Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh Hưởng của Vận Chuyển Bị Cản Trở đến Sự Phát Triển của Các Cục Máu Kết Tủa Dưới Dòng Chảy
Tóm tắt
Chấn thương mạch máu kích hoạt hai quá trình đan xen, bao gồm sự lắng đọng tiểu cầu và quá trình đông máu, và có thể dẫn đến sự hình thành cục máu đông trong lòng mạch (thrombus) có thể phát triển đủ lớn để chặn dòng chảy của mạch. Sự hình thành cục máu đông liên quan đến các tương tác phức tạp về hóa sinh, vật lý và cơ học sinh học, cũng như có tính chất động và phân bố theo không gian, diễn ra trên nhiều quy mô không gian và thời gian khác nhau. Chúng tôi đã phát triển một mô hình toán học không gian-thời gian cho những tương tác này và xem xét sự tương tác giữa các yếu tố vật lý (dòng chảy, vận chuyển đến cục máu đông, sự phân bố tiểu cầu trong máu) và các yếu tố hóa sinh trong việc xác định sự phát triển của cục máu đông. Tại đây, chúng tôi mở rộng mô hình này để bao gồm sự giảm thiểu của sự khuếch tán và dẫn lưu các protein đông máu trong các khu vực của cục máu đông có mật độ tiểu cầu cao. Ảnh hưởng của sự giảm thiểu này, cùng với những hạn chế về vận chuyển dịch và tiểu cầu qua các khu vực dày đặc của cục máu đông, có thể rất nghiêm trọng. Chúng tôi phát hiện rằng việc vận chuyển bị cản trở dẫn đến việc hình thành các cục máu đông nhỏ hơn và dày đặc hơn so với trường hợp không có sự cản trở protein. Hạn chế trong việc vận chuyển protein làm cho các phức hợp kích hoạt quan trọng tập trung ở những khu vực nhỏ bên trong cục máu đông và giảm mạnh nguồn cung cấp các chất nền cho các phức hợp này. Cuối cùng, điều này làm giảm tỷ lệ và lượng sản xuất thrombin và dẫn đến sự tăng trưởng của cục máu đông diễn ra chậm hơn và kích thước cục máu đông nhỏ hơn. Kết quả của chúng tôi gợi ý một cơ chế vật lý khả thi để giới hạn sự phát triển của cục máu đông.
Từ khóa
#cục máu đông #tiểu cầu #vận chuyển #đông máu #mô hình toán họcTài liệu tham khảo
Adolph, R., Steed, D. L., Vorp, D. A., Webster, M. W., Kameneva, M. V., & Watkins, S. C. (1997). Cellular content and permeability of intraluminal thrombus in abdominal aortic aneurysm. J. Vasc. Surg., 25, 916–926.
Andre, P., Delaney, S. M., LaRocca, T., Vincent, D., DeGuzman, F., Jurek, M., Koller, B., Phillips, D. R., & Conley, P. B. (2003). P2Y12 regulates platelet adhesion/activation, thrombus growth, and thrombus stability in injured arteries. J. Clin. Invest., 112, 398–406.
Brass, L. F., Wannemacher, K. M., Ma, P., & Stalker, T. J. (2011). Regulating thrombus growth and stability to achieve an optimal response to injury. J. Thromb. Haemost., 9(1), 66–75.
Buddai, S. K., Layzer, J. M., Lu, G., Rusconi, C. P., Sullenger, B. A., Monroe, D. M., & Krishnaswamy, S. (2009). An anticoagulant RNA aptamer that inhibits proteinase-cofactor interactions within prothrombinase. J. Biol. Chem., 285, 5212–5223.
Celi, A., Merrill-Skoloff, G., Gross, P., Falati, S., Sim, D. S., Flaumenhaft, R., Furie, B. C., & Furie, B. (2003). Thrombus formation: Direct real-time observation and digital analysis of thrombus assembly in a living mouse by confocal and widefield intravital microscopy. J. Thromb. Haemost., 1, 60–68.
Clague, D. S., & Phillips, R. J. (1996). Hindered diffusion of spherical macromolecules through dilute fibrous media. Phys. Fluids, 8, 1720–1731.
Clague, D. S., & Phillips, R. J. (1997). A numerical calculation of the hydraulic permeability of three-dimensional disordered fibrous media. Phys. Fluids, 9, 1562–1572.
Colace, T. V., Muthard, R. W., & Diamond, S. L. (2012). 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.
Crowl, L., & Fogelson, A. L. (2011). Analysis of mechanisms for platelet near-wall excess under arterial blood flow conditions. J. Fluid Mech., 676, 348–375.
Crowl, L. M., & Fogelson, A. L. (2010). Computational model of whole blood exhibiting lateral platelet motion induced by red blood cells. Int. J. Numer. Methods Biomed. Eng., 26, 471–487.
Deen, W. M. (1997). Hindered transport of large molecules in liquid-filled pores. AIChE J., 33, 1409–1425.
Dill, K., & Bromberg, S. (2010). Molecular driving forces: statistical thermodynamics in biology, chemistry, physics, and nanoscience (2nd ed.). New York: Garland Science.
Eckstein, E. C., Tilles, A. W., & Millero, J.F., III (1988). Conditions for the occurrence of large near-wall excesses of small particles during blood flow. Microvasc. Res., 36, 31–39.
Fogelson, A. L., & Guy, R. D. (2008). Immersed-boundary-type models of intravascular platelet aggregation. Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 197, 2087–2104.
Fogelson, A. L., & Guy, R. D. (2004). Platelet-wall interactions in continuum models of platelet aggregation: formulation and numerical solution. Math. Med. Biol., 21, 293–334.
Fogelson, A. L., Hussain, Y. H., & Leiderman, K. (2012). Blood clot formation under flow: the importance of factor xi depends strongly on platelet count. Biophys. J., 102, 10–18.
Fogelson, A. L., & Tania, N. (2005). Coagulation under flow: the influence of flow-mediated transport on the initiation and inhibition of coagulation. Pathophysiol. Haemost. Thromb., 34, 91–108.
Furie, B., & Furie, B. C. (2005). Thrombus formation in vivo. J. Clin. Invest., 115(12), 3355–3362.
Happel, J., & Brenner, H. (1983). Low Reynolds number hydrodynamics. Hague: Nijhoff.
Hathcock, J. J., & Nemerson, Y. (2004). Platelet deposition inhibits tissue factor activity: In vitro clots are impermeable to Factor Xa. Blood, 104(1), 123–127.
Hemker, H. C., & Kessels, H. (1991). Feedback mechanisms in coagulation. Haemostasis, 21, 189–196.
Jackson, S. P. (2007). The growing complexity of platelet aggregation. Blood, 109, 5087–5095.
Jesty, J., & Nemerson, Y. (1995). The pathways of blood coagulation. In E. Beutler, M. Lichtman, & B. Coller (Eds.), Williams hematology (5th ed.) (pp. 1227–1238). New York: McGraw-Hill.
Jordan, R. E., Oosta, G. M., Gardner, W. T., & Rosenberg, R. D. (1980). The kinetics of hemostatic enzyme-antithrombin interactions in the presence of low molecular weight heparin. J. Biol. Chem., 255, 10081–10090.
Kamath, P., & Krishnaswamy, S. (2008). Fate of membrane-bound reactants and products during the activation of human prothrombin by prothrombinase. J Biol Chem, 283, 30164–30173.
Keener, J. P., Sircar, S., & Fogelson, A. L. (2011). Kinetics of swelling gels. SIAM J. Appl. Math., 71, 854–875.
Kosto, K. B., & Deen, W. M. (2004). Diffusivities of macromolecules in composite hydrogels. AIChE J., 50, 2648–2658.
Kuharsky, A. L., & Fogelson, A. L. (2001). Surface-mediated control of blood coagulation: the role of binding site densities and platelet deposition. Biophys. J., 80, 1050–1074.
Leiderman, K., & Fogelson, A. L. (2011). Grow with the flow: a spatial-temporal model of platelet deposition and blood coagulation under flow. Math. Med. Biol., 28, 47–84.
Leiderman, K., Miller, L. A., & Fogelson, A. L. (2008). The effects of spatial inhomogeneities on flow through the endothelial surface layer. J. Theor. Biol., 252, 313–325.
LeVeque, R. J. (1996). High-resolution conservative algorithms for advection in incompressible flow. SIAM J. Numer. Anal., 33, 627–665.
Mann, K. G., Nesheim, M. E., Church, W. R., Haley, P., & Krishnaswamy, S. (1990). Surface-dependent reactions of the vitamin K-dependent enzyme complexes. Blood, 76, 1–16.
Neeves, K. B., Illing, D. A., & Diamond, S. L. (2010). Thrombin flux and wall shear rate regulate fibrin fiber deposition state during polymerization under flow. Biophys. J., 98(7), 1344–1352.
Nicholson, C. (2001). Diffusion and related transport mechanisms in brain tissue. Rep. Prog. Phys., 64, 815–884.
Okorie, U., Denney, W. S., Chatterjee, M. S., Neeves, K. B., & Diamond, S. L. (2008). Determination of surface tissue factor thresholds that trigger coagulation at venous and arterial shear rates: amplification of 100 fM circulating tissue factor by flow. Blood, 111(7), 3507–3513.
oude Egbrink, M. G. A., Tangelder, G. J., Slaaf, D. W., & Reneman, R. S. (1988). Thromboembolic reaction following wall punction in arterioles and venules of the rabbit mesentery. Thromb. Haemost., 59, 23–28.
Pluen, A., Boucher, Y., Ramanujan, S., McKee, T. D., Gohongi, T., di Tomaso, E., Brown, E. B., Izumi, Y., Campbell, R. B., Berk, D. A., & Jain, R. K. (2001). Role of tumor-host interactions in interstitial diffusion of macromolecules: cranial vs. subcutaneous tumors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98, 4628–4633.
Sahimi, M. (2010). Flow and transport in porous media and fractured rock. Weinheim: Wiley-VCH.
Seligsohn, U. (2009). Factor XI deficiency in humans. J. Thromb. Haemost., 7, 84–87.
Stalker, T. J., Traxler, E. A., Diamond, S. L., & Brass, L. F. (2011). Development of a stable thrombotic core with limited access to plasma proteins during thrombus formation in vivo. Abstract 53rd ASH annual meeting and exposition, December 2011.
Steiakakis, E., Gamvroudis, C., & Alevios, G. (2012). Kozeny–Carman equation and hydraulic conductivity of compacted clayey soils. Geomaterials, 2, 37–41.
Tilles, A. W., & Eckstein, E. C. (1987). The near-wall excess of platelet-sized particles in blood flow: its dependence on hematocrit and wall shear rate. Microvasc. Res., 33, 211.
Torquato, S. (2002). Random heterogeneous materials: microstructure and macroscopic properties. New York: Springer.
Vaiyapuri, S., Jones, C. I., Sasikumar, P., Moraes, L. A., Munger, S. J., Wright, J. R., Ali, M. S., Sage, T., Kaiser, W. J., Tucker, K. L., Stain, C. J., Bye, A. P., Jones, S., Oviedo-Orta, E., Simon, A. M., Mahaut-Smith, M. P., & Gibbins, J. M. (2012). Gap junctions and connexin hemichannels underpin hemostasis and thrombosis. Circulation, 125(20), 2479–2491.
Zhao, H., & Shaqfeh, E. S. G. (2011). Shear-induced platelet margination in a microchannel. Phys. Rev. E, 83, 061924.