02)00160-3 Bertram C. D., Tscherry J. 2006, The onset of flow-rate limitation and flow-induced oscillations in collapsible tubes, J. Fluids Struct., 22, 1029–1045. doi:10.1016/j.jfluidstructs.2006.07.005 Bober W., Kenyon R. A. 1980 Fluid Mechanics. New York: John Wiley & Sons, 295–297 Bouchier I. A. D., Cooperband S. R., El Kodsi B. M. 1965, Mucous substances and viscosity of normal and pathological human bile, Gastroenterology, 49, 343–353 Brower R.W., Noordergraaf A. 1973 Pressure-flow characteristics of collapsible tubes: a reconciliation of seemingly contradictory results. Ann. Biomed. Eng., 1, 333–355. doi:10.1007/BF02407674 Calvert N. W., Troy G. P., Johnson A. G. 2000 Laparoscopic cholecysterctomy: a good buy?, Eur. J. Surg., 166, 782–786. doi:10.1080/110241500447416 Cancelli C., Pedley T. J. 1985 A separated-flow model for collapsible-tube oscillations. J. Fluid Mech., 157, 375–404. doi:10.1017/S0022112085002427 Catnach S. M., Fairclough P. D., Trembath R. C., O’Donnell L. J. D., McLean A. M., Law P. A., Wickham J. E. A. 1992 Effect of oral erythromycin on gallbladder motility in normal subjects and subjects with gallstones, Gastroenterology, 102, 2071–2076 Chen J., Lu X. Y. 2004 Numerical investigation of the non-Newtonian blood flow in a bifurcation model with a non-planar branch, J. Biomech., 37, 1899–1911. doi:10.1016/j.jbiomech.2004.02.030 Chen J., Lu X. Y., Wang W. 2006 Non-Newtonian effects of blood flow on hemodynamics in distal vascular graft anastomoses, J. Biomech., 39, 1983–1995. doi:10.1016/j.jbiomech.2005.06.012 Coene P. P. L. O., Groen A. K., Davids P. H. P., Hardeman M., Tytgat G. N. J., Huibregtse K. 1994 Bile viscosity in patients with biliary drainage, Scand. J. Gastroenterol., 29, 757–763. doi:10.3109/00365529409092506 Conrad W. A. (1969) Pressure-flow relationships in collapsible tubes. IEEE Trans. Biomech. Eng. BME-16(4):284–295 Courtney D. F., Clanachan A. S., Scott G. W. 1983 Cholecystokinin constricts the canine cystic duct, Gastroenterology, 85, 1154–1159 Cowie A. G. A., Sutor D. J. 1975 Viscosity and osmolality of abnormal bile, Digestion, 13, 312–315 Dodds, W. J., Hogan W. J., and Green, J. E. Motility of the biliary system. In: Handbook of Physiology: The Gastrointestinal System, Vol. 1, Section 6, Part 2(28), edited by S. G. Schultz. Bethesda, MD: American Physiological Society, 1989, pp. 1055–1101 Doty J. E., Pitt H. A., Kuchenbecker S. L., Porter-Fink V., DenBesten L. 1983 Role of gallbladder mucus in the pathogenesis of cholesterol gallstone, Am. J. Surg., 145, 54–61. doi:10.1016/0002-9610(83)90166-6 FLUENT 6.2 Users Guide. Fluid Inc., 2005 Gijsen F. J. H, van de Vosse F. N., Janssen J. D. 1999 The influence of the non-Newtonian properties of blood on the flow in large arteries: steady flow in a carotid bifurcation model, J. Biomech., 32, 601–608. doi:10.1016/S0021-9290(99)00015-9 Gottschalk M., Lochner A. 1990 Behaviour of postoperative viscosity of bile fluid from T-drainage, Gastroenterol. J., 50, 65–67 Hazel A. L., Heil M. 2003 Steady finite-Reynolds-number flows in three-dimensional collapsible tubes, J. Fluid Mech., 486, 79–103. doi:10.1017/S0022112003004671 Heil M., Pedley T. J. 1996 Large post-buckling deformations of cylindrical shells conveying viscous flow, J. Fluids Struct., 10, 565–599. doi:10.1006/jfls.1996.0039 Holt J. P. 1959 Flow of liquids through collapsible tubes. Circ. Res., 7, 342–353 Holt J. P. (1969). Flow through collapsible tubes, through in situ veins. IEEE Trans. Biomech. Eng. BME-16(4):274–283 Holzbach R. T., March M., Olszewski M., Holan K. (1973) Evidence that supersaturated bile is frequent in healthy man. J. Clin. Invest. 52:1467–1479. doi:10.1172/JCI107321 Jungst D., Niemeyer A., Muller I., Zundt B., Meyer G., Wilhelmi M., del Pozo R. 2001 Mucin and phospholipids determine viscosity of gallbladder bile in patients with gallstones, World J. Gastroenterol., 7(2), 203–207 Kounanis K., Mathoilakis D. S. 1999 Experimental flow study within a self oscillating collapsible tube, J. Fluids Struct., 13, 61–73. doi:10.1006/jfls.1998.0191 Li W. G., Luo X. Y., Hill N. A., Smythe A., Chin S. B., Johnson A. G., Bird N. C. 2008 Correlation of mechanical factors and gallbladder pain, J. Comput. Math. Methods Med., 9, 27–45 doi:10.1080/17486700701780266 Li W. G., Luo X. Y., Johnson A. G., Hill N. A., Bird N., Chin S. B., 2007 One-dimensional models of the human biliary system, ASME J. Biomech. Eng., 129, 164–173. doi:10.1115/1.2472379 Luo X. Y., Li W. G., Bird N. C., Johnson A. G., Chin S. B., Hill N. A., 2007, On the mechanical behaviour of human bililary system, World J. Gastroenterol., 13, 1384–1392 Lyon C. K., Scott J. B., Wang C. Y. 1980 Flow through collapsible tubes at low Reynolds numbers, Circ. Res., 47(1), 68–73 Marzo A., Luo X. Y., Bertram C. D. 2005 Three-dimensional collapse and steady flow in thick-walled flexible tubes, J. Fluids Struct., 20, 817–835. doi:10.1016/j.jfluidstructs.2005.03.008 O’Callaghan S., Walsh M., McGloughlin T. 2006 Numerical modelling of Newtonian and non-Newtonian representation of blood in a distal end-to-side vascular bypass graft anastomosis, Med. Eng. Phys., 28, 70–74. doi:10.1016/j.medengphy.2005.04.001 Ooi, R. C. Modelling flow of the bile in the human cystic duct. PhD thesis, University of Sheffield, UK, 2004 Ooi R. C., Luo X. Y., Chin S. B., Johnson A. G., Bird N. C. 2004 The flow of bile in the human cystic duct, J. Biomech., 37(13), 1913–1922. doi:10.1016/j.jbiomech.2004.02.029 Pedley T. J., Brook B. S., Seymour R. S. 1996 Blood pressure and flow rate in the giraffe jugular vein, Philos. Trans. R. Soc. Lond. B, 351, 855–866. doi:10.1098/rstb.1996.0080 Pitt H. A., Roslyn J. J., Kuchenbecker S. L., Doty J. E., DenBesten L. 1981 The role of cystic duct resistance in the pathogenesis of cholesterol gallstones, J. Surg. Res., 30(5), 508–514. doi:10.1016/0022-4804(81)90098-6 Portincasa P., Di Ciaula A., Palmieri V., Velardi A., Vanberge-Henegouwen G. P., Palasciano G. 1997 Impaired gallbladder and gastric motility and pathological gastro-oesophageal reflux in gallstone patients, Eur. J. Clin. Invest., 27, 653–661. doi:10.1046/j.1365-2362.1997.1600709.x Scroggs R. A., Beck S. B. M., Patterson E. A. 2004 An integrated approach to modelling the fluid-structure interaction of a collapsible tube, JSME Int. J. Ser. B, 47(1), 20–28. doi:10.1299/jsmeb.47.20 Severi C., Grider J. R., Makhlouf G. M. 1988 Functional gradient in muscle cells isolated from gallbladder, cystic duct and common bile duct, Am. J. Physiol., 255, G647–G652 Tera H. (1963) Sedimentation of bile constituents. Ann. Surg. 157:468–472 Thiriet M., Ribreau C. 2000 Computational flow in collapsible tube with wall contact, Mec. Ind., 1, 349–364 Thureron E. 1966 On the stratification of human bile and its importance for the solubility of cholesterol, Gastroenterology, 50(6), 775–780 Ugural, A. C., and S. K. Fenster. Advanced Strength and Applied Elasticity. New York: Elsevier Science Publishing Co., Inc., pp. 427–428, 1987 White F. M. 1999 Fluid Mechanics (4th ed.), New York: McGraw-Hill Book Company, pp. 342–373 Wilkinson W. L. 1960 Non-Newtonian Fluids. London: Pergamon Press, pp. 50–52 Zhang H., Zhang X., Ji S., Guo Y., Ledezma G., Elabbasi N., deCougny H. 2003 Recent development of fluid-structure interaction capabilities in the ADINA system, Comput. Struct., 81, 1071–1085. doi:10.1016/S0045-7949(03)00009-9