Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Dự đoán sự phát triển của cục máu đông: Ảnh hưởng của hẹp mạch và số Reynolds
Tóm tắt
Sức căng cắt đóng vai trò quan trọng trong các tương tác giữa tiểu cầu và bề mặt cũng như trong sự hình thành và phát triển của cục máu đông trong dòng chảy máu, nơi mà cả trong điều kiện bệnh lý và sinh lý, sự bám dính và tích tụ tiểu cầu đều xảy ra. Trong nghiên cứu này, một mô hình liên tục phụ thuộc vào sức căng cắt cho việc kích hoạt, bám dính và tập hợp tiểu cầu được trình bày. Mô hình đã được xác nhận lần đầu dưới ba điều kiện sức căng cắt khác nhau và tại hai mức heparin. Các mô phỏng ba chiều sau đó đã được thực hiện để đánh giá hiệu suất của mô hình cho các động mạch chủ bị tổn thương nặng (bị lột) với các mức độ hẹp nhẹ và nặng trong chế độ dòng chảy laminar. Đối với những trường hợp này, các hàm phụ thuộc vào sức căng cắt tuyến tính đã được phát triển cho tỷ lệ bám dính tiểu cầu-bề mặt và tỷ lệ bám dính tiểu cầu-tiểu cầu. Đã xác nhận rằng tỷ lệ bám dính tiểu cầu không chỉ là một hàm của số Reynolds (hoặc tỷ lệ sức căng cắt tại thành mạch) mà cũng phụ thuộc vào mức độ hẹp của mạch. Các mối tương quan chung cho tỷ lệ bám dính của tiểu cầu như là các hàm của mức độ hẹp và số Reynolds đã được thu được dựa trên những trường hợp này. Cuối cùng, bằng cách sử dụng các tỷ lệ bám dính tiểu cầu mới, mô hình đã được áp dụng cho các hệ thống thực nghiệm khác nhau và cho thấy sự đồng nhất tốt với sự lắng đọng tiểu cầu đã được đo.
Từ khóa
#cục máu đông #sức căng cắt #tiểu cầu #bám dính tiểu cầu #hẹp mạch #số ReynoldsTài liệu tham khảo
Adams, G. A., and I. A. Feuerstein. Maximum fluid concentrations of materials released from platelets at a surface. Am J Physiol Circ Physiol. 244(1):H109–H114, 1983.
Aslan, J., A. Itakura, J. Gertz, and O. T. McCarty. Platelet shape change and spreading. In: Platelets and Megakaryocytes, edited by J. M. Gibbins, and M. P. Mahaut-Smith. New York: Springer, 2012, pp. 91–100. doi:10.1007/978-1-61779-307-3_7.
Badimon, L., and J. J. Badimón. Mechanisms of arterial thrombosis in nonparallel streamlines: platelet thrombi grow on the apex of stenotic severely injured vessel wall. Experimental study in the pig model. J Clin Invest. 84(4):1134, 1989.
Bark, D. L., and D. N. Ku. Wall shear over high degree stenoses pertinent to atherothrombosis. J. Biomech. 43(15):2970–2977, 2010.
Bark, D. L., and D. N. Ku. Platelet transport rates and binding kinetics at high shear over a thrombus. Biophys. J . 105(2):502–511, 2013.
Bark, D. L., A. N. Para, and D. N. Ku. Correlation of thrombosis growth rate to pathological wall shear rate during platelet accumulation. Biotechnol. Bioeng. 109(10):2642–2650, 2012.
Barstad, R. M., H. E. Roald, Y. Cui, V. T. Turitto, and K. S. Sakariassen. A perfusion chamber developed to investigate thrombus formation and shear profiles in flowing native human blood at the apex of well-defined stenoses. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 14(12):1984–1991, 1994.
Bluestein, D., E. Rambod, and M. Gharib. Vortex shedding as a mechanism for free emboli formation in mechanical heart valves. J. Biomech. Eng. 122(2):125–134, 2000.
Casa, L. D. C., D. H. Deaton, and D. N. Ku. Role of high shear rate in thrombosis. J. Vasc. Surg. 61(4):1068–1080, 2015.
Casa, L. D. C., and D. N. Ku. High shear thrombus formation under pulsatile and steady flow. Cardiovasc Eng Technol. 5(2):154–163, 2014.
Clemetson, K. J., and J. M. Clemetson. Platelet receptor signalling. Hematol J Off J Eur Haematol Assoc. 5:S159, 2004.
Colace, T. V., and S. L. Diamond. Direct observation of von Willebrand factor elongation and fiber formation on collagen during acute whole blood exposure to pathological flow. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 33(1):105–113, 2013.
Colace, T. V., R. W. Muthard, and S. L. Diamond. Thrombus growth and embolism on tissue factor-bearing collagen surfaces under flow role of thrombin with and without fibrin. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 32(6):1466–1476, 2012.
David, T., S. Thomas, and P. G. Walker. Platelet deposition in stagnation point flow: an analytical and computational simulation. Med. Eng. Phys. 23(5):299–312, 2001.
Duraiswamy, N., J. M. Cesar, R. T. Schoephoerster, and J. E. Moore, Jr. Effects of stent geometry on local flow dynamics and resulting platelet deposition in an in vitro model. Biorheology 45(5):547–561, 2008.
Farokhnia, N., P. Irajizad, S. M. Sajadi, and H. Ghasemi. Rational micro/nanostructuring for thin-film evaporation. J. Phys. Chem. C 120(16):8742–8750, 2016.
Fitzgerald, D. J., and G. A. FitzGerald. Role of thrombin and thromboxane A2 in reocclusion following coronary thrombolysis with tissue-type plasminogen activator. Proc. Natl. Acad. Sci. 86(19):7585–7589, 1989.
Fogelson, A. L. Continuum models of platelet aggregation: formulation and mechanical properties. SIAM J Appl Math. 52(4):1089–1110, 1992.
Fogelson, A. L., and K. B. Neeves. Fluid mechanics of blood clot formation. Annu. Rev. Fluid Mech. 47:377–403, 2015.
Folie, B. J., and L. V. Mcintire. Mathematical analysis of mural thrombogenesis. Concentration profiles of platelet-activating agents and effects of viscous shear flow. Biophys. J . 56(6):1121–1141, 1989.
Frojmovic, M. M., R. F. Mooney, and T. Wong. Dynamics of platelet glycoprotein IIb-IIIa receptor expression and fibrinogen binding. I. Quantal activation of platelet subpopulations varies with adenosine diphosphate concentration. Biophys. J . 67(5):2060, 1994.
Frojmovic, M., T. Wong, and T. van de Ven. Dynamic measurements of the platelet membrane glycoprotein IIb-IIIa receptor for fibrinogen by flow cytometry. I. Methodology, theory and results for two distinct activators. Biophys. J . 59(4):815, 1991.
Goldsmith, H. L., and V. T. Turitto. Rheological aspects of thrombosis and haemostasis: basic principles and applications. ICTH-Report-Subcommittee on Rheology of the International Committee on thrombosis and haemostasis. Thromb. Haemost. 55(3):415–435, 1986.
Goodman, P. D., E. T. Barlow, P. M. Crapo, S. F. Mohammad, and K. A. Solen. Computational model of device-induced thrombosis and thromboembolism. Ann. Biomed. Eng. 33(6):780–797, 2005.
Govindarajan, V., V. Rakesh, J. Reifman, and A. Y. Mitrophanov. Computational study of thrombus formation and clotting factor effects under venous flow conditions. Biophys. J . 110(8):1869–1885, 2016.
Griffith, M. J. Kinetics of the heparin-enhanced antithrombin III/thrombin reaction. Evidence for a template model for the mechanism of action of heparin. J. Biol. Chem. 257(13):7360–7365, 1982.
Hosseinzadegan, H., D. K. Tafti. Validation of a time dependent physio-chemical model for thrombus formation and growth. In: ASME 2016 Fluids Engineering Division Summer Meeting collocated with the ASME 2016 Heat Transfer Summer Conference and the ASME 2016 14th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels. American Society of Mechanical Engineers, 2016, pp. V01AT04A007.
Hubbell, J. A., and L. V. McIntire. Platelet active concentration profiles near growing thrombi. A mathematical consideration. Biophys. J . 50(5):937, 1986.
Inauen, W., H. R. Baumgartner, T. Bombeli, A. Haeberli, and P. W. Straub. Dose-and shear rate-dependent effects of heparin on thrombogenesis induced by rabbit aorta subendothelium exposed to flowing human blood. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 10(4):607–615, 1990.
Irajizad, P., M. Hasnain, N. Farokhnia, S. M. Sajadi, and H. Ghasemi. Magnetic slippery extreme icephobic surfaces. Nat Commun 7:13395, 2016. doi:10.1038/ncomms13395.
Jackson, S. P., W. S. Nesbitt, and S. Kulkarni. Signaling events underlying thrombus formation. J. Thromb. Haemost. 1(7):1602–1612, 2003.
Jones, R. L., N. H. Wilson, C. G. Marr. Thromboxane-like activity of prostanoids with aromatic substituents at C16 and C17. In: Chemistry, Biochemistry, and Pharmacological Activity of Prostanoids: Including the Proceedings of a Symposium on the Chemistry and Biochemistry of Prostanoids Held at The University of Salford, England, 10–14 July 1978. Elsevier, Oxford, 2013, p. 210.
Keller, K. H. Effect of fluid shear on mass transport in flowing blood. In: Federation Proceedings. 1971, pp. 1591–1599.
Lassila, R., J. J. Badimon, S. Vallabhajosula, and L. Badimon. Dynamic monitoring of platelet deposition on severely damaged vessel wall in flowing blood. Effects of different stenoses on thrombus growth. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 10(2):306–315, 1990.
Lévêque, A. Les Lois de la transmission de chaleur par convection, par André Lévêque. Paris: Dunod, 1928.
Levich, V. G. Physicochemical Hydrodynamics. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1962.
Li, M., D. N. Ku, and C. R. Forest. Microfluidic system for simultaneous optical measurement of platelet aggregation at multiple shear rates in whole blood. Lab Chip 12(7):1355–1362, 2012.
Maalej, N., and J. D. Folts. Increased shear stress overcomes the antithrombotic platelet inhibitory effect of aspirin in stenosed dog coronary arteries. Circulation 93(6):1201–1205, 1996.
Mailhac, A., J. J. Badimon, J. T. Fallon, A. Fernandez-Ortiz, B. Meyer, J. H. Chesebro, et al. Effect of an eccentric severe stenosis on fibrin (ogen) deposition on severely damaged vessel wall in arterial thrombosis. Relative contribution of fibrin (ogen) and platelets. Circulation 90(2):988–996, 1994.
Markou, C. P., S. R. Hanson, J. M. Siegel, and D. N. Ku. The role of high wall shear rate on thrombus formation in stenoses. ASME-PUBLICATIONS-BED. 26:555, 1993.
Mehrabadi, M., L. D. C. Casa, C. K. Aidun, and D. N. Ku. A predictive model of high shear thrombus growth. Ann. Biomed. Eng. 44:2339–2350, 2016.
Mehrabadi, M., D. N. Ku, and C. K. Aidun. A continuum model for platelet transport in flowing blood based on direct numerical simulations of cellular blood flow. Ann. Biomed. Eng. 43(6):1410–1421, 2015.
Mehrabadi, M., D. N. Ku, and C. K. Aidun. Effects of shear rate, confinement, and particle parameters on margination in blood flow. Phys. Rev. E 93(2):23109, 2016.
Merrill, E. W. Rheology of blood. Physiol. Rev. 49(4):863–888, 1969.
Mokhlespour, M. I., M. Ramezanzadeh, R. Narimani. Development of a wearable measuring system for respiratory plethysmography. In: Biomed2011, lASTED, Innsbruck, Austria, 2011.
Mokhlespour Esfahani, M. I., S. Taghinedjad, V. Mottaghitalab, R. Narimani, M. Parnianpour, C. Loughlin, et al. Novel printed body worn sensor for measuring the human movement orientation. Sens. Rev. 36(3):321–331, 2016.
Mukherjee, D., N. D. Jani, K. Selvaganesan, C. L. Weng, and S. C. Shadden. Computational assessment of the relation between embolism source and embolus distribution to the circle of willis for improved understanding of stroke etiology. J. Biomech. Eng. 138(8):81008, 2016.
Rosing, J., J. L. Van Rijn, E. M. Bevers, G. Van Dieijen, P. Comfurius, and R. F. Zwaal. The role of activated human platelets in prothrombin and factor X. Blood 65(2):319–332, 1985.
Saelman, E. U. M., H. K. Nieuwenhuis, K. M. Hese, P. G. de Groot, H. F. G. Heijnen, and H. Sage. Platelet adhesion to collagen types I through VI11 under conditions of stasis and flow is mediated by GPIa/IIa (a2Bl-integrin). Blood 83:1244–1250, 1994.
Selvarasu, N. K. C., and D. K. Tafti. Investigation of the effects of dynamic change in curvature and torsion on pulsatile flow in a helical tube. J. Biomech. Eng. 134(7):71005, 2012.
Selvarasu, N. K. C., and D. K. Tafti. Effects of elastic modulus change in helical tubes under the influence of dynamic changes in curvature and torsion. J. Biomech. Eng. 136(8):81001, 2014.
Selvarasu, N. K. C., D. K. Tafti, and P. P. Vlachos. Hydrodynamic effects of compliance mismatch in stented arteries. J. Biomech. Eng. 133(2):21008, 2011.
Soares, J. S., J. Sheriff, and D. Bluestein. A novel mathematical model of activation and sensitization of platelets subjected to dynamic stress histories. Biomech. Model. Mechanobiol. 12(6):1127–1141, 2013.
Sorensen, E. N. Computational Simulation of Platelet Transport, Activation, and Deposition. Pittsburgh: University of Pittsburgh, 2002.
Sorensen, E. N., G. W. Burgreen, W. R. Wagner, and J. F. Antaki. Computational simulation of platelet deposition and activation: II. Results for Poiseuille flow over collagen. Ann. Biomed. Eng. 27(4):449–458, 1999.
Sorensen, E. N., G. W. Burgreen, W. R. Wagner, and J. F. Antaki. Computational simulation of platelet deposition and activation: I. Model development and properties. Ann. Biomed. Eng. 27(4):436–448, 1999.
Taylor, J. O., R. S. Meyer, S. Deutsch, and K. B. Manning. Development of a computational model for macroscopic predictions of device-induced thrombosis. Biomech. Model. Mechanobiol. 15(6):1713–1731, 2016.
Taylor, J. O., L. Yang, S. Deutsch, and K. B. Manning. Development of a platelet adhesion transport equation for a computational thrombosis model. J. Biomech. 50:114–120, 2017.
Turitto, V. T., and H. R. Baumgartner. Platelet interaction with subendothelium in flowing rabbit blood: effect of blood shear rate. Microvasc. Res. 17(1):38–54, 1979.
Vahidi, B., and N. Fatouraee. Large deforming buoyant embolus passing through a stenotic common carotid artery: a computational simulation. J. Biomech. 45(7):1312–1322, 2012.
van der Giessen, A. G., J. J. Wentzel, F. N. van de Vosse, A. F. van der Steen, P. J. de Feyter, F. J. Gijsen. Plaque and shear stress distribution in human coronary bifurcations: a multi-slice computed tomography study. In: ASME 2007 Summer Bioengineering Conference. American Society of Mechanical Engineers, 2007, pp. 477–478.
van der Giessen, A. G., J. J. Wentzel, F. N. van de Vosse, A. F. van der Steen, P. J. de Feyter, and F. J. Gijsen. Plaque and shear stress distribution in human coronary bifurcations: a multi-slice computed tomography study. Am. Soc. Mech. Eng. 36:477–478, 2007.
Varga-Szabo, D., I. Pleines, and B. Nieswandt. Cell adhesion mechanisms in platelets. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 28(3):403–412, 2008.
Virchow, R. Gesammelte abhandlungen zur wissenschaftlichen medicin. Frankfurt: Meidinger, 1856.
Vorchheimer, D. A., Becker R. Platelets in atherothrombosis. In: Mayo Clinic Proceedings. Oxford: Elsevier, 2006, pp. 59–68.
Wagner, W. R., and J. A. Hubbell. Local thrombin synthesis and fibrin formation in an in vitro thrombosis model result in platelet recruitment and thrombus stabilization on collagen in heparinized blood. J. Lab. Clin. Med. 116(5):636–650, 1990.
Wang, W., T. G. Diacovo, J. Chen, J. B. Freund, and M. R. King. Simulation of platelet, thrombus and erythrocyte hydrodynamic interactions in a 3D arteriole with in vivo comparison. PLoS ONE 8(10):e76949, 2013.
Weiss, H. J. Platelets: Pathophysiology and Antiplatelet Drug Therapy. New York: AR Liss, 1982.
Weiss, H. J. Flow-related platelet deposition on subendothelium. Thromb. Haemost. 74(1):117–122, 1995.
Wootton, D. M., C. P. Markou, S. R. Hanson, and D. N. Ku. A mechanistic model of acute platelet accumulation in thrombogenic stenoses. Ann. Biomed. Eng. 29(4):321–329, 2001.
Zhao, H., E. S. G. Shaqfeh, and V. Narsimhan. Shear-induced particle migration and margination in a cellular suspension. Phys. Fluids 24(1):11902, 2012.
