Untersuchungen zur Blutschädigung durch laminare Strömung im Couette-System

Paul, Reinhard Karl; Rau, Günter

doi:HT012994849

Untersuchungen zur Blutschädigung durch laminare Strömung im Couette-System

Paul, Reinhard Karl (Author)

2001

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Reinhard Karl Paul

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2001

UmfangIV, 175 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2000

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Rau, Günter (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2000-12-14

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-1078
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/59389/files/Paul_%20Reinhard.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Maschinenwesen (400000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Das Problem künstlicher Systeme im Blutkreislauf ist trotz enormer Entwicklungsanstrengungen noch immer die systembedingte Blutschädigung. Dabei wird die strömungsmechanische Belastung der Blutbestandteile durch unphysiologische Strömungskräfte, zum Teil im Zusammenspiel mit den Interaktionen mit den künstlichen Materialien, für die Blutschädigung verantwortlich gemacht. Die Höhe der Schädigung hängt dabei vor allem von der Höhe einer Belastung auf die Blutkorpuskel, i.a. sind dies die Scherkräfte der Strömung, und ihrer Dauer ab. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Schädigung von Erythrozyten durch Strömungskräfte einer genau definierten Höhe und Dauer untersucht, wie sie für Belastungssituationen in künstlichen Systemen relevant ist. Dazu wurde ein Schergerät zur Erzeugung einer einfachen laminaren Strömung entwickelt und hinsichtlich seiner Funktionsweise, d.h. definierte Schädigungsbedingungen bei Vernachlässigbarkeit unerwünschter Sekundärschädigungen, validiert. Anschließend wurden Schädigungsversuche mit Schweineblut durchgeführt. Die Ergebnisse wurden im Hinblick auf bereits bekannte Experimentaldaten und theoretischen Überlegungen zur Erythrozytenschädigung diskutiert und verschiedene Modellansätze zur Beschreibung der Schädigung miteinander verglichen. Abschließend wurden die Möglichkeiten und Limitationen der Schädigungsmodellierung in Programmen zur numerischen Strömungssimulation aufgezeigt und anhand der Schergerätströmung exemplarisch ausgeführt sowie Möglichkeiten zur Berücksichtigung von zeitlich varianter Strömungsbelastung aufgezeigt.

Blood damage of artificial systems within the circulatory system still remains a major problem despite of enormous research activities in this area. Forces acting on blood corpuscles due to non physiological flow conditions, partially in combination with artificial surfaces, are considered as main factors of blood damage. The level of blood damage depends on the magnitude of stresses as well as on the exposure time of blood corpuscles to these stresses. Within the scope of this work flow induced damage of red blood cells by flow forces of exactly defined magnitude and duration, characteristic for artificial systems, is studied. For this purpose a shear device with simple laminar flow conditions has been developed and validated with respect to defined damage conditions and negligible secondary damage effects. The tests were performed with porcine blood. The results are discussed with regard to well known experimental data. Theoretical models of red blood cell damage are examined and several approaches for the characterization of blood damage are compared. Possibilities and limitations of damage modeling by computational fluid dynamics are pointed out and the damage by shear device flow is modeled as an example. Finally, possibilities to incorporate time varying shear loads are described.

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