The circulatory system is closely related to the inter-relationship between the anatomy of the heart and blood vessels, and the fluid dynamic properties of blood. The physical properties of blood, which affect blood flow, are called hemorheologic factors. Hemorheologic factors, such as blood viscosity and erythrocyte aggregation, are influenced mainly by hematocrit. A higher hematocrit level results in an increase in blood viscosity, erythrocyte aggregation, which impedes the circulation itself, and tissue oxygenation. An excess of serum ferritin causes injury to vascular endothelial cells and erythrocytes via oxygen free radicals. In addition, an excess of blood can aggravatee the adverse effects of the hemorheologic parameters and induce atherogenesis, microcirculatory disturbances, and major cardiovascular events. A preventive and therapeutic approach with a phlebotomy or blood donation has been stimulated by the knowledge that blood loss, such as regular donations, is associated with significant decreases in key hemorheologic variables, including blood viscosity, erythrocyte aggregation, hematocrit, and fibrinogen. Major cardiovascular events have been improved in regular blood donors by improving blood flow and microcirculation by decreasing the level of oxidative stress, improving the hemorheologic parameters, and reducing the serum ferritin level. Confirmation of the positive preventive and therapeutic effects of blood donations on cardiovascular disease by a well-designed and well-controlled Cohort study may be good news to patients with cardiovascular disease or at risk of these diseases, as well as patients who require a transfusion.
The aim of this study was to measure whole blood viscosity (WBV) and then to establish its reference values and identify correlation between WBV and hematology or serum chemistry in beagle. The experiment was made up of 82 healthy beagle dogs. Jugular vein blood samples (10 ml) were collected. WBV (cP) measured within 4 hours after collection by U-shaped scanning capillary-tube viscometer ($BVD-PRO1^{(R)}$) which is capable of measuring yield stress and viscosity of whole blood continuously over a wide range of shear rates from $1s^{-1}$ to $1000s^{-1}$ is new type of capillary tube viscometer and calculates viscosity using Casson fluid model. Measured values of WBV, Complete blood cell count, serum chemistry were analyzed by RM-ANOVA test. Mean diastolic and systolic WBV (cP) were $29.032{\pm}6.137$ and $4.528{\pm}0.865$. Bodyweight (BW), Red blood cell count (RBC), Hemoglobin (HGB), Hematocrit (HCT), Alkaline phosphatase (ALP), Cholestetol (CHOL), Total protein (TP), Globulin, Chloride (Cl), Fibrinogen, were statistically correlated with WBV over whole range of shear rates (p < 0.05). This study newly evaluated reference values of WBV by U-shaped viscometer in beagle. Correlation between WBV and BW, RBC, HGB, HCT, ALP, CHOL, TP, Globulin, Cl, Fibrinogen was presented.
In order to obtain velocity profile of blood flow with high spatial resolution, a micro PIV technique consisted of a fluorescent microscope, double-pulsed YAG laser, cooled CCD camera was applied to in-vitro blood flow experiment through a micro round tube of a diameter $100{\mu}m$. Velocity distributions of blood flow for rabbit were obtained. The viscosity profiles for shear rate were found at flowing condition. To provide hemorheological characteristics of blood flow, the viscosities for shear rate were evaluated. The viscosity of blood also steeply increase by decreasing shear rate resulting in Non-Newtonian flow, especially in low shear rate region caused by RBC rheological properties. The results show typical characteristics of Non-Newtonian characteristics from the results of velocity profile and viscosity for blood flow. From the inflection points, cell free layer and two-phase flow consisted with plasma and suspensions including RBCs can be separated.
In order to investigate flow characteristics of blood flow in a micro tube ($100{\mu}m$ in diameter) according to hematocrit, in-vitro experiments were carried out using a micro-PIV technique. The micro-PIV system consists of a microscope, a 2 head Nd:YAG laser, a 12 bit cooled CCD camera and a delay generator. Blood was supplied into the micro tube using a syringe pump. Hematocrit of blood was controlled to be 20%, 30% and 40%. The blood flow has a cell free layer near the tube wall and its thickness was changed with increasing the flow rate and hematocrit. The hemorheological characteristics such as shear rate and viscosity were evaluated using the velocity field data measured. As the flow rate increased, the blunt velocity profile in the tube center was sharpened. The viscosity of blood was rapidly increased with decreasing shear rate, especially in the region of low shear rate, changing RBC rheological properties. The variation of velocity profile and blood viscosity shows typical characteristics of Non-Newtonian fluids. On the basis of inflection points, the cell free layer and two-phase flow consisting of plasma and suspensions including RBCs were clearly discriminated.
The present study investigates the hemorheological characteristics of blood flow with applying vibration to a non-aggregating red blood cell suspension. In order to obtain the non-aggregating RBC suspension, blood samples were treated with vibration at a specified condition, which viscosities were taken before and after the treatment, respectively. The viscosity of the blood samples after treatment was higher than before treatment. These treated blood samples were forced to flow through a capillary tube that was vibrated perpendicularly to the direction of the flow. The experimental results showed that vibration caused a reduction of the flow resistance of the non-aggregated blood. The reduction of the flow resistance was strongly dependent on both frequency and amplitude of vibration. These results show potential in treating various diseases in the microcirculation associated with blood cell aggregation.
Ahn, Chi Bum;Kang, Yang Jun;Kim, Myoung Gon;Yang, Sung;Lim, Choon Hak;Son, Ho Sung;Kim, Ji Sung;Lee, So Young;Son, Kuk Hui;Sun, Kyung
Journal of Chest Surgery
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v.49
no.3
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pp.145-150
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2016
Background: Extracorporeal circulation (ECC) can induce alterations in blood viscoelasticity and cause red blood cell (RBC) aggregation. In this study, the authors evaluated the effects of pump flow pulsatility on blood viscoelasticity and RBC aggregation. Methods: Mongrel dogs were randomly assigned to two groups: a nonpulsatile pump group (n=6) or a pulsatile pump group (n=6). After ECC was started at a pump flow rate of 80 mL/kg/min, cardiac fibrillation was induced. Blood sampling was performed before and at 1, 2, and 3 hours after ECC commencement. To eliminate bias induced by hematocrit and plasma, all blood samples were adjusted to a hematocrit of 45% using baseline plasma. Blood viscoelasticity, plasma viscosity, hematocrit, arterial blood gas analysis, central venous $O_2$ saturation, and lactate were measured. Results: The blood viscosity and aggregation index decreased abruptly 1 hour after ECC and then remained low during ECC in both groups, but blood elasticity did not change during ECC. Blood viscosity, blood elasticity, plasma viscosity, and the aggregation index were not significantly different in the groups at any time. Hematocrit decreased abruptly 1 hour after ECC in both groups due to dilution by the priming solution used. Conclusion: After ECC, blood viscoelasticity and RBC aggregation were not different in the pulsatile and nonpulsatile groups in the adult dog model. Furthermore, pulsatile flow did not have a more harmful effect on blood viscoelasticity or RBC aggregation than nonpulsatile flow.
Effects of brazilin on the blood viscosity and erythrocyte deformability were investigated in alloxan induced diabetic rats. By the treatment to alloxan induced diabetic rats, enhancement of erythrocyte deformability was observed. In the in vitro study on the erythrocyte deformability, brazilin showed statistically significant improving effects on the erythrocyte deformability. At the concentrations of $10^3$ M of brazilin, erythrocyte deformability was compared with those of hematoxylin, pentoxifyline and prednisolone.
The flow characteristics of chicken blood in a micro-tube with a $100{\mu}m$ diameter are investigated using a micro-Particle Image Velocimetry (PIV) technique. Chicken blood with 40% hematocrit is supplied into the micro-tube using a syringe pump. For comparison, the same experiments are repeated for human blood with 40% hematocrit. Chicken blood flow has a cell-free layer near the tube wall, and this layer's thickness increases with the increased flow speed due to radial migration. As a hemorheological feature, the aggregation index of chicken blood is about 50% less than that of human blood. Therefore, the non-Newtonian fluid features of chicken blood are not very remarkable compared with those of human blood. As the flow rate increases, the blunt velocity profile in the central region of the micro-tube sharpens, and the parabolicshaped shear stress distribution becomes to have a linear profile. The viscosity of both blood samples in a low shear rate condition is overestimated, while the viscosity in a high shear rate range is underestimated due to radial migration and the presence of a cell-depleted layer.
In this study, it was tested whether the changes of catecholamines and its metabolites are related with the changes of blood pressure(BP) induced by different levels of lead exposure. Adult male SD rats were exposed to lead by giving drinking water containing 50(low doses), 200 and 1,000 ppm(high doses) of lead(as lead acetate) or sodium acetate(for control groups, supplying an identical amount of acetate) for 7 or 16 weeks. The systolic BP was measured in the unanesthetized state by the tail-cuff technique. Levels of catecholamines and its metabolites in urine were measured by HPLC-ECD. Rats receiving 200 and 1,000 ppm developed an elevation of systolic BP at 3 and 7 weeks compared with week 0, but blood pressure levels at 16 weeks returned to normal. For the 50 ppm lead treated group, systolic BP increased significantly at 7 weeks and 16 weeks. The concentrations of norepinephrine and VMA in the urine of lead exposed rats changed similarly to the changes of blood pressure, but blood viscosity levels in all lead treated rats increased continuously during all lead treatment periods. This result suggests that the changes of catecholamines and its metabolites in urine by lead intoxication may influence the changes of blood pressure.
Song, Jae Min;Hong, Hyeonji;Ha, Yi Kyung;Yeom, Eunseop
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.17
no.2
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pp.10-16
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2019
Considering the role of viscosity in the hemorheology, the characteristics of non-Newtonian fluid are important in the pulsatile blood flows. Stenosis, with an abnormal narrowing of the vessel, contributes to block blood flows to downstream tissue and lead to plaque rupture. Therefore, systematic analysis of blood flow around stenosed vessels is crucial. In this study, non-Newtonian behaviors of blood analog fluids around the micro-stenosis with 60 % severity in diameter of $500{\mu}m$ was examined by using CFX under the pulsatile flow conditions with the period of 10 s. Viscosity information of two non-Newtonian fluids were obtained by fitting the value of normal blood and highly viscous blood. As the Newtonian fluid, the water at room temperature was used. During the pulsatile phase, wall shear stress (WSS) is highly oscillated. In addition, high viscous solution gives rise to increases the variation in the WSS around the micro-stenosis. Highly oscillating WSS enhance increasing tendency of plaque instability or rupture and damage of the tissue layer. These results, related to the influence on the damage to the endothelium or stenotic lesion, may help clinicians understand relevant mechanisms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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