局部狹窄血管中的切應(yīng)力和重建現(xiàn)象.pdf

1、由血管移植后吻合口再狹窄、先天性動(dòng)脈縮窄性疾病(如動(dòng)脈粥樣硬化)、腔內(nèi)球囊成型術(shù)和支架內(nèi)置術(shù)后血管再狹窄等原因引起的動(dòng)脈局部狹窄疾病引起血流不暢,并且往往隨著疾病的發(fā)展最終導(dǎo)致血管閉塞,嚴(yán)重影響人們的健康.血管的局部狹窄使血管所處的力學(xué)環(huán)境發(fā)生特異性變化.而近年來的大量研究表明,壁面切應(yīng)力在血管重建中扮演重要角色,過小的切應(yīng)力、切應(yīng)力在零值左右的正負(fù)振蕩和空間上過大的切應(yīng)力梯度都容易引發(fā)內(nèi)膜增厚、中層平滑肌細(xì)胞增生等現(xiàn)象,最終形成動(dòng)脈粥

2、樣硬化斑塊.特別是存在渦流,流動(dòng)緩慢的分離區(qū),更是動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的易發(fā)部分.切應(yīng)力不僅決定內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu),影響內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和凋亡,調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的通透性,而且通過介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)血管活性物質(zhì)、生長因子、粘附因子、趨化因子、凝血因子和原癌基因等的基因表達(dá)來影響血管一系列的短期應(yīng)激和長期重建現(xiàn)象.對(duì)切應(yīng)力信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究已經(jīng)成為當(dāng)今研究的最熱點(diǎn)問題之一.為了獲取局部狹窄血管中切應(yīng)力分布的信息,該文在常見的余弦形式局部狹窄的模型基礎(chǔ)上提出

3、了一種計(jì)算簡便、所需參量較少、實(shí)用性很強(qiáng)的計(jì)算切應(yīng)力的方法.模型采用多項(xiàng)式形式的速度剖面假設(shè),通過邊界條件對(duì)速度剖面的形式加以限制,然后由積分形式的Navier-stokes方程可得到壓力梯度滿足的常微分方程.解出壓力梯度后,速度和切應(yīng)力都可用壓力梯度表出.由于該文提出的模型只需已知流量波形、管壁方程和流體的性質(zhì)就可以進(jìn)行計(jì)算,在實(shí)際應(yīng)用中簡便可行.文中分別對(duì)矩形截面流場和軸對(duì)稱流場做了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果的對(duì)比,對(duì)計(jì)算模型的適用性進(jìn)行檢

4、驗(yàn).結(jié)果表明,模型可以較好的反應(yīng)流場特性,特別是對(duì)分離區(qū)的刻畫比較準(zhǔn)確,可以很好的反映分離區(qū)隨雷諾數(shù)增大而擴(kuò)大的特征,特別是在軸對(duì)稱流場中的計(jì)算結(jié)果更令人滿意,計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好.該文最后對(duì)局部狹窄的狗股動(dòng)脈進(jìn)行了計(jì)算和分析,結(jié)果表明,局部狹窄血管中的切應(yīng)力分布和均勻管中明顯不同.在最大狹窄處,切應(yīng)力和切應(yīng)力振蕩都很大,切應(yīng)力的平均值、最大值和振蕩幅值分別達(dá)到了7.5Pa、20.4Pa和17.7Pa.最大狹窄后切應(yīng)力急劇下降,使

5、得切應(yīng)力梯度的絕對(duì)值很大,峰值處切應(yīng)力梯度平均值的絕對(duì)值達(dá)到了3295Pa/m.流動(dòng)在一個(gè)心動(dòng)周期的某些時(shí)刻發(fā)生分離,分離區(qū)的有無、大小和位置均隨時(shí)間而變化,發(fā)生流動(dòng)分離時(shí),在分離區(qū)內(nèi)的切應(yīng)力值為負(fù)值,而在分離區(qū)的起止兩個(gè)位置,即分離點(diǎn)和再附點(diǎn)處切應(yīng)力為零值.一個(gè)總的心動(dòng)周期內(nèi),血管壁上切應(yīng)力平均值為零的點(diǎn)也有兩處,這兩處的切應(yīng)力值在零值附近做正負(fù)振蕩,振蕩幅值較小,在2.7-3.8Pa,同時(shí),這兩處的切應(yīng)力梯度絕對(duì)值雖然較最大狹窄處后