WALL SHEAR STRESS IN THE CARDIOVASCULAR SYSTEM

心血管系统中的壁剪切应力

基本信息

项目摘要

The shear stress of flowing blood on arterial walls plays an important role in cardiovascular homeostasis, influencing a broad spectrum of processes including: the coagulation of blood and formation of thrombi, the adhesion of blood cells to surfaces, the production of vasoactive chemicals by endothelial cells, the turnover rate of endothelial cells, and the permeability of artery walls to macromolecules. Many of these processes are believed to play a role in the localization of atherosclerotic plaques in curved and branched arteries and the development of intimal hyperplasia in the anastomotic region of vascular grafts. In spite of the importance of wall shear stress in cardiovascular function, its magnitude and distribution in the circulation are not well known at present because of difficulties associated with direct in vivo measurement. Thus the broad objectives of the proposed research are to determine the distribution and magnitude of wall shear stress in the cardiovascular system; the physical factors which are most influential in the determination (e.g., geometry, fluid rheology, wall mechanics, systemic impedance ...); and the possibilities for manipulation of wall shear stress through vasoactive drugs. The research design involves close interaction among in vivo and in vitro experiments and computer simulations. In the proposed research the following studies will be conducted: 1. Wall shear rate will be measured in the thoracic aorta and the aortic arch of dogs under normal and drug-altered hemodynamic conditions. Flush mounted hot film anemometry will be used for the measurements. 2. Wall shear stress and associated velocity profiles will be measured in elastic (moving wall) models of curved and branched arteries and vascular graft anastomoses using Newtonian and non-Newtonian blood analog fluids. The photochromic method, a non-disturbing flow visualization technique, will be used for measurement of velocity profiles from which wall shear rates will be calculated. 3. Computer simulations of velocity fields and wall shear stress distributions in atherogenic curved and branched artery models taking into account realistic fluid rheology and wall mechanics will be developed. Finite difference schemes developed in collaboration with computational fluid dynamicists at NASA-Ames will be applied to realistic physiological flow simulations.
动脉壁上流血的剪切应力起着重要的作用 在心血管稳态中的作用,影响了一系列 过程包括:血液的凝结和血栓形成, 血细胞与表面的粘附,血管活性的产生 内皮细胞的化学物质,内皮细胞的周转率, 动脉壁对大分子的渗透性。 其中许多 据信过程在本地化中起作用 弯曲和分支动脉中的动脉粥样硬化斑块以及 血管吻合区域中内膜增生的发展 移植物。 尽管壁剪应力的重要性 心血管功能,其大小和分布 由于困难,目前还不知道循环 与直接体内测量有关。 因此广泛的目标 拟议的研究是确定分布和幅度 心血管系统中的壁剪应力;物理因素 在测定方面最有影响力(例如,几何,流体 流变学,墙壁力学,全身阻抗...);和可能性 用于通过血管活性药物处理壁剪应力。 这 研究设计涉及体内和体外之间的密切相互作用 实验和计算机模拟。 在拟议的研究中,将进行以下研究: 1。墙剪切速率将在胸主动脉和 狗的主动脉弓在正常和改变药物的血液动力学下 状况。 冲洗式热膜疾病测定法将用于 测量。 2。将测量壁剪应力和相关速度曲线 在弯曲和分支动脉的弹性(移动壁)模型中 使用牛顿和非牛顿血液的血管移植吻合 模拟流体。 光色素法,一种非扰动流 可视化技术将用于测量速度 将计算墙壁剪切速率的轮廓。 3。速度场和壁剪应力的计算机模拟 动脉粥样硬化弯曲和分支动脉模型的分布 考虑到现实的流体流变学和墙壁机制 发达。 有限差异计划与 NASA-AMES的计算流体动力学家将应用于 现实的生理流量模拟。

项目成果

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数据更新时间:2024-06-01

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