Porovnanie konštitučných modelov na vyhodnocovanie reologických vlastností krvi

Krv vo všeobecnosti vykazuje mnohé pozoruhodné vlastnosti a ako jediné tekuté tkanivo ľudského tela predstavuje oblasť výskumu, ktorá sa neustále rozširuje. Krv svojím správaním a tokovými vlastnosťami zdanlivo môže pripomínať bežné newtonovské kvapaliny ako je napr. voda, avšak pri nižších rýchlostiach toku začne byť značné jej viskoelastické nenewtonovské správanie, teda viskozita krvi nie je konštantná, ale je závislá od šmykovej rýchlosti (shear rate) toku krvi, čo súvisí s jej koloidnou povahou a s obsahom krvných elementov [1]. Tento fenomén je už dobre známy, avšak neexistuje iba jeden univerzálny matematický model, ktorý by úplne charakterizoval tokové vlastnosti krvi v širšom spektre šmykových rýchlostí. V našej práci sme vytvorili rešerš najbežnejšie používaných konštitučných modelov na charakterizáciu tokových vlastností krvi. Viaceré štúdie ukazujú, že Navier-Stokesov model nedokáže dostatočne charakterizovať krv s jej tokovými vlastnosťami a preto z experimentálnych dát boli vytvorené rôzne matematické modely ako napr. mocninový, Cassonov, Heschel-Bulkeyov, Carreau-Yasudov alebo Crossov model [2-4], ktorým sa bližšie venujeme v našej práci. Cieľom našej práce bolo pripraviť prehľad používaných matematických modelov na charakterizáciu krvi a vybrať najvhodnejšie z nich pre ďalšie skúmanie reologických vlastností krvi pred a po pridaní amfifilných fosforových dendrónov, ktoré v závislosti od generácie a koncentrácie vykazujú vytváranie krvných zrazenín, čo môže zásadne ovplyvniť tok krvi in vitro ako aj in vivo. V tomto výskume plánujeme pokračovať, aby sme získali komplexný obraz o interakciách amfifilných fosforových dendrónov s biologickými systémami s rôznymi stupňami organizácie [5].

Kľúčové slová: reológia, konštitučné modely, krv, krvná kompatibilita

Táto práca bola umožnená vďaka grantom: APVV: SK-BY-RD-19-0019 Analýza interakcie medzi amfifilnými dendrónmi a biologickými systémami, NAWA International Academic Partnership Programme EUROPARTNER: Strengthening and spreading international partnership activities of the Faculty of Biology and Environmental Protection for Interdisciplinary Research and Innovation of the University of Lodz a Grantu Univerzity komenského UK/437/2021_FMFI: Vplyv dendritických nanočastíc na zrážanlivosť a tokové vlastnosti ľudskej krvi.

[1] ANAND M., Rajagopal K.R.: A Short Review of Advances in the Modelling of Blood Rheology and Clot Formation, Fluids, 2017, 2, 35, doi:10.3390/fluids 2030035.
[2] LABONI, F.S., Rabbi M.F., Arafat M.T.: Computational Analysis of Left Coronary Bifurcating Artery using Different Blood Rheological Models. AIP Conf. Proc. 2019, 2121, 100002.
[3] GALLAGHER, M.T. et al.: Non-identifiability of parameters for a class of shear-thinning rheological models, with implications for haematological fluid dynamics. Journal of Biomechanics 2019, Volume 85, Pages 230-238, ISSN 0021-9290.
[4] ABBASIAN, M., et al. Effects of different non-Newtonian models on unsteady blood flow hemodynamics in patient-specific arterial models with in-vivo validation. Computer Methods and Programs in Biomedicine 2020, 186, 105185, ISSN 0169-2607.
[5] ŠUTÝ et al.: Blood compatibility of originally synthesized amphiphilic dendrons — perspective drug nanocarriers. The paper will be available at https://ecb2021.sciforum.net for discussion during the time of the 1st International Electronic Conference on Biomedicine, 1–26 June 2021, and will be published in Journal Proceedings (ISSN 2504-3900).