تحليل عددي جريان و انتقال جرم در شبكه مويرگي گلومرول كليه

Numerical Analysis of Flow and Mass Transfer in the Renal Glomeruli Capillary Network

پالايش خون در گلومرول كليه همواره مورد توجه فيزيولوژيست ها بوده است ولي از آنجا كه در اين تحقيقات نمي توانستند به چيزي بيشتر از اطلاعات كيفي دسترسي پيدا كنند، توسط مدل سازي هاي عددي رياضي دانان اين مشكل پيش روي را مرتفع ساختند. در كار پيش رو سعي مي شود با جمع آوري نتيجه پژوهش هاي محققين فيزيولوژي و علوم پزشكي، محققين علوم كامپيوتر و رياضي، مدلي مهندسي براي بررسي كامل اين شبكه مويرگي ارايه شود. ابتدا مدل همگن كه پيش از اين توسط دين معرفي شده است، مورد بررسي قرار مي گيرد. با حل دو بعدي معادلات مومنتوم و انتقال جرم، ميزان فيلتراسيون خون بدست مي آيد. در ادامه به مطالعه ي آناتومي شبكه گلومرول پرداخته مي شود و با جمع بندي آن ها يك شبكه سه بعدي قابل دفاع از بستر مويرگي گلومرول ارايه مي شود. با استفاده از معادلات سه بعدي مومنتوم و انتقال جرم، مدل پيشنهاد شده به صورت عددي حل مي شود. مزيت اصلي مدل شبكه اين است كه مطالعه پارامترهاي مختلف كه به دليل بيماري هاي مختلف به صورت ناحيه‌اي ايجاد مي شوند را امكان پذير مي كند. در مدل شبكه ارتباط بين لوبول ها و شكل آن ها تنها براي توزيع بهتر جريان در شبكه و بهبود فرايند انتقال جرم است. مدل شبكه علاوه بر مزيت هايي كه در بررسي بهتر شبكه مويرگي دارد، در دبي هاي بزرگ‌تر از nl/min150 جواب دقيق تري براي ميزان فيلتراسيون در اختيار قرار مي دهد.

Plasma filtration in the renal glomeruli capillary network has been studied by physiologists for many years. Since they can access only to restricted information of plasma filtration, numerical modeling is employed to surmount this restriction. In this study, a three-dimensional CFD modeling of capillary network is presented for the analysis of blood distribution and local plasma filtration in the glomerular network. First, the homogeneous model is studied by solving the two-dimensional equations of momentum and species transport. Next, specifications and parameters of capillary network are acquired by studying six previously proposed glomerular networks. Then, adequate network is proposed to investigate the effects of capillary networks on plasma filtration. Finally, three-dimensional momentum and species transport equations are solved for the network model. This model makes it possible to study the effects of various parameters locally on plasma filtration and this is the main advantage of the proposed model. In network model connection between lobules and their shapes just improve flow distribution and mass transfer. Otherwise the glomerular filtration rate in the flow rate of more than 150nl/min is evaluated more accurately in this model.