تحلیل و مدل سازی تاثیر شدت توربولانس جریان خون بر گسیختگی گویچه های قرمز (خونکافت مکانیکی)

مقدمه: خونکافت مکانیکی یکی از موانع اصلی در توسعه‌ی تجهیزات قلبی و عروقی مانند ابزارهای گردش کمکی خون، دریچه‌های قلب مصنوعی و پمپ‌های خون است. در اکثر تحقیقات انجام شده در این زمینه، بیشتر به نقش عدد رینولدز جریان بر نرخ گسیختگی گویچه‌های قرمز و مقدار هموگلوبین آزاد شده توجه شده و کمتر به تاثیر پارامترهای کیفی میدان توربولانس (شدت و مقیاس طولی) پرداخته شده است.روش‌ها: در این مقاله بر اساس یک روش به طور کامل تحلیلی، رابطه‌ای برای پیش‌بینی امکان رخ‌داد خونکافت مکانیکی در شرایط توربولانسی ارایه شده است. در این رابطه، نقش عدد رینولدز و شدت نسبی توربولانس بر رخ‌داد خونکافت به وضوح نشان داده شده است. تطابق نتایج با برخی از داده‌های تجربی موجود و در دسترس، حاکی از این است که مدل ریاضی پیشنهاد شده از دقت نسبی خوبی برخوردار است.یافته‌ها: نتایج این تحقیق نشان داد که گویچه‌های قرمز بسته به مقدار عدد رینولدز جریان، شدت توربولانس 20-10 درصد را می‌توانند تحمل نمایند. نتایج حاکی از این است که با افزایش عدد رینولدز جریان، حداکثر شدت توربولانس قابل تحمل توسط گویچه‌های قرمز کاهش می‌یابد.نتیجه‌گیری: در این مقاله برای اولین بار نشان داده شد که علاوه بر مقدار عدد رینولدز جریان، مقدار شدت نسبی توربولانس نیز بر رخ‌داد خونکافت موثر است. بدین منظور، یک معیار تحلیلی برای پیش‌بینی رخ‌داد خونکافت ارایه شد.

Modeling of the Effects of Turbulence Intensity on Mechanical Hemolysis of Red Blood Cells

<p class=abstract><strong>Background:</strong> Mechanical hemolysis plays an important role in development of cardiovascular prostheses, artificial valves, and blood pumps. Considerable research has been conducted to investigate mechanical hemolysis of red blood cells (RBC). Most previous studies have focused on the effects of Reynolds number of blood flow and mean value of turbulent stresses. However, less attention has been paid to the influence of eddy length scale and turbulence intensity.</p><p class=abstract><strong>Methods: </strong>In this study, a new analytical correlation was proposed in order to predict the mechanical hemolysis due to turbulence effects. The roles of Reynolds number and relative turbulence intensity were clearly demonstrated in the proposed correlation. The good agreement between predicted results and the experimental data showed that the proposed model had good accuracy.</p><p class=abstract><strong>Findings: </strong>RBCs can tolerate<strong> </strong>up to 20% of turbulence intensity depending on the value of Reynolds number of the blood flow. In addition, the maximum endurable value of turbulence intensity of a human RBC decreases as Reynolds number of the blood flow increases.</p><p class=abstract><strong>Conclusion:</strong> For the first time, this paper showed that mechanical hemolysis of RBC can be intensely influenced by the turbulence intensity of blood flow. Therefore, a simple explicit analytical criterion was proposed for prediction of the effects of turbulence intensity on mechanical hemolysis of RBC.</p>