Judul : Modelling thrombosis using dissipative particle dynamics method
Jurnal : Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences
Categori : Engineering Sciences
Tujuan : Mengembangkan metode akumulasi trombosit ke dinding pembuluh untuk mengatasi penyakit kardiovaskular dengan menggunaka mekanisme dinamika partikel disipatif ( DPD ) .
Kardiosvasukular menyabababkan trombosit mengalamai anomali dengan fungsi gejalah menyebabkan pendaraahan. Trombosit koagulasi dapat dimulai dengan ekspresi faktor jaringan molekul dan aktivasi kaskade koagulasi. Aktivasi trombosit bisa juga disebabkan oleh kontak langsung antara trombosit dan kolagen, ditingkatkan dengan trombin atau agonis lain seperti ADP atau ketika darah terkena permukaan reaktif, misalnya sintetis permukaan perangkat kardiovaskular. Untuk ini dikembangkan sebuah alternatif pencocokan trombosit dengan mendesain atau memodel suatu konsep trombosit dengan metode dinamika partikel dinamis . Fokus penelitian ini adalah pada aspek mekanis diaktifkan platelet - dindingdan interaksi platelet - platelet . diketahui bahwa Peristiwa mekanik trombosis platelet termasuk gerakan , tabrakan , adhesi dan agregasi trombosit diaktifkan di media koloid ( plasma darah dan sel-sel darah ) . peristiwa mekanik ini diatur oleh kekuatan eksternal ( misalnya gravitasi , inersia ) dan oleh interaksi internal antara trombositMasalah ini kemudian dibahas dalam kajian suatu sistem yang menganggap atau mengkaji mekanikal pergerakan sel dengan acuan lebih dari satu partikel. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menerapkan baru
komputasi dinamika partikel disipatif (DPD) pendekatan untuk mensimulasikantrombosis platelet-dimediasi dalam sistem model sederhana. Dalam apa yang berikut, pertama kita menggambarkan model komputasi DPD dari aliran fluida dengan pasukan interaksi sederhana
Metode
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan model DPD dari proses adhesi platelet . pertama kali memodelkan aliran fluida sebagai gerakan partikel DPD mesoscale , dan kemudian mensimulasikan perkembangan trombosis melalui akumulasi trombosit ke dinding. Ide dasar dalam model proses adhesi trombosit adalah untuk parametrize kekuatan interaksi , yang terlibat dalam proses penempelan saat diaktifkannya trombosit ke dinding pembuluh , oleh karakteristik ' efektif kekakuan ikatan ' ( atau konstanta pegas ) , KBW , yang besarnya tidak diketahui .
( a) persamaan dasar DP
Aliran cairan koloid dipandang sebagai gerakan pengumpulan DPD partikel mesoscale . Gerakan setiap partikel DPD ( selanjutnya disebut ' partikel ' ) adalah dijelaskan oleh persamaan hukum Newton berikut :
Dimana mi adalah massa partikel i dan vi adalah kecepatan partikel i Fcij, FDij, FRij,masing-masing gaya konservatif (tolak), gerak partikel, dan gaya interaksi acak parikel j adalah dalam radius pengaruh rc partikel i; dan FiEXT adalah daya eksternal yang diberikan pada partikel i , yang biasanya mewakili gradien tekanan atau kekuatan gravitasi sebagai kekuatan pendorong untuk cairan domain. Oleh karena itu , gaya total interaksi FIJ ( gambar 2 ) antara dua partikel adalah
Komponen-kompen gaya dapat dinyatakan sebagai
Di sini, aij adalah gaya tolakan maksimum per satuan massa ; rij adalah jarak antara partikel i dan j ; r0ij=rij/rij adalah vektor satuan menunjuk ke arah dari j ke i ; g singkatan koefisien gesekan ; dan s adalah amplitudo gaya acak . Juga , wd dan wR adalah fungsi berat bagi pasukan disipatif dan acak , tergantung pada jarak r dari i partikel , dan xij adalah nomor acak dengan mean nol dan satuan varians . Kekuatan interaksi sama dengan nol di luar domain pengaruh rc , maka Fij= 0
Selanjutnya , agar sistem fluida DPD memiliki sebuah Gibbs – Boltzmann keadaan setimbang , hubungan berikut antara amplitudo berat fungsi disipatif dan acak kekuatan , wd dan wR , harus memegang
Juga amplitudo gaya acak s terkait dengan temperatur T mutlak
mana kB adalah konstanta Boltzmann . Fungsi berat dapat dinyatakan dalam bentuk ( Groot & Warren 1997) diberikan sebagai
Partikel yang digunakan dalam penelitian ini mewakili kedua partikel cairan plasma dan trombosit . gaya interaksi antara dua partikel didefinisikan dalam persamaan ( 2.2 ) , sedangkan gaya tarik tambahan diperkenalkan antara trombosit dan dinding.
Setelah memperoleh fungsi gerak dan gaya sekarang fokok kajian adalah bagaimana menentukan kondisi batas dinding pembulu darah. Ada beberapa pendekatan untuk memaksakan batas dinding kondisi. Lapisan partikel pada dinding diasumsikan beku, tetapi mereka berinteraksi dengan partikel lain . Gratis -slip dan tidak ada -slip kondisi di dinding yang kaku dapat dikenakan dengan menggunakan specular dan bangkit kembali pendekatan , masing-masing. Refleksi specular lokal dinyatakan oleh persamaan berikut :
dimana I adalah unit tensor ; minus dan tambah superscripts menunjukkan kecepatan sebelum dan setelah tabrakan dengan dinding ; vWj singkatan kecepatan partikel j relatif terhadap kecepatan dinding ; dan nW adalah unit vektor tegak lurus ke dinding . Dengan demikian , hanya komponen normal tercermin sedangkan komponen tangensial tetap tidak berubah . refleksi dinyatakan oleh relasi
( c ) Integrasi persamaan DPD
Dalam mengintegrasikan persamaan diferensial gerak ( 2.1 ) dengan langkah waktu Dt , mengevaluasi hasil interaksi Fi untuk partikel i sebagai
Koefisien mengalikan gaya berasal dari integrasi acak persamaan gerak stokastik Memberikan interpretasi fisik untuk koefisien ini.
D) DPD pemodelan adhesi trombosit ke dinding
Ketika sebuah trombosit diaktifkan mendekati dinding dan jika laju geser memungkinkan, itu mengikat ke dinding. Namun, trombosit ketika terkena bersamaan untuk kekuatan lain yang lebih kuat daripada kekuatan-kekuatan yang mengikat, obligasi istirahat. Untuk memasukkan adhesi platelet ke dinding pembuluh, kami memperkenalkan sesuatu yang menarik (ikatan) kekuatan, DFA ijÞ, selain konservatif, kental dan daya acak interaksi. Parameter tambahan yang terlibat dalam model adalah ukuran dari domain dari berlapis kolagen dinding ðLwall maxÞ yang aksi gaya tarik perlu dipertimbangkan. Kami mengambil gaya menarik sebagai
mana Lw adalah jarak dari trombosit diaktifkan dari dinding . Trombosit diaktifkan ketika beberapa agonis trombosit mencapai tingkat yang sama dengan atau di atas ambang batas konsentrasi sekitar trombosit . meskipun agonis trombosit dikenal untuk bertindak secara sinergis ( Ware et al . 1987) , sangat sedikit informasi kuantitatif tersedia tentang kinetika interaksi ini . Fogelson ( 1992) memperkenalkan agonis tunggal dalam agregasi platelet kontinum nya Model . Sorensen et al . ( 1999a , b ) menganalisis beberapa agonis trombosit , bukan tunggal , serta kemungkinan hambatan agonis melalui tingkat linier sederhana
asumsi . Semua agonis dalam model ini memiliki bobot yang sama dalam menentukan tingkat aktivasi trombosit , dengan perkiraan waktu untuk aktivasi menjadi 1 s . Kami di sini menggabungkan terbatas- elemen ( FE ) persamaan konveksi - difusi untuk mensimulasikan konsentrasi agonis lokal . Persamaan yang mengatur untuk konsentrasi adalah
mana ci menunjukkan konsentrasi agonis i ; vx , vy dan vz adalah kecepatan komponen dalam sistem koordinat x , y , z , dihitung dari Navier – Stokes persamaan untuk medan kecepatan ; dan Di adalah koefisien difusi konstan agonis i, sementara Si adalah istilah sumber agonis i . Oleh karena itu , kita harus konsentrasi agonis sekitar trombosit bergerak di dalam plasma serta sekitar trombosit sudah berpegang pada dinding.
(KBW) sampai paling cocok dengan hasil eksperimen dicapai. Hasil penelitian menunjukkan bahwa segera setelah ekspansi tubular , kepadatan jumlah trombosit ditaati cepat meningkat sampai sekitar 4 mm dan kemudian mulai tajam menurun sampai sekitar 5,3 mm yang sesuai dengan reattachment yang titik cairan . Sebagai perbedaan aliran substansial terhadap hulu dan hilir terjadi di sekitar titik reattachment , kepadatan jumlah trombosit melekat menunjukkan minimum lokal . Setelah titik ini , kepadatan jumlah trombosit ditaati mulai meningkat lagi mendekati konstan asimtotik nilai pada bagian distal dari tabung . Konstanta pegas dari dinding platelet – kapal Interaksi adhesi serta interaksi platelet - platelet , yang memberikan yang terbaik cocok untuk percobaan , adalah kbwZ70 N MK1 . Kami menggunakan kuadrat- kriteria untuk pas terbaik antara hasil perhitungan dan eksperimen .
EmoticonEmoticon