Blood flow and structural adaptation in microcirculation

微循环中的血流和结构适应

基本信息

  • 批准号:
    9034648
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.59万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    1985
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1985-07-01 至 2017-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The microcirculation is a dynamic structure. Networks of microvessels are generated and modified during many physiological and pathological processes, including development, growth, exercise, estrus cycle, collateral formation following ischemia, wound healing and tumor growth, and in tissue engineering. The main processes determining vascular structure after initial development are angiogenesis and structural adaptation. The primary function of the circulatory system is mass transport, and oxygen is the most critical metabolite transported. Oxygen delivery to tissue depends on the vascular network structure and on the distribution of red blood cell flux, which is influenced by the mechanical behavior of red blood cells. This project addresses the following question: How do the processes of angiogenesis and structural adaptation generate vascular structures and blood flows that meet the oxygen needs of the tissue? Theoretical models will be used to analyze the interacting biological processes and physical phenomena involved in structural adaptation and blood flow. The models will be based on and tested using experimental data from the Consultants. Specific Aim 1 is to develop theoretical models for the growth and regression of microvascular networks. The models will use a segment-based approach to describe vascular network structure, combined with a continuous field description of oxygen and growth factor diffusion. The model will be (a) applied to fully three-dimensional problems, including networks in muscle; (b) extended to include splitting as well as sprouting angiogenesis (intussusceptions). Hypotheses: (i) The processes of stochastic angiogenesis, structural adaptation and pruning can generate networks that combine hierarchical tree-like structures for efficient convective transport over large distances, dense space-filling meshes for short diffusion distances to every point in the tissue. (ii) Splitting angiogenesis occurs when stimuli for angiogenesis and for diameter increase coincide. Specific Aim 2 is to develop theoretical models for blood flow in microvessels and bifurcations, including effects of the endothelial surface layer. A computationally efficient method will be used for simulating the motion and deformation of multiple interacting red blood cells. The model will be used (a) to examine the effects of interactions between red blood cells and walls on their migration away from the wall, including effects of endothelial surface layer glycocalyx); (b) to examine the motion of multiple interacting cells in diverging microvessel bifurcations, including effects of endothelial surface layer. Hypotheses: (i) The width of the cell-free layer is determined by the combined effects of red blood cell interactions with each other and with the endothelial surface layer, and can be predicted by a model including these effects. (ii) The partition of hematocrit in diverging bifurcations can be predicted based on the upstream distribution of cells and the effects of cell-cell interactions.
描述(由申请人提供):微循环是一个动态结构。在许多生理和病理过程中生成和修改微血管网络,包括发育,生长,运动,发情周期,缺血后的附带形成,伤口愈合和肿瘤生长以及在组织工程中。确定初始发育后血管结构的主要过程是血管生成和结构适应。循环系统的主要功能是质量传输,氧气是最关键的代谢物。向组织的氧气递送取决于血管网络结构和红细胞通量的分布,这受到红细胞机械行为的影响。该项目解决了以下问题:血管生成和结构适应过程如何产生满足组织氧需求的血管结构和血液流量?理论模型将用于分析与结构适应和血流有关的相互作用的生物学过程和物理现象。这些模型将基于和使用顾问的实验数据进行测试。具体目的1是开发微血管网络增长和回归的理论模型。这些模型将使用基于细分的方法来描述血管网络结构,并结合氧气和生长因子扩散的连续场描述。该模型将(a)应用于完全三维问题,包括肌肉的网络; (b)扩展到包括分裂以及发芽的血管生成(肠sussusections)。假设:(i)随机血管生成,结构适应和修剪的过程可以生成网络,这些网络结合了层次的树状结构,以在大距离内有效地对流运输,可在较大的空间填充网格上,以使其短距组织中的每个点之间的空间扩散距离。 (ii)当血管生成刺激和直径增加时,会发生分裂血管生成。具体目的2是开发微血管和分叉中血流的理论模型,包括内皮表面层的影响。将使用一种计算有效的方法来模拟多个相互作用的红细胞的运动和变形。该模型将用于(a)检查红细胞和壁之间相互作用对壁的迁移的影响,包括内皮表面层糖脂的影响); (b)检查多个相互作用的运动 微血管分叉的细胞,包括内皮表面层的影响。假设:(i)无细胞层的宽度取决于红细胞相互作用相互作用以及与内皮表面层的组合作用,并且可以通过包括这些效应在内的模型来预测。 (ii)可以根据细胞的上游分布和细胞 - 细胞相互作用的效果来预测血细胞比容分叉中血细胞比容的划分。

项目成果

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