Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badania modelowe efektów reodynamicznych w rozgałęzieniach przewodów wzorowanych na układach biologicznych (problem stenozy)

Sławomirski M. R.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2010

|

Vol. 12, no. 1-4

237--251

PL

Rozgałęzienia naczyń krwionośnych występują powszechnie w organizmach ludzkich i zwierzęcych, zarówno w systemach naczyń tętniczych jak i żylnych. Obraz przepływu w obszarach bifurkacji oraz w ich sąsiedztwie daleki jest od regularnego profilu Poisseuille’a. W rozgałęzieniach istotną rolę odgrywają zjawiska w warstwie granicznej, a efekty typu oderwania i przepływu recyrkulacyjnego modyfikują w sposób istotny rozkłady prędkości, ciśnienia i wirowości. Z medycznego punktu widzenia obszary rozgałęzień są dość ‘wrażliwe’ ze względu na występujące w nich często zjawiska o istotnym znaczeniu klinicznym. W sąsiedztwie punktów bifurkacji zaobserwowano powstawanie i rozwój złogów atherosklerotycznych (tzw. atheromatic plaque) zbudowanych m.in. z lipoprotein niskiej gęstości (low density lipoproteins – LDL) pierwotnie zawartych w osoczu krwi. Istnieje w tej materii przekonująca dokumentacja medyczna w odniesieniu do naczyń wieńcowych i mózgowych, znane są też doniesienia dotyczące naczyń innych narządów, np. wątroby czy nerek. Ruch płynu w sąsiedztwie rozgałęzień ma charakter przepływu spowalniającego (ang. decelerating flow). Zachowanie się warstwy granicznej jest wówczas opisane nieliniowym równaniem różniczkowym III rzędu, które rozwiązać można zmodyfikowaną metodą strzałów (ang. schooting metod). Równanie to posiada w pewnych obszarach rozwiązania regularne, w innych występują rodziny konkurencyjnych rozwiązań, z których tylko niektóre posiadają sens fizykalny. Jako kryterium eliminacji rozwiązań ‘niefizykalnych’ przyjęto obraz rotacji prędkości. W sensie matematycznym oderwanie warstwy granicznej jest konsekwencją osobliwości opisujących jej zachowanie rozwiązań równań samopodobnych. Wyznaczone numerycznie obszary oderwania wykazują daleko idącą korelację z rejestrowanymi klinicznie strefami tworzenia się złogów atherosklerotycznych. Doprowadziło to autora do sformułownia wniosku, że tworzenie atheromy jest ściśle związane z uszkodzeniem endothelium (tj. specjalnej pojedynczej warstwy komórek wyścielającej wszystkie naczynia krwionośne organizmów ludzkich i zwierzęcych) w związku z nadmiarem wirowości w pobliżu ścianki, oderwaniem warstwy granicznej i rozwojem przepływu recyrkulacyjnego w podobszarze zmniejszonych prędkości w sąsiedztwie rozgałęzienia. Ponieważ wspomniane zjawiska reodynamiczne występują głównie we wstępnych odcinkach bocznych odgałęzień dużych tętnic, należy się tam spodziewać postępującej stenozy, tj. stopniowej redukcji światła naczyń, co klinicznie przejawia się w postaci niedokrwistości narządowej, a nawet zawałów, w szczególności w odniesieniu do pacjentów z grup wysokiego ryzyka dla których charakterystyczne są wysoki poziom LDL, nadciśnienie tętnicze oraz palenie tytoniu.

EN

Branch points of vessels constituting circulatory system are encountered commonly in human and animal organisms. The flow paterns in bifurcation zones and in their vicinity differ significantly from the regular Poisseuille motion. In branch zones boundary layer effects as separation and recirculating flow are crucial, and they modify significantly the distribution of velocity, pressure and vorticity. From the medical point of view branch zones are ‘sensitive’ owing to significant clinical phenomena. In the bifurcation zones and in their vicinity the infiltration of low density lipoproteins (LDL) under the endothelial layer, and the development of the atheromatic plaque have often been observed. There are many reports about clinical observations concerning this matter, especially those referring to renal and celebral arteries. Fluid motion in the branch zones is represented by decelerating flow. The behaviour of the boundary layer is then described by non-linear differential equation which may be solved by means of the modified schooting metod. In the certain zone the equation posesses the regular solution; in another zone there exist families of concurrent solutions, and only rare of them are physically acceptable. The distribution of vorticity has been applied as the final criterion of acceptability of solutions. From the mathematical standpoint the separation of the boundary layer is implied by singularities of self-similar solutions of differential equations describing fluid motion. The separation zones determined as the result of numerical simulations are co-related with the location of atherosclerotic plaques. Consequently the author has formulated the thesis according to which the formulation and dvelopment of atherosclerotic phenomena is related to the damage of endothelial cells and implied by the separation of boundary layer, surplus of vorticity, and recirculating flows in deceleration flow zones in the vicinty of bifurcations. The rheodynamic phenomena mentioned here are observed near the inlet of secordary arteries, and consequently, the stenosis in those zones may be deveoped, especially for the patients of high risk group (high LDL level in blood, blood overpressure, smoking).

2

Dynamic Decomposition of Poincaré Plots for Multivariate Analysis and Visualization of Simultaneously Recorded Physiological Time Series

Piskorski J., Guzik P.

Computational Methods in Science and Technology

|

2010

|

Vol. 16, No. 2

181-186

EN

We apply the dynamic decomposition of Poincaré plots, which is a computationally intensive, visual method of analysing physiological time series, to the analysis of the interbeat interval variability, systolic blood pressure, stroke volume and total peripheral resistance which were simultaneously recorded from a patient with pheochromocytoma and rapid, repetitive haemodynamic changes over 6 hours. The resulting animation is analysed and interpreted. It is found that changes in total peripheral resistance usually precede those of other variables, and the magnitude of changes is greatest for this variable. It is demonstrated that the decomposition of Poincaré plots of multivariate signals can visualise both the order and the extent of ongoing instant changes.

3

Zmiany wybranych parametrów hemodynamicznych po zabiegu kriostymulacji ogólnoustrojowej u osób zdrowych

Zalewski P., Tafil-Klawe M., Buszko K., Lewandowski A., Panowicz I.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2009

|

Vol. 15, nr 3

209-214

PL

Ekspozycja organizmu na działanie bodźca termicznego w za-kresie temperatur kriogenicznych wywołuje reakcje fizjologiczne w układzie krążenia. Celem badań była ocena zmian parametrów hemodynamicznych, zachodzących pod wpływem krioterapii ogólnoustrojowej u osób zdrowych. Badaniami objęto grupę 25 zdrowych mężczyzn; którzy przeby-wali jeden raz w kriokomorze w temperaturze około -110 oC przez 3 minuty. Ocenie poddano następujące parametry: inter-wały R-R (RRI), częstość akcji serca (HR), ciśnienie krwi skurczowe (sBP), ciśnienie krwi rozkurczowe (dBP), ciśnienie krwi średnie (mBP), objętość wyrzutową serca (SV), wskaźnik skurczowy serca (SI), objętość minutową serca (CO), wskaźnik sercowy (CI), całkowity opór naczyniowy (TPR), wskaźnik całkowitego oporu naczyniowego (TPRI). Rejestrację parametrów hemodynamicznych przeprowadzono dwukrotnie za pomocą systemu Task ForceŽ Monitor firmy CNSystems: przed (01) i po (02) po zabiegu kriostymulacji ogólnoustrojowej. Badania wykonano zgodnie z kryteriami oceny czynnościowej autonomicznego układu nerwowego. W efekcie ekspozycji na działanie temperatur kriogenicznych nastąpiło istotne zmniejszenie częstości pracy serca (HR) oraz zwiększenie objętości wyrzutowej i wskaźnika skurczowego serca (SV, SI). Wartości ciśnienia skurczowego (sBP), rozkurczowego (dBP), średniego (mBP) oraz wskaźnika sercowego (CO, CI) nie wykazały istotnych statystycznie zmian, podobnie jak wartość całkowitego oporu naczyniowego (TPR, TPRI). Zakres zmian powyższych parametrów wskazuje na wystąpienie wzrostu obciążenia wstępnego bez obciążenia następczego serca po zabiegu krioterapii ogólnoustrojowej.

EN

Whole-body cryotherapy (WBC) causes various physiological reactions, affecting mainly the peripheral and central part of circulatory system. The aim of this study was to assess the hemody-namic changes after whole-body cryotherapy in healthy subjects. Twenty five healthy subjects were exposed for 3 minutes once to whole-body cryotherapy (WBC) in the temperature of -110 oC. The recording of biological signals included: R-R intervals (RRI), heart rate (HR), systolic blood pressure (sBP), diastolic blood pressure (dBP), mean blood pressure (mBP), stroke volume (SV), stroke index (SI), cardiac output (CO), cardiac index (CI), total peripheral resistance (TPR), total peripheral resistance index (TPRI). Subject were investigated twice: before (01) and after (02) cryotherapy exposition. The Task ForceŽ Monitor was used to measure beat-to-beat hemodynamic parameters during the supine rest. Examination was made according to standards of autonomic nervous system assessment. Whole-body cryotherapy (WBC) decreased heart rate (HR) and increased stroke volume and stroke index (SV, SI). The values of systolic (sBP), diastolic (dBP), mean (mBP) pressures remained unchanged. None of significant differences in cardiac output (CO), cardiac index (CI) and total peripheral resistance (TPR) were found. The hemodynamic changes indicate that whole-body cryotherapy (WBC) influences the increase of preload without increasing the afterload of the heart.

4

A family of circulatory computer models developed to analyse and predict physiopathological events: applications to mechanical circulatory and ventilatory assistance

De Lazzari C., Darowski M., Ferrari G., Tosti G.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2006

|

Vol. 26, no. 2

25-37

EN

The aim of this work is to present a family of circulatory computer models suitable to be used for analysis and prediction. Circulatory models can reproduce many circulatory phenomena for several practical applications referable to the main functional sectors of analysis and prediction. Of course, the models are different in relation to the phenomena to be represented. An important issue is the possibility to represent the artero-ventricular interactions and the effects, in different ventricular conditions, of the influence of mechanical ventilatory and circulatory assistance. In these models of human cardiovascular system, the influence of mechanical ventilation was introduced, changing the thoracic pressure to positive values. In the work, two different applications were presented: in the first one the trends of the haemodynamic variables were analysed when mechanical ventilation of the lungs was applied for different values of mean intrathoracic pressure. In the second application, were presented the effects on the haemodynamic variables of the left ventricular assist device (in particular arotary blood pump).