模拟从心脏到眼睛的大规模动脉血动力学,以应对模拟的微重力
Harrison T Caddy1,2, Lachlan J Kelsey1,3, Louis P Parker4
1Vascular Engineering Laboratory, Harry Perkins Institute of Medical Research, Queen Elizabeth II Medical Centre, Nedlands, Australia and the UWA Centre for Medical Research, The University of Western Australia, Perth, WA, Australia.
模拟的微重力改变了血液流动的动态. 计算流体动力学揭示了上肢动脉的剪切应力增加和下肢的流量减少,观察到一致的视网膜变化.
科学领域:
- 心血管生理学心血管生理学
- 生物医学工程 生物医学工程
- 计算流体动力学的流体动力学.
背景情况:
- 太空飞行和模拟的微重力引发显著的生理变化,特别是影响心血管血液动力学.
- 了解这些变化对于宇航员健康和制定对策至关重要.
- 动脉网络表现出由重力影响的复杂血流模式.
研究的目的:
- 在模拟微重力条件下研究连续动脉网络中的血液动力学变化.
- 使用一个半主体特定的三维计算流体动力学模型.
- 分析墙壁切削应力和振荡切削指数的变化.
主要方法:
- 开发了从心脏到眼睛的连续动脉网络的三维计算流体动力学模型.
- 在两个条件下模拟脉动性血流:直立的地球重力和模拟的微重力.
- 在各种动脉段分析了区域时间平均壁切削应力 (TAWSS) 和振荡切削指数 (OSI).
主要成果:
- 模拟的微重力导致TAWSS增加和上肢动脉的OSI降低.
- 相反,身体下部动脉显示TAWSS降低和OSI增加.
- 视网膜在动脉直径上表现出TAWSS和OSI的均变化.
- 结果与现有的低维空间飞行模拟和测量数据保持一致.
结论:
- 对于连续动脉网络,三维计算流体动力学模拟是可行的.
- 模拟的微重力会导致血液流量的显著重新分配和剪切应力.
- 结果表明,大脑血管和眼睛的血液流量增加和剪切应力增加,下肢的血液流量减少.
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