Der Einfluss von laminaren Strömungen und Sekundärströmungen im Taylor-Couette-System auf die Thrombozyten

Körfer, Sabine; Mottaghy, Khosrow

doi:24346

Der Einfluss von laminaren Strömungen und Sekundärströmungen im Taylor-Couette-System auf die Thrombozyten

Körfer, Sabine (Author)

2002

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sabine Körfer

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2002

UmfangV, 178 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Mottaghy, Khosrow (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2002-07-19

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-3974
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/57037/files/Koerfer_Sabine.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Eine Änderung des physiologischen Strömungsprofils ist sowohl bei pathologischen Vorgängen als auch beim Einsatz von Biomaterialien von großer Bedeutung und kann zu thrombotischen Komplikationen führen. Sekundärströmungen treten in vivo und in vitro als Folge allmählicher und plötzlicher Änderungen in der Gefäßgeometrie auf. Die Zusammenhänge zwischen Sekundärströmung und Bildung eines Thrombus sind derzeit noch ungeklärt. Im Rahmen der Arbeit wurde ein Taylor-Couette-System eingeführt, welches den Vergleich zwischen thrombogenen Reaktionen nach Scherung mit laminarer Strömung bzw. nach Scherung mit Strömung mit Sekundärströmung bei definierten Scherraten erlaubt. Die Adhäsion und Aktivierung humaner Thrombozyten beim Kontakt von Vollblut mit einer Fremdoberfläche wurde unter definierten Strömungsbedingungen untersucht. Die Adhäsion ist der initiale Schritt, durch den morphologische und funktionelle Veränderungen der Zellen wie Formwandel, Aggregation und Sekretion induziert werden. Diese werden begleitet von vielfältigen metabolischen und biochemischen Veränderungen, der Aktivierung von Oberflächenrezeptoren und einer Änderung der Orientierung der Membranphospholipide. Der Grad der Aktivierung hängt von der Stimulationsart ab. Im Taylor-Couette-System wurden im Fluid Blut laminare Strömungen, sowie stabile und instabile Sekundärströmungen generiert, die in Kombination mit der ausgewählten Biomaterialoberfläche den jeweiligen Stimulus darstellten. Die Ergebnisse der Arbeit ergeben ein komplexes Bild. Zusammenfassend kann ausgesagt werden, dass stabile Sekundärströmungen lokal zu einer weniger thrombogenen Situation führen als die laminare Strömung. Durch eine vergleichsweise stärkere Adhäsion wird bei der laminaren Strömung lokal die Aktivatorenkonzentration erhöht. Andererseits führen eine stärkere Fibrinogenrezeptoraktivierung und eine erhöhte Thrombozytenaggregatbildung bei der stabilen Sekundärströmung dazu, dass das Risiko thrombotischer Ereignisse im weiteren Verlauf der Blutströmung zunimmt. Es konnte gezeigt werden, dass die Unterschiede hinsichtlich Thrombozytenadhäsion und -aktivierung eine Folge ausgeprägter fluiddynamischer Heterophase-Effekte sind. Bei Abwesenheit der Erythrozyten treten nur geringfügige Unterschiede in der thrombozytären Aktivierung bei Scherung mit laminarer Strömung bzw. bei Scherung mit stabilen Sekundärströmungen auf.

In vivo and in vitro laminar flow often occurs in combination with secondary flow like vortical flow patterns. Sudden changes in blood vessel or tube size e.g. in extracorporeal circulation generate such vortices. So far platelet activation mechanism in these regions are merely investigated. Therefore a Taylor-Couette flow model was developed to generate defined blood flow either with laminar or vortical flow pattern at the same shear rate. Platelet adhesion and activation were investigated as markers for thrombogenicity. Adhesion of resting platelets is regarded as the first step to shape change, aggregation and secretion of the granule components. Additionally various metabolic and functional changes in platelets, like activation of surface receptors and changes in the orientation of phospholipids in the plasma membrane occur. The level of platelet activation depends on the type of stimulation. In the Taylor-Couette system different types of stimulation depending on flow condition and contact to biomaterial surfaces were generated. Results add up to a complex relationship between blood flow and platelet activation. Platelet adhesion on surface and PF4-release is significantly higher applying pure laminar shear flow compared to flow with stable vortices. Due of the higher adhesion the local concentration of soluble agonists is enhanced. Depending on the two flow modes adherent platelets are deposited in different patterns. At laminar flow platelets are uniformly distributed. In the presence of secondary flow platelets form adherent aggregates. Secondary flow with formation of stable vortices increases fibrinogen receptor activation and aggregate formation of the platelets. Most probably this preactivation of circulating platelets results in thrombus formation or embolisation in other geometrical configurations and flow conditions downstream.

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