Фибрин-полимерные сетки, математическое моделирование и экспериментальные исследования (1105058)
Текст из файла
На правах рукописиНиколаев Андрей ВладимировичФИБРИН-ПОЛИМЕРНЫЕ СЕТКИ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕМОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯСпециальность 03.00.02БиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2009Работа выполнена в отделе строения вещества учреждения РоссийскойАкадемии Наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАННаучные руководители:доктор физико-математических наук,профессор Лобанов Алексей Ивановичдоктор физико-математических наукБуравцев Владимир НиколаевичОфициальные оппоненты: доктор физико-математических наук,доцент Мухин Сергей Ивановичдоктор физико-математических наук,доцент Смолянинов Владимир ВладимировичВедущая организация:Государственное учреждение Гематологическийнаучный центр Российской АкадемииМедицинских НаукЗащита состоится 22 октября 2009 г.
в 17:30 на заседании Диссертационногосовета Д 501.002.11 при Московском государственном университете имениМ.В. Ломоносова по адресу: 119992, г. Москва, Ленинские горы, МГУ,Физический факультет, аудитория 5-19.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического факультетаМГУ имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан«____» _________ 2009 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.11,доктор физико-математических наукГ.Б. Хомутов.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыПроцессы, протекающие при свертывании крови, и их взаимное влияние еще до концане описаны. Выделяют первичный и вторичный гемостаз1,2 . Первичный представляетсобой формирование тромбоцитами рыхлой пробки в месте повреждения сосудистогорусла.
Вторичным гемостазом (или плазменным звеном) называют сложный многостадийный процесс в плазме крови, приводящий к формированию фибрин-полимера(далее ф.-п.) и геля на его основе. Образование ф.-п. геля, эффективно изменяющееформу сосудистого русла, и гидродинамические факторы наряду с биохимическимиреакциями плазменного звена гемостаза играют существенную роль в процессесвертывания. По сути, плазменное звено системы свертывания крови (ССК) — этосложная система с одновременно протекающими процессами реакции и диффузии впотоке вязкой жидкости в реакторе, форма которого изменяется в зависимости отистории реакции. Из-за сложности этой системы до сих пор не существует полныхмоделей ее функционирования.
Для различных целей успешно строятся огрубленные3 ,зачастую феноменологические модели ССК и процесса образования ф.-п4 . Относительно недавно появился ряд математических моделей с детальным описанием биохимических процессов плазменного звена ССК, верифицированных по большому числуэкспериментальных данных и использующих экспериментально измеренные константы5 . В то же время, общей модели полимеризации фибрина, учитывающей желирование, еще не создано. Это значительно затрудняет создание общих моделей ССК,описывающих взаимное влияние процессов образования ф.-п. и потока крови. Заметим,что построение даже упрощенных моделей плазменного звена ССК оказывается весьмаполезным, так как неотъемлемой частью моделирования является математическаяформализация описания предлагаемых гипотез. В свою очередь, эксперименты,поставленные для проверки допущений моделей, позволяют развить и дополнятьпоследние.В данной работе проведена проверка допущений упрощенной модели полимеризациифибрина и приближения нулевых конвективных потоков внутри ф.-п.
сгустка.1Балуда В.П. и др. —М: Медицина, 1995.—244С.Stassen J.M. et al.// Curr. Med. Chem.—2004.—v.17.— p.2245–22603Anand M. et al.// J Theoret Med.—2003.—v.5.—p.183–218..4Weisel J.W. et al.// Biophys J.—1992.—v.63.—p.111–1285Panteleev M.A. et al.// Biophys J.—2006.—v.90.— p.1489–1500.23Цель исследованияОписать физико-химические механизмы влияния структуры фибрин-полимерногосгустка на фильтрацию внутри него.
Выяснить допустимость использованияупрощенной модели полимеризации фибрина и приближения нулевых фильтрационных потоков внутри фибрин-полимера для математического моделированияплазменного звена гемостаза и эволюции фибринового сгустка в сдвиговом потоке.Задачи исследования1.
Произвести анализ математической модели типа реакция–диффузия–конвекция наоснове двухавтоволновой модели плазменного звена гемостаза в потоке жидкости смалыми скоростями (<1см/сек) методом подобия и размерности.2. Создать и реализовать алгоритм решения уравнений данной модели, учитывающийобратное влияние ф.-п. сгустка на поток жидкости в приближении нулевых конвективных потоков внутри сгустка.3. Экспериментально исследовать возможность накопления на фибрин-полимернойсетке альбуминов в количествах, сопоставимых с массой фибрина и возможное влияние этого процесса на проницаемость фибриновых сгустков.4. Средствами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) высокого разрешенияопределить структуру зрелых фибрин-полимерных. сгустков, сформированных изплазмы доноров с гиподисфибриногенемией Марбург, и сравнить их со структуройнормальных сгустков.
Фибрин Марбург выбран для сравнения как предельный случай фибрин-полимера, у которого предположительно полностью отсутствует одна изфаз полимеризации — латеральная агрегация.5. Оценить применимость закона Дарси для вычисления проницаемости фибринполимерных сгустков на основе представления о микровязкости и сравнения с экспериментальными данными.Научная новизнаПостроена математическая модель эволюции ф.-п. сгустка в потоке жидкости с малымискоростями (< 1см/сек) на основе двухавтоволновой модели плазменного звена гемостазаи упрощенной модели полимеризации в приближении нулевых фильтрационных потоковвнутри ф.-п. Произведен анализ модели методом подобия и размерности.
Созданпрограммный комплекс, реализовывающий алгоритм расчета данной модели. На4основании результатов моделирования и теоретических расчетов по двухавтоволновоймодели показано, что запуск автоволны активатора происходит в диапазоне скоростейдвижения жидкости, соответствующего параметрам течений внутри ф.-п. сгустка, а не впросвете сосуда. Для параболического профиля скоростей жидкости аналитическивыделены характерные зоны течения, закономерности развития процессов в которыхкачественно отличаются. На основе представления о микровязкости теоретическиобоснована связь между свойствами ф.-п.
(полной длиной фибров) и его коэффициентомпроницаемости Дарси. Экспериментально показано, что альбумин не накапливается насформированной ф.-п. сетке в количествах, сопоставимых с массой самого фибрина, апотому не может играть существенной роли в процессах фильтрации плазмы через ф.-п.сгусток. Средствами СЭМ высокого разрешения исследован мутантный фибрин Марбург.
Показано, что фибры мутантного ф.-п. Марбург состоят из единичных фибрилл, неагрегировавших латерально. Это позволяет считать его предельным случаем ф.-п. снаименьшей проницаемостью. На основе представления о микровязкости показано, чтоструктура мутантного ф.-п. Марбург не будет мешать процессу диффузии крупныхбелковых молекул. Предложены критерии для построения модели полимеризациифибрина, которые позволят использовать соответствующую им модель для корректныхколичественных расчетов процессов плазменного звена гемостаза и эволюции ф.-п.сгустка в сдвиговых потоках.Основные положения, выносимые на защиту1. Для описания движения жидкости внутри фибрин-полимерного сгустка с малымискоростями (<1см/сек) справедлив эмпирический закон Дарси.
Коэффициент проницаемости Дарси фибрин-полимерного сгустка зависит от суммарной длины фибров в единице объема.2. Альбумин не накапливается на сформированной фибрин-полимерной сетке вколичествах, сопоставимых с массой самого фибрина, и на проницаемость сформированного фибрин-полимерного сгустка влияния не оказывает.3. Фибры мутантного фибрин-полимера Марбург состоят из единичных фибрилл неагрегировавших латерально.4.
Согласно двухавтоволновой модели диапазон скоростей сдвига, в котором возможен запуск автоволны активатора ( γmax5< 8,9 мин–1), соответствует параметрамфильтрационных течений внутри сгустка ( γmax≈ 3,1⋅10–1 ÷ 2,9 мин–1), а не в просве-те сосуда.5. Для построения количественной модели плазменного звена гемостаза и эволюциифибрин-полимерного сгустка в сдвиговом потоке необходимо использовать описание полимеризации фибрина, учитывающее длину фибров в единице объема. Этосделает возможным рассчитывать проницаемость сгустка.Теоретическая и практическая ценностьСовременные модели ССК строятся на базе детальных знаний о биохимии взаимодействий факторов свертывания.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
