CN111141639A - 透明质酸在对血液流变学影响中的应用 - Google Patents
透明质酸在对血液流变学影响中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111141639A CN111141639A CN202010006824.5A CN202010006824A CN111141639A CN 111141639 A CN111141639 A CN 111141639A CN 202010006824 A CN202010006824 A CN 202010006824A CN 111141639 A CN111141639 A CN 111141639A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- blood
- thickness
- cfl
- hyaluronic acid
- effect
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 title claims abstract description 140
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 title claims abstract description 140
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 title claims abstract description 140
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 claims abstract description 57
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims abstract description 53
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims abstract description 53
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims abstract description 37
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008081 blood perfusion Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 52
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 12
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 abstract description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 9
- 208000018262 Peripheral vascular disease Diseases 0.000 abstract description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 18
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 13
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000000037 particle-tracking velocimetry Methods 0.000 description 4
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 3
- 239000000560 biocompatible material Substances 0.000 description 3
- 208000026106 cerebrovascular disease Diseases 0.000 description 3
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 3
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000002526 effect on cardiovascular system Effects 0.000 description 3
- 238000005534 hematocrit Methods 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 3
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 208000032456 Hemorrhagic Shock Diseases 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 206010049771 Shock haemorrhagic Diseases 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 2
- 210000004351 coronary vessel Anatomy 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 208000023589 ischemic disease Diseases 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 2
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 206010002383 Angina Pectoris Diseases 0.000 description 1
- 206010017711 Gangrene Diseases 0.000 description 1
- 208000032843 Hemorrhage Diseases 0.000 description 1
- 208000035901 Ischaemic ulcer Diseases 0.000 description 1
- 206010030113 Oedema Diseases 0.000 description 1
- 208000037273 Pathologic Processes Diseases 0.000 description 1
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 1
- 238000002266 amputation Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000003796 beauty Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 1
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 125000000600 disaccharide group Chemical group 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000002198 insoluble material Substances 0.000 description 1
- 208000028867 ischemia Diseases 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 210000000265 leukocyte Anatomy 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 1
- 208000010125 myocardial infarction Diseases 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009054 pathological process Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N13/00—Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
- G01N13/04—Investigating osmotic effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/01—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials specially adapted for biological cells, e.g. blood cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
透明质酸在对血液流变学影响中的应用，涉及一种透明质酸的新应用。本发明的目的是提供透明质酸的新用途，以扩大其在治疗某些周围血管疾病中的应用。透明质酸使得血液的剪切粘度随着壁面剪切速率的上升而下降，能够增加血液流速，能够增加血液中红细胞的变形性和聚集度，能够降低血液在直管道中流动时产生的CFL厚度，并且降低血液在T型管道中流动时产生的CFL厚度，增加血液灌注。本发明应用于高分子减阻剂领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种透明质酸的新应用。
背景技术
当流体中加入某种水溶性、长链的高分子聚合物后，流体在管道中流动时受到的阻力明显下降，流速显著提升。这种在管道限制流中所观察到的减阻现象被称作Toms现象，起到减阻效果的高聚物被称为减阻剂(Drag reducing polymer,DRP)。水溶性，长链状的高分子减阻剂，具备微量、高效的特点，仅需添加ppm量级的聚合物减阻剂至流体中，即可产生明显的减阻效果。
近年来，有关生物相容性减阻剂的研究逐渐增多，减阻剂对于广大患有缺血性疾病的患者具有潜在的重要价值。当血液循环系统出现障碍时，会导致多种心脑血管疾病。例如，当生物体突遭重创引起的瞬时大量出血，会造成失血性休克；当冠状动脉系统受阻，血液无法继续向组织运输氧气和必要的营养物质时，会引起心肌梗塞；当心血管血流量不足时，会导致氧气供应不足，从而强迫心脏停止工作造成心绞痛；当不溶性物质、血小板以及白细胞长期沉积在血管壁附近难以清除时，会导致血栓。血液在血管中的循环受阻会导致某些器官长期处于缺氧状态，无法正常行使其生理机能，引起组织水肿等病理过程。一系列的心脑血管疾病发病率在近些年来不断提升，该病会导致体液调节失衡，内环境紊乱，组织器官缺血，防御功能下降，严重影响人体内的血液循环，病情严重的患者最终发展患上缺血性溃疡甚至坏疽。超过1/3的患有周围血管疾病的重度患者需要截肢，五年内死亡率高达20％。研究表明，一些水溶性、长链状的高分子聚合物以纳摩尔浓度加入到血液后，可以明显改善体内的血液循环，提升血液流速，增加功能毛细血管密度，增加血管壁面剪切应力，降低血流阻力。现已发现减阻剂对于治疗冠状动脉系统缺血性疾病、失血性休克、防治血栓等方面具有显著疗效。有实验结果显示，极低浓度的聚合物减阻剂加入到血液后，即可显著降低血管阻力，血流量增大2-6倍。
HA作为一种天然高分子，与人工合成的高分子减阻剂相比具有更好的生物相容性，且带有负电荷，其分子链在水溶液中会受到同种电荷的排斥作用，变得更为舒展。HA的基本结构是由两个双糖单位组成的线性大分子，其相对分子质量范围很广，在十万至一千万之间。HA是一种极佳的保湿成分，以玻尿酸的别称已被广泛应用在美容界。其特殊的理化性质及分子结构使得HA在生物体内可以行使重要的生理功能。它不仅具有广为熟知的护肤功效，它更是一种天然的营养药物，作为保健品的天然原料。
然而，目前关于医用减阻剂的研究仍然只局限于动物实验，仅能通过动物的生存状况来判断减阻剂是否有效。有关医用减阻剂减阻的基础问题还未得到详细地研究，这对于减阻剂在临床应用造成了重大的阻碍。
发明内容
本发明的目的是提供透明质酸的新用途。以扩大其在治疗某些周围血管疾病中的应用。
本发明提供透明质酸在对血液流变学影响中的应用。
进一步的，所述对血液流变学影响具体为透明质酸使得血液的剪切粘度随着剪切速率的上升而下降。
进一步的，所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够增加血液流速。
进一步的，所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够增加血液中红细胞的变形性。
进一步的，所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够增加血液中红细胞的聚集度。
进一步的，所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够降低血液在直管道中流动时产生的CFL厚度。
进一步的，所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够降低血液在T型管道中流动时产生的CFL厚度，增加血液灌注。
本发明的有益效果：
本发明基于Micro-PIV实验平台，应用生物相容性材料PDMS微通道，选用天然的阴离子型高分子HA，结合PTV、Z Project图像处理手段来研究分子量、浓度、管道尺寸与结构、壁面剪切速率对血液流变学的影响。
1、HA对于血液粘度的影响：血液的剪切粘度随着剪切速率的上升而下降，体现出剪切稀化的非牛顿流体特性。
2、HA对于血液流速的影响：加入HA可以增加血液流速。HA的增速效果随着其浓度增加而缓慢增加。在高速条件下，HA对于血液流速提升明显，壁面剪切速率为3086s-1时，对照组的最大血液流速只有0.45mm/s，而加入HA-80ppm后，血液流速上升到0.74mm/s。
3、HA对于红细胞的变形性和聚集度的影响：加入HA可以增加红细胞的变形性和聚集度。
4、HA对于减小CFL厚度、增加血液灌注有着明显效果。在两种流速条件下，加入HA后，直管道内的CFL厚度减小的最大比例均达60％以上。在T型微通道中，加入HA可以降低CFL厚度，且CFL厚度与T型管的尺寸密切相关，扩张型T型管的CFL厚度最大，收缩型T型管的CFL厚度最小。当血液由主管道流入分支管道后，无论管径收缩、扩张或是不变，HA加入后，均可减小CFL厚度，抑制流动分离现象，表明HA可用于治疗某些周围血管疾病。
附图说明
图1为红细胞悬浮液(Ht％＝10％)的粘度随剪切速率的变化情况；
图2为壁面剪切速率是1852s-1时HA的浓度对红细胞悬浮液的速度分布影响；
图3为壁面剪切速率是3086s-1时HA的浓度对红细胞悬浮液的速度分布影响；
图4为HA的浓度对红细胞变形性的影响；
图5为HA的浓度对红细胞聚集度的影响；
图6为加入HA后的血液壁面剪切速率1852s-1时在直管中流动叠加图像；
图7为图6中对应虚线位置的放大图；
图8为加入HA后的血液壁面剪切速率3086s-1时在直管中流动叠加图像；
图9为图8中对应虚线位置的放大图；
图10为HA的浓度对直通道中红细胞CFL层厚度的影响；
图11为加入HA-50ppm后的血液壁面剪切速率1852s-1时在T型管道Ⅰ中流动叠加图像；
图12为图11中对应虚线位置的放大图；
图13为加入HA-50ppm后的血液壁面剪切速率3086s-1时在T型管道Ⅰ中流动叠加图像；
图14为图13中对应虚线位置的放大图；
图15为加入HA-50ppm后的血液壁面剪切速率1852s-1时在T型管道Ⅱ中流动叠加图像；
图16为图15中对应虚线位置的放大图；
图17为加入HA-50ppm后的血液壁面剪切速率3086s-1时在T型管道Ⅱ中流动叠加图像；
图18为图17中对应虚线位置的放大图；
图19为加入HA-50ppm后血液壁面剪切速率1852s-1时在T型管道Ⅲ中的流动叠加图像；
图20为图19中对应虚线位置的放大图；
图21为加入HA-50ppm后血液壁面剪切速率3086s-1时在T型管道Ⅲ中的流动叠加图像；
图22为图21中对应虚线位置的放大图；
图23为壁面剪切速率1852s-1时HA的浓度对T通道中红细胞悬浮液CFL层厚度的影响；
图24为壁面剪切速率3086s-1时HA的浓度对T通道中红细胞悬浮液CFL层厚度的影响。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式提供透明质酸在对血液流变学影响中的应用。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述对血液流变学影响具体为透明质酸使得血液的剪切粘度随着剪切速率的上升而下降。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够增加血液流速。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够增加血液中红细胞的变形性。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够增加血液中红细胞的聚集度。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够降低血液在直管道中流动时产生的CFL厚度。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够降低血液在T型管道中流动时产生的CFL厚度，增加血液灌注。其它与具体实施方式一相同。
下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
基于Micro-PIV实验平台，应用生物相容性材料PDMS微通道，选用天然的阴离子型高分子HA，结合PTV、Z Project图像处理手段来研究分子量、浓度、管道尺寸与结构、壁面剪切速率对血液流变学的影响。
实施例1：透明质酸(HA)对血液粘度的影响
利用流变仪测试血液在加入不同浓度、分子量的HA前后的粘度变化情况，根据粘度变化趋势来判断红细胞悬浮液的流体性质。
图1显示了分别向红细胞悬浮液中(Ht％＝10％)加入浓度分别为0、5、10、20、30、50、80ppm，相对分子量为2000kDa的HA后，红细胞悬浮液的剪切粘度随剪切速率的变化情况。图1中■表示HA为0ppm，●表示HA为5ppm，▲表示HA为10ppm，▼表示HA为20ppm，◆表示HA为30ppm，
表示HA为50ppm，
表示HA为80ppm。在剪切速率较低时，HA的加入可以增加红细胞的聚集度，使红细胞堆叠在一起，造成粘度的增加；在剪切速率较高时，红细胞受到剪切应力的作用，自身受到拉伸，不再层叠在一起，表现为血液粘度的下降。所以红细胞悬浮液的粘度随着剪切速率的上升而下降，随着HA浓度的增加，红细胞的聚集度增加，细胞间的交错层叠现象更为明显，粘度更大。
结论：血液的剪切粘度随着剪切速率的上升而下降，体现出剪切稀化的非牛顿流体特性。
实施例2：透明质酸(HA)对微通道中血液流速的影响
利用Micro-PIV平台观测红细胞悬浮液在微通道中的流动状态。利用高速摄像机拍摄高帧照片，利用粒子追踪测速技术(Particle tracking velocimetry,PTV)获得血液在加入HA前后的流速分布变化情况，确定HA是否具有减阻效果。
利用Micro-PIV设备对流体在微通道中的速度场分布进行测试，在荧光倒置显微镜下使用40倍的物镜观察，利用高速摄像连续拍摄以获取高帧图像。测试血液在加入浓度分别为0ppm、10ppm、20ppm、50ppm、80ppm的HA后的速度场分布情况如图2和图3所示。其中■表示HA为0ppm，●表示HA为10ppm，▲表示HA为20ppm，▼表示HA为50ppm，
表示HA为80ppm。
从结果中可以看出，加入HA后，流速提升明显，加入HA前后，血液在管道内流动的最大速度Umax如表1所示：
表1血液在直管道内流动的最大速度Umax(单位：mm/s)
结论：加入HA可以增加血液流速。HA的增速效果随着其浓度增加而缓慢增加。在高速条件下，HA对于血液流速提升明显，壁面剪切速率为3086s-1时，对照组的最大血液流速只有0.45mm/s，而加入HA-80ppm后，血液流速上升到0.74mm/s。
实施例3：透明质酸(HA)对红细胞变形性的影响
通过测试得到的红细胞沉降速率值(Erythrocyte sedimentation rate,ESR)来分析红细胞聚集度在加入HA前后的变化情况；并通过自制装置测试红细胞的变形性受HA作用的影响。
通过恒压装置对红细胞/HA的悬浮液施加恒定的压力，使红细胞通过变形透过滤膜，测试一分钟内透过滤膜的红细胞/HA悬浮液的体积，透过速率越快，表明红细胞的变形性越强。图4显示的是加入HA后的红细胞悬浮液透过滤膜的速度大小。可以看出，加入不同浓度的HA后，红细胞变形性较对照组有明显提升，红细胞的变形能力在30％左右。
结论：加入HA可以增加红细胞的变形性。
实施例4：透明质酸(HA)对红细胞聚集度的影响
利用魏氏管测得加有10ppm、20ppm、50ppm、80ppm HA后红细胞聚集度的变化情况，如图5所示。加入HA后，红细胞聚集度得到增强。
结论：加入HA可以增加红细胞的聚集度。
实施例5：透明质酸(HA)对微通道(直管道)中CFL(无细胞层)厚度的影响
图6为加有0ppm、10ppm、20ppm、50ppm、80ppm浓度的HA的10％血比容红细胞悬浮液壁面剪切速率为1852s-1时显微镜下在直管中流动的叠加图像，图7为图6中对应虚线位置的放大图，箭头所指表示无细胞层。图8为加有0ppm、10ppm、20ppm、50ppm、80ppm浓度的HA的10％血比容红细胞悬浮液壁面剪切速率为3086s-1时显微镜下在直管中流动的叠加图像，图9为图8中对应虚线位置的放大图，箭头所指表示无细胞层。从处理后的图像中可以看出，红细胞悬浮液在矩形截面直管微通道内流动时，由于自身受到轴向迁移的作用，会趋向于远离壁面的方向运动，所以会在近壁处产生约为几微米厚度的无细胞层，加入HA后，CFL厚度显著降低。
图10显示的是加入10ppm、20ppm、50ppm、80ppm浓度的HA-2000kDa后，10％血比容的红细胞悬浮液在1852s-1和3086s-1两种壁面剪切速率下的CFL厚度。图10中曲线a表示1852s-1，曲线b表示3086s-1。
结果表明加入HA后，可以明显降低血液在直管道中流动时产生的CFL厚度，减阻效果与HA的浓度密切相关，且壁面剪切速率越大，HA对于CFL厚度的降低效果越明显。在壁面剪切速率＝1852s-1的条件下，不加入HA的对照组的CFL厚度为2.98μm，加入50ppm的HA后，CFL厚度变为1.17μm，CFL厚度下降比例达到60.7％；在壁面剪切速率＝3086s-1的条件下，不加入PEO的对照组的CFL厚度为4.16μm，加入50ppm的HA后，CFL厚度变为1.34μm，CFL厚度下降比例达到67.8％。
实施例6：透明质酸(HA)对T型管道中CFL厚度的影响
利用Micro-PIV平台观测红细胞悬浮液在微通道中的流动状态。利用Image J中的Z project叠加图像功能，把多帧红细胞流动图像叠加，测量贴近细胞壁的无细胞层在加入HA前后的厚度变化情况，确定HA是否具有驱动红细胞靠壁流动，增加组织灌注的效果。
动脉源自心脏，在人体内不断分支，最后分支衍生出数量繁多的毛细血管，毛细血管分布在全身的各个角落，再经过汇合形成静脉，最后又回到心脏，形成一个闭合的管道。所以，实验中仅研究血液在直管道内的流动现象无法满足人体的实际情况，因此使用PDMS生物相容性材料分别制作了收缩(管道Ⅰ，w1/w2＝1/2)、等宽(管道Ⅱ，w1/w2＝1)、以及扩张(管道Ⅲ，w1/w2＝2)三种不同的分支管路与主管路管径收缩比的T型微通道，并利用Micro-PIV观察血液在流经T型管道分岔口时所产生的流动分离现象，探讨HA对于T型微通道内CFL厚度的影响。
(1)HA对管道Ⅰ中CFL厚度的影响
图11所示为血液壁面剪切速率为1852s-1时在T型收缩管道Ⅰ中流动的叠加照片，图12为图11中对应虚线位置的放大图，箭头所指表示无细胞层。图13为血液壁面剪切速率为3086s-1时在T型收缩管道Ⅰ中流动的叠加照片，图14为图13中对应虚线位置的放大图，箭头所指表示无细胞层。可以看出，不加入HA的血液在近壁处产生明显的无细胞层，血液在由主管道进入到分支管道后，会产生流动分离，引起血液撇去效应。正是由于这一效应的存在，会导致多种冠状动脉心脑血管疾病。
加入HA之后，流动分离现象明显受到抑制，红细胞进入到分支管道后，更加贴近壁面，减小了CFL厚度，从而增加组织灌注。在T型管道Ⅰ中，在1852s-1壁面剪切速率条件下，HA-50ppm的实验组的CFL厚度减小比例达到32.7％；在3086s-1壁面剪切速率条件下，HA-50ppm的实验组的无细胞层厚度减少比例达到37.9％。HA对于减小血液在T型管道Ⅰ中CFL的厚度效果明显。
(2)HA对管道Ⅱ中CFL厚度的影响
图15所示为红细胞悬浮液(Ht％＝10％)壁面剪切速率为1852s-1时在T型等宽管道Ⅱ中流动的叠加照片，图16为图15中对应虚线位置的放大图，箭头所指表示无细胞层。图17所示为红细胞悬浮液(Ht％＝10％)壁面剪切速率为3086s-1时在T型等宽管道Ⅱ中流动的叠加照片，图18为图17中对应虚线位置的放大图，箭头所指表示无细胞层。
可以看出，不加入HA的对照组在分叉口处的近壁位置附近同样产生明显的无细胞层。
在T型管道Ⅱ中，在1852s-1壁面剪切速率条件下，HA-0ppm的对照组CFL厚度为1.63μm，HA-50ppm的实验组的CFL厚度为1.53μm，减小比例达到6.1％；在3086s-1壁面剪切速率条件下，HA-0ppm的对照组CFL厚度为1.20μm，HA-50ppm的实验组的无细胞层厚度为1.01μm，减小比例达到15.8％，HA对于减小血液在T型管道Ⅱ中CFL的厚度起到一定作用。与收缩管道Ⅰ相比，HA对于血液在等宽T型管道中流动时所产生的CFL厚度降低比例减小，可见，管道的尺寸结构可以影响CFL厚度。
(3)HA对管道Ⅲ中CFL厚度的影响
图19所示为红细胞悬浮液(Hc％＝10％)壁面剪切速率为1852s-1时在T型等宽管道Ⅲ中流动的叠加照片，图20为图19中对应虚线位置的放大图，箭头所指表示无细胞层。图21所示为红细胞悬浮液(Hc％＝10％)壁面剪切速率为3086s-1时在T型等宽管道Ⅲ中流动的叠加照片，图22为图21中对应虚线位置的放大图，箭头所指表示无细胞层。可以看出，不加入HA的对照组在分叉口处的靠近管壁位置同样产生明显的无细胞层。在T型管道Ⅲ中，在1852s-1壁面剪切速率条件下，HA-0ppm的对照组CFL厚度为2.67μm，HA-50ppm的实验组的CFL厚度为1.93μm，CFL厚度减小比例达到27.7％；在3086s-1壁面剪切速率条件下，HA-0ppm的对照组CFL厚度为2.27μm，HA-50ppm的实验组的无细胞层厚度为1.34μm，CFL厚度减小比例达到41.0％。
表2是HA-50ppm对于不用尺寸微通道中血液流动产生的无细胞层厚度的降低比例。与收缩管道相比，HA对于血液在扩张T型管道中流动时所产生的CFL厚度降低比例相近，均大于等宽T型管道中流动时所产生的CFL厚度降低比例。当血液由主管道流入分支管道后，无论管径收缩、扩张或是不变，HA加入后，均可减小CFL厚度，抑制流动分离现象，表明减阻剂可用于治疗某些周围血管疾病。
表2HA-50ppm对无细胞层厚度的降低比例
(4)管道结构对于CFL厚度的影响
图23为壁面剪切速率为1852s-1时50ppm浓度的HA对三种不同结构尺寸的T型通道中红细胞CFL层厚度的影响，图24为壁面剪切速率为3086s-1时50ppm浓度的HA对三种不同结构尺寸的T型通道中红细胞CFL层厚度的影响。加入HA后，CFL厚度下降，表明HA可以降低T型管道分岔口处CFL的厚度；与直管道中血液流动不同，随着流速增加，CFL厚度反而下降。管道结构对于CFL厚度有着重要影响，扩张管道的CFL厚度最大，收缩管道的CFL厚度最小。
无论是否加入天然高聚物HA，CFL的厚度都是随着分支管道的管径扩张而增加，在T型扩张管道Ⅲ中，CFL厚度最大，T型等宽管道Ⅱ中产生的CFL厚度次之，在T型收缩管道Ⅰ中，CFL厚度最小。这是因为红细胞进入到分支管道后，如果经历了扩张，由于空间突然变大，管道中压力变小，红细胞间的相互作用力减弱，轴向迁移作用变得明显，使得CFL厚度增加；如果经历了收缩，由于空间突然变小，管道中压力变大，红细胞间的相互作用力增强，轴向迁移作用受到抑制，使CFL厚度减小。
结论：HA对于减小CFL厚度、增加血液灌注有着明显效果。在两种流速条件下，加入HA后，直管道内的CFL厚度减小的最大比例均达60％以上。在T型微通道中，加入HA可以降低CFL厚度，且CFL厚度与T型管的尺寸密切相关，扩张型T型管的CFL厚度最大，收缩型T型管的CFL厚度最小。当血液由主管道流入分支管道后，无论管径收缩、扩张或是不变，HA加入后，均可减小CFL厚度，抑制流动分离现象，表明HA可用于治疗某些周围血管疾病。
Claims (7)
1.透明质酸在对血液流变学影响中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述对血液流变学影响具体为透明质酸使得血液的剪切粘度随着壁面剪切速率的上升而下降。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够增加血液流速。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够增加血液中红细胞的变形性。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够增加血液中红细胞的聚集度。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够降低血液在直管道中流动时产生的CFL厚度。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述对血液流变学影响具体为透明质酸能够降低血液在T型管道中流动时产生的CFL厚度，增加血液灌注。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010006824.5A CN111141639A (zh) | 2020-01-03 | 2020-01-03 | 透明质酸在对血液流变学影响中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010006824.5A CN111141639A (zh) | 2020-01-03 | 2020-01-03 | 透明质酸在对血液流变学影响中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111141639A true CN111141639A (zh) | 2020-05-12 |
Family
ID=70523566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010006824.5A Pending CN111141639A (zh) | 2020-01-03 | 2020-01-03 | 透明质酸在对血液流变学影响中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111141639A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5585361A (en) * | 1994-06-07 | 1996-12-17 | Genzyme Corporation | Methods for the inhibition of platelet adherence and aggregation |
| US20070032451A1 (en) * | 2005-02-28 | 2007-02-08 | Kipling Thacker | Blood soluble drag reducing hyaluronic acid |
| US20160339434A1 (en) * | 2014-01-30 | 2016-11-24 | The General Hospital Corporation | Inertio-elastic focusing of particles in microchannels |
| US9763975B1 (en) * | 2014-07-01 | 2017-09-19 | Stc.Unm | Rheological treatment of brain ischemia by drag reducing polymers |
-
2020
- 2020-01-03 CN CN202010006824.5A patent/CN111141639A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5585361A (en) * | 1994-06-07 | 1996-12-17 | Genzyme Corporation | Methods for the inhibition of platelet adherence and aggregation |
| US20070032451A1 (en) * | 2005-02-28 | 2007-02-08 | Kipling Thacker | Blood soluble drag reducing hyaluronic acid |
| US20160339434A1 (en) * | 2014-01-30 | 2016-11-24 | The General Hospital Corporation | Inertio-elastic focusing of particles in microchannels |
| US9763975B1 (en) * | 2014-07-01 | 2017-09-19 | Stc.Unm | Rheological treatment of brain ischemia by drag reducing polymers |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| J.N. MARHEFKA ET AL.: "Drag reducing polymers improve tissue perfusion via modification of the RBC traffic in microvessels", 《BIORHEOLOGY》 * |
| JOIE N. MARHEFKA ET AL.: "Blood soluble polymers for enhancing near-vessel-wall RBC traffic in presence of hemoglobin based oxygen carrier", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCE》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chien et al. | Shear-dependent deformation of erythrocytes in rheology of human blood | |
| Kameneva | Microrheological effects of drag-reducing polymers in vitro and in vivo | |
| Meiselman | Rheology of shape-transformed human red cells | |
| Karino et al. | Aggregation of human platelets in an annular vortex distal to a tubular expansion | |
| Mayerson et al. | Regional differences in capillary permeability | |
| CN106749888A (zh) | 一种复杂结构双网络水凝胶管的制备方法 | |
| Maiti et al. | Non-Newtonian characteristics of peristaltic flow of blood in micro-vessels | |
| Kwan et al. | Microfluidic analysis of cellular deformability of normal and oxidatively damaged red blood cells | |
| WO2015116990A1 (en) | Inertio-elastic focusing of particles in microchannels | |
| Rampling | Hyperviscosity as a complication in a variety of disorders | |
| Beaucourt et al. | Optimal lift force on vesicles near a compressible substrate | |
| Brown et al. | Engineering Principles in Physiology: Volume 2 | |
| Panneerselvam et al. | Phospholipid—polymer amphiphile hybrid assemblies and their interaction with macrophages | |
| CN111141639A (zh) | 透明质酸在对血液流变学影响中的应用 | |
| Weiss | The hemodynamic destruction of circulating cancer cells | |
| CN105165805A (zh) | 无蛋白液氮细胞冻存液及其制备方法 | |
| Zhao et al. | Drag-reducing polymers diminish near-wall concentration of platelets in microchannel blood flow | |
| Ling et al. | Drag reduction by natural polymeric additives in PMDS microchannel: Effect of types of additives | |
| Yalcin et al. | Effect of enhanced red blood cell aggregation on blood flow resistance in an isolated-perfused guinea pig heart preparation | |
| Yalcin et al. | Plasma expander viscosity effects on red cell-free layer thickness after moderate hemodilution | |
| SCHENK et al. | Blood Viscosity as a Determinant of Regional Blood Flow: An Experimental Study in Dogs Following Hemorrhage and After Infusion of Dextrans, Saline, Plasma, and the Shed Blood | |
| Bhattacharya et al. | Evaluation of Assam Bora rice starch as plasma volume expander by polymer analysis | |
| Klaus et al. | Investigation of flow and material induced hemolysis with a Couette type high shear system | |
| Kutschera et al. | Deformability of erythrocytes is maintained after autologous cell salvage in orthopedic surgery | |
| Tripathi et al. | Mathematical modelling of peristaltic pumping of nano-fluids |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200512 |