A consistent hydrodynamic analysis of blood flow through capillaries is proposed. The approach, while suggested by empirical observations, is based solely on the properties of Newtonian fluids and suspensions. Blood flow is divided into three phases: the first is a thin erythrocyte-free layer near the wall, the second a core flow of constant hematocrit and the third an intermediate layer wherein the hematocrit varies. Based on the observation that viscosity depends exponentially on the local hematocrit, blood flow velocity profiles are obtained and the direct connection between the Fåhræus and the Fåhræus-Lindqvist effects is established.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this paper, we investigate the bio-mechanics of atherosclerosis development in human physiology. Blood is modelled as an incompressible fluid of variable viscosity flowing in a slightly diverging channel (i.e. large artery) of small aspect ratio [1]. The hypothetical viewpoint in this work is the existence of relationship between the atherosclerosis development, blood viscosity, flow separation and turning points in the flow field. The problem is tackled by asymptotic approximation and the graphical results are discussed quantitatively.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Aggregation of red blood cells in the micro vasculature may affect blood viscosity in the vessel. The purpose of this study was to investigate the potential effect of non-uniform viscosity caused by red blood cell (RBC) aggregation on nitric oxide (NO) concentration and distribution. A 3-D multi-physics model was established to simulate the production, transport and consumption of NO. Two non-uniform viscosity models caused by RBC aggregation were investigated: one assuming a linear and the other a step hematocrit distribution. In addition, the effect of the thickness of the plasma layer was tested. Simulation results demonstrate that non-uniform viscosity caused by RBCs aggregation influences NO concen-tration distribution. Compared with the uniform viscosity model, NO concentration using non-uniform viscosity is lower than that using uniform viscosity. Moreover, NO concentration calculated from the step hematocrit model is higher than that calculated from the linear hematocrit model. NO concentrations in the endothelium and the vascular wall decrease with the decline of the thickness of the plasma layer. The relative decrease differs between the linear and the step model. Our results suggest that non-uniform viscosity caused by red blood cell aggregation affects nitric oxide distribution in the micro vasculature. If uniform viscosity is assumed when performing numerical simulations, NO concentration values may be overestimated.
Krew, z fizycznego punktu widzenia, to układ wielofazowy oraz wieloskładnikowy; osocze jest fazą zwartą, a elementy morfotyczne są fazą rozproszoną. Aby określić prawidłowe właściwości reologiczne konieczna jest analiza prędkości przepływu. Podczas wolnego przepływu może dochodzić do wzrostu agregacji krwinek, za co odpowiadają fibrynogen oraz globuliny. Ważna jest także odkształcalność krwinek czerwonych, szczególnie podczas przepływu przez naczynia włosowate, gdzie muszą się dostosować do mniejszej średnicy naczyń. Lepkość określa się jako wewnętrzny opór przepływu; jeśli będziemy rozpatrywać krew jako składową dwóch warstw, które są równoległe, to lepkość opisywana jest przez tarcie dwóch sąsiadujących ze sobą warstw. Warstwy cieczy przemieszczają się z różną prędkością równolegle względem siebie i powstaje gradient prędkości (szybkość ścinania). Aby go wytworzyć, potrzebna jest siła poruszająca warstwy, określana jako naprężenie ścinające. Agregaty z krwinek są obserwowane zarówno fizjologicznie, jak i w przebiegu niektórych chorób, takich jak choroba niedokrwienna serca, zawał mięśnia sercowego i miażdżyca. Wyróżnia się dwa rodzaje czynników sprzyjających tworzeniu się agregatów: zewnętrzne – stężenie białek osocza, hematokryt oraz siły ścinania, i wewnętrzne, które stanowią kształt i odkształcalność erytrocytów oraz właściwości błony komórkowej. Przy hiperfibrynogenemii wzrasta agregacja erytrocytów, lepkość osocza i opór mikronaczyniowy. Laserowo-optyczny rotacyjny analizator krwinek czerwonych (laser-assisted optical rotational cell analyzer – LORCA) służy do badań odkształcalności oraz agregacji erytrocytów. Łączy techniki sylektometrii z ektacytometrią. Tworzenie się trójwymiarowej struktury krwinek czerwonych ma istotny wpływ na pomiar lepkości krwi oraz przepływu krwi przy niskiej prędkości ścinania.
EN
From the physical point of view, blood is a multi-phase and multi-component system; plasma is the dispersion medium and the morphotic elements are the dispersed phase. Flow rate analysis is essential to determine the correct rheological properties of blood. Slow blood flow can lead to increased erythrocyte aggregation, which is due to fibrinogen and globulins. The deformability of red blood cells is also important, especially during flow through the capillaries, where they must adapt to the smaller diameter of the vessels. Viscosity is defined as the internal resistance to flow; if we consider blood as a component of two parallel layers, then viscosity is described by the friction of two adjacent layers. The liquid layers move at different velocities parallel to each other, and a velocity gradient is created. To create it, a force is needed to move the layers, which is referred to as shear stress. Erythrocyte aggregates are observed physiologically as well as in the course of some diseases such as ischemic heart disease, myocardial infarction and atherosclerosis. There are two types of factors inducing the formation of aggregates: the external factors include the plasma protein concentration, hematocrit and shear forces; the internal factors are the shape and deformability of the erythrocytes in addition to the properties of the cell membrane. Also in hyperfibrinogenemia, erythrocyte aggregation, plasma viscosity and microvascular resistance increase. The laser-assisted optical rotational cell analyzer (LORCA) is used to test the deformability and aggregation of erythrocytes. It combines the techniques of syllectometry with ektacytometry. The formation of a three-dimensional structure of red blood cells has a significant impact on the measurement of blood viscosity and low shear rate blood flow.
Własności reologiczne krwi warunkują przepływ krwi w naczyniach krwionośnych. Głównymi czynnikami wpływającymi na przepływ krwi w naczyniach krwionośnych są: lepkość krwi pełnej, lepkość osocza, odkształcalność erytrocytów i zdolność erytrocytów do agregacji. W niniejszej pracy badano wpływ metod wykorzystywanych w fizykoterapii takich jak światło podczerwone (855 nm) i pole magnetyczne (44,5 μT) niskich częstotliwości wykorzystywane w magnetostymulacji na własności reologiczne krwi w warunkach in vitro. Krew wykorzystywana do badań pobierana była od osób zdrowych zgłaszających się do Stacji Krwiodawstwa i Krwiolecznictwa w Poznaniu. Łącznie badaniom poddano 14 próbek krwi. Dla każdej próbki przeprowadzano pomiar wartości hematokrytu oraz dwukrotnie lepkości krwi pełnej i osocza (przed i po równoczesnej aplikacji pola magnetycznego i światła podczerwonego). Analiza uzyskanych wyników wskazuje na wpływ łącznego działania światła podczerwonego i pola magnetycznego na lepkość krwi i osocza oraz zdolność erytrocytów do deformacji i agregacji.
EN
Blood flow is determined by the properties of the circulatory system and by physico-chemical properties of blood: blood viscosity, plasma viscosity, red cells aggregability and deformability. The aim of this work was to analyze the influence of combined magnetic field and infrared light illumination on rheological properties of blood in in vitro conditions. Samples of blood were obtained from Regional Center of Blood and Blood Treatment in Poznań. The study was performed on blood samples coming from 14 donors. The measurement were taken twice for each sample: before and after simultaneous irradiation and magnetostimulation. The analysis shows the influence of IR light and magnetic field on rheological properties of blood.