Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13886
Title: Multiscale modeling of the glycocalyx layer : their impact on hemodynamics
Other Titles: Μοντελοποίηση πολλαπλών κλιμάκων του στρώματος γλυκοκάλυκα : επίδραση στην αιμοδυναμική
Authors: Μητσούλας, Βλάσιος
Keywords: Glycocalyx
Fibers
Permeability
Keywords (translated): Αλληλεπίδραση στερεού-ρευστού
Γλυκοκάλυξ
Βιολογικές ίνες
Διαπερατότητα
Abstract: The response of the fibrous layer covering the luminal surface of the vascular endothelium, the so-called endothelial glycocalyx layer (EGL), in variations of the hemodynamic environment is of vital importance for the regulation of the blood vessel permeability and the balance of the blood components, and in general, the homeostasis of an organ or an organism. This implies that we should quantify fundamental properties such as its apparent permeability, in addition to dynamic quantities like drag and torque on EG nanofibers, which are indicators of the glycocalyx mechanical integrity, and provide their dependence on the individual geometric features and mechanical properties of a single fiber. Because of the O(100 nm) length of the fibers and the lack of relevant technology, such an approach would be difficult to be pursued experimentally. Here, we propose an in-silico rheometric emulation based on start-up and pulsating shear experiments in a representative three-dimensional volume of the fibrous glycocalyx layer that accounts for the interaction of the blood plasma and the deformable glycoproteins. We present quantitative predictions for the drag and torque on each nanofiber for blood flow under physiological conditions, and we show that the apparent permeability is substantially affected by the elasticity of fibers and the fiber-to-fiber distance. Particularly, we propose specific analytical expressions for the apparent EGL permeability and conclude that it is a monotonic function of the fiber-to-fiber distance and a rational function of the fibers’ elasticity.
Abstract (translated): Η απόκριση του ινώδους στρώματος που καλύπτει την αυλακώδη επιφάνεια του αγγειακού ενδοθηλίου, το λεγόμενο στρώμα ενδοθηλιακού γλυκοκάλυκα (EGL), σε μεταβολές του αιμοδυναμικού περιβάλλοντος, είναι ζωτικής σημασίας για τη ρύθμιση της διαπερατότητας του αιμοφόρου αγγείου και της ισορροπίας των στοιχείων του αίματος, και εν γένει για τη ομοιόσταση ενός οργάνου ή ολόκληρου του οργανισμού.. Αυτό συνεπάγεται ότι πρέπει να ποσοτικοποιήσουμε θεμελιώδεις ιδιότητες, όπως η φαινομενική διαπερατότητά του, αλλά και δυναμικά μεγέθη, όπως η οπισθέλκουσα δύναμη και η ροπή στις νανοΐνες EG, που είναι δείκτες της μηχανικής ακεραιότητας του γλυκοκάλυκα, και να παρέχουμε την εξάρτησή αυτών των μεγεθών από τα μεμονωμένα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και τις μηχανικές ιδιότητες μιας ίνας. Λόγω του μήκους των ινών O(100 nm) και της έλλειψης σχετικής τεχνολογίας, μια τέτοια προσέγγιση θα ήταν δύσκολο να ακολουθηθεί πειραματικά. Εδώ, προτείνουμε μια ρεομετρική προσομοίωση σε υπολογιστή που βασίζεται σε πειράματα σταθερής και παλμικής διάτμησης σε έναν αντιπροσωπευτικό τρισδιάστατο όγκο του ινώδους στρώματος λαμβάνοντας υπ’ όψη την αλληλεπίδραση του πλάσματος του αίματος και των παραμορφώσιμων γλυκοπρωτεϊνών γλυκοκάλυκα. Παρουσιάζουμε ποσοτικές προβλέψεις για την οπισθέλκουσα δύναμη και τη ροπή σε κάθε νανοΐνα σε ροή αίματος υπό φυσιολογικές συνθήκες, και δείχνουμε ότι η φαινομενική διαπερατότητα επηρεάζεται σημαντικά από την ελαστικότητα των ινών και την απόσταση μεταξύ γειτονικών ινών. Συγκεκριμένα, προτείνουμε αναλυτικές εκφράσεις για την φαινομενική διαπερατότητα του EGL και καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι είναι μια μονοτονική συνάρτηση της απόστασης μεταξύ γειτονικών ινών και μια υπερβολική συνάρτηση της ελαστικότητας των ινών.
Appears in Collections:Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Master_Thesis_VMitsoulas_2020.pdf1.7 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.