Ouranoupolis Halkidiki, HELLAS 7th International Conference on Nanosciences and Nanotechnologies (NN10) 11-14 July Ouranoupolis Halkidiki, HELLAS

Συγκέντρωση της LDL και Τοιχωματική Διατμητική Τάση σε Παλμική Ροή στο Αορτικό Τόξο του Ανθρώπου Ιωάννης Σούλης^* , Δημήτριος Φυτανίδης^, Βασίλειος Παπαιωάννου~, Μαρία Δημητρακοπούλου~, Γεώργιος Γιαννόγλου* ^Μηχανική Ρευστών, Πολυτεχνική Σχολή, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, Ξάνθη ~Τμήμα Φυσικής, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη, *Εραγαστήριο Καρδιαγγειακής Μηχανικής και Αθηροσκληρώσεως Α! Καρδιολογική Κλινική, Νοσοκομείο ΑΧΕΠΑ, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη

Σκοπός της παρούσης ερευνητικής εργασίας

Για την κατανόηση της γέννεσης και ανάπτυξης της αθηροσκληρώσεως είναι εκ των ουκ άνευ η γνώση της ροής και μεταφοράς των μορίων στο καρδιαγγειακό σύστημα. Σκοπός της υπολογιστικής αυτής αναλύσεως είναι να μελετηθεί η κατανομή της χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνης, LDL, στο ενδοθήλιο του αορτικού τόξου του υγιούς ανθρώπου και η σχέση αυτής με την τοιχωματική διατμητική τάση σε συνθήκες παλμικής ροής.

Η υπολογιστική μοντελοποίηση επιλύει της εξισώσεις της αιμοδυναμικής με τις εξισώσεις μεταφοράς μάζας χρησιμοποιώντας όσο το δυνατόν πιο ρεαλιστικές οριακές συνθήκες στο αορτικό ενδοθήλιο. Αποδεικνύουμε ότι, υψηλές τιμές της χαμηλής πυκνότητας χοληστερίνης εμφανίζονται σε ορισμένες συγκεκριμένες περιοχές του αορτικού τόξου, οι συγκεντρώσεις είναι πιο εμφανείς στους διχασμούς και στα κοίλα μέρη του αορτικού τόξου.

Περιοχές όπου συνήθως εμφανίζουν αθηροματώσεις

Φυσιολογική αορτή. Τυπικές διατομές

Αθηροματική πλάκα

Το τόξο στην πάνω δεξιά εικόνα δείχνει την φορά της ροής Σχήματα κυττάρων σε στένωση Επιμήκυνση των κυττάρων σε απόσταση 3 διαμέτρων ανάντη στενώσεως κάτω από φυσιολογική τιμή της τοιχωματικής διατμητικής τάσεως Έντονη επιμήκυνση των κυττάρων στην στένωση κάτω από υψηλή τοιχωματική διατμητική τάση Αμέσως κατάντη στενώσεως, με εμφανή τα σημεία αποπροσαντο-λισμού του σχήματος των κυττάρων (χαμηλή τοιχωματική διατμητική τάση) 2 διάμετροι κατάντη στενώσεως Το τόξο στην πάνω δεξιά εικόνα δείχνει την φορά της ροής Levesque M et al, 1985

Γεωμετρία αορτικού τόξου φυσιολογικού ανθρώπου Η διάμετρος του ανιόντος αορτικού τόξου στην είσοδο μετρά 3.477 cm Η διάμετρος του κατιόντος αορτικού τόξου στην έξοδο μετρά 3.076 cm Οι διάμετροι εξόδων στην, Βραχιοκεφαλική αρτηρία μετρά 1.435 cm, Κοινή καρωτιδική αρτηρία μετρά 1.273 cm, Αριστερή υποκλείδιος αρτηρία μετρά 1.433 cm

LDL, Διάμετροι Ερυθρά κύτταρα αίματος: Σχήματος δίσκου (8x2 μm), LDL: Διάμετρος 30 μm HDL: Διάμετρος 10 nm

Υπολογιστική Μηχανική Ρευστών για την ανάλυση της ροής στο αορτικό τόξο Κατανοείν την παθοφυσιολογία του αορτικού τόξου Προγνώθειν την συμπεριφορά του αορτικού τόξου Προωθείν την γνώση

Υπολογιστικό δίκτυο

Λεπτομέρειες υπολογιστικού δικτύου στις κύριες διακλαδώσεις

Κυματομορφή στην είσοδο του ανιόντος αορτικού τόξου

Αποτελέσματα Χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνης (αδιάστατη τιμή Cw/Co, Χρονική στιγμή 336 ms) Συγκέντρωση στην είσοδο του ανιόντος αορτικού τόξου Co=1.3 mg/ml, Διαπερατότητα K=2.0e-10 m/s, Συντελεστής διαχύσεως D=15.0e-12 m2/s, Ταχύτητα διηθήσεως Vw =0.6e-8 m/s, Πυκνότητα αίματος 1058 kg/m3

Αποτελέσματα τοιχωματικής διατμητικής τάσεως (N/m2) Χρονική στιγμή 336 ms

Cw/Co και τοιχωματική διατμητική τάση

Ταχύτητες (m/s)

Ταχύτητες (διανύσματα) (m/s)

Κλίση ταχύτητος (1/s)

Αποτελέσματα Χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνης (αδιάστατη τιμή Cw/Co, Χρονική στιγμή 123 ms) Συγκέντρωση στην είσοδο του ανιόντος αορτικού τόξου Co=1.3 mg/ml, Διαπερατότητα K=2.0e-10 m/s, Συντελεστής διαχύσεως D=15.0e-12 m2/s, Ταχύτητα διηθήσεως Vw =0.6e-8 m/s, Πυκνότητα αίματος 1058 kg/m3

Συγκέντρωση στην είσοδο του ανιόντος αορτικού τόξου Co=1.3 mg/ml, Αποτελέσματα τοιχωματικής διατμητικής τάσεως (N/m2) Χρονική στιγμή 123 ms Συγκέντρωση στην είσοδο του ανιόντος αορτικού τόξου Co=1.3 mg/ml, Διαπερατότητα K=2.0e-10 m/s, Συντελεστής διαχύσεως D=15.0e-12 m2/s, Ταχύτητα διηθήσεως Vw =0.6e-8 m/s, Πυκνότητα αίματος 1058 kg/m3

Συγκριτικά αποτελέσματα σε διάφορες χρονικές στιγμές της χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνης (αδιάστατη τιμή Cw/Co)

Συγκριτικά αποτελέσματα σε διάφορες χρονικές στιγμές της τοιχωματικής διατμητικής τάσεως (Ν/m2)

Συμπεράσματα 1 H τοιχματική διατμητική τάση παίζει σημαντικό ρόλο στην συγκέντρωση της χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνη Η συγκέντρωση της χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνη μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα της τοιχωματικής διατμητικής τάσεως Το ενδοθήλιο είναι εκτεθειμένο σε περιβάλλον χοληστερίνης ακόμη και με φυσιολογικές συνθήκες ροής Τα καμπύλα τμήματα των αγγείων παρουσιάζουν αυξημένη τιμή συγκέντρωσης της χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνη

Συμπεράσματα 2 Τα δευτερεύοντα αγγεία του αορτικού τόξου δίνουν αυξημένη τιμή στην συγκέντρωση της χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνη Οι περιοχές χαμηλής τιμής της συγκέντρωσης της χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνης δεν συμπίπτουν με τις περιοχές υψηλής τιμής της συγκέντρωσης της τοιχωματικής διατμητικής τάσεως Με συνθήκες ροής στο μέγιστο δυνατό, η συγκέντρωση της χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνη στο ανιόντα-κατιόντα κλάδο είναι 23.0% υψηλότερη της τιμής εισόδου των Co=1.3 mg/ml The corresponding luminal surface LDL for the near minimum entrance velocity reaches 26.0 %. The net amount of LDL mass per second taken up by all luminal aortic arch surfaces, also at peak velocity, is 1.17865 x10-11 g/s.

Συμπεράσματα 3 Με συνθήκες ροής στο ελάχιστο δυνατό, η συγκέντρωση της χαμηλής πυκνότητος χοληστερίνη στο ανιόντα-κατιόντα κλάδο είναι 26.0% υψηλότερη της τιμής εισόδου των Co=1.3 mg/ml Για να κατανοηθεί το φαινόμενο της αθηροσκληρώσεως είναι απαραίτητη η επίλυση ταυτοχρόνως των εξισώσεων της αιμοδυναμικής με την μεταφορά της μάζης

Σας ευχαριστώ δια την προσοχήν και την υπομονήν σας κατά την διάρκεια αυτής της παρουσιάσεως Ι.Β. Σούλης