Modeling of blood cell surface oscillations as fluid-filled multilayer viscoelastic shells
DOI:
https://doi.org/10.17721/1812-5409.2022/1.4Ключові слова:
Еритроцити, Математичне моделювання, Багатошарові оболонки, Вільні коливання, Вимушені коливанняАнотація
Rheological properties of the red blood cells (RBC) determine their movement in the larger and smaller blood vessels, oxygen and carbon dioxide delivery to/from the cells. Those properties vary significantly with age and health state of an organism. In this paper a new rheological model of RBC as a thin multilayer shell, which includes the cytoskeleton, lipid bilayer, glycocalyx, and hydrate shell as Maxwell's viscoelastic bodies is proposed. Mechanical properties of the rheological model in isotonic, isometric and dynamic experiments are studied. The oscillations of the surfaces of erythrocytes or other cells in the approximation of multilayer viscoelastic shell filled with a viscous fluid are investigated. The expressions for the dynamic Young’s modules and viscosity/fluidity coefficients as functions of the viscoelastic and geometric parameters of the layers are obtained. The problem of propagation of small perturbations along the cell surface is considered. The solutions of the problem in the form of Young and Lamé waves are obtained. The method of identification of the erythrocyte parameters from the experimental measurements of the wave propagation on the basis of the developed mathematical model for the purposes of clinical diagnostics of diseases with use of a microdrop of blood of the patient is proposed.
Pages of the article in the issue: 40 - 43
Language of the article: Ukrainian
Посилання
FORMAGGIA, L., QUARTERONI, A., VENEZIANI, A. (Eds.) (2009) Cardiovascular Mathematics. Modeling and Simulation of the Circulatory System. Springer-Verlag.
PUIG-DE-MORALES-MARINKOVIC, M., TURNER, K.T., BUTLER, J.P., et al. (2007) Viscoelasticity of the Human Red Blood Cell. Am. J. Physiol. Vol.293. P.597–605.
ISLAMZADA, E., MATTHEWS, K., GUO, Q., et al. (2020) Deformability based sorting of stored red blood cells reveals donor-dependent aging curves. Lab Chip. Vol.20. P. 226-235.
ABDALLA, S. (2011) Effect of erythrocytes oscillations on dielectric properties of human diabetic-blood. AIP Advances. Vol. 1, 012104.
BATYUK, L., KIZILOVA, N. (2018) Modeling of dielectric permittivity of the erythrocytes membrane as a three-layer model. In: Development trends in medical science and practice. Riga: “Baltija Publishing”. P. 18-37.
GUGLIETTA, F., BEHR, M., BIFERALE L., et al. (2020) On the effects of membrane viscosity on transient red blood cell dynamics. Soft Matter. Vol. 16. P. 6191-6205.
SU, T.C. (1981) The effect of viscosity on free oscillations of fluid-filled spherical shells. Journal of Sound and Vibration. Vol.74. P. 205-220.
JOHANSEN, K., KIMMEL, E., POSTEMA, M. (2017) Theory of red blood cell oscillations in an ultrasound field. Archives of Acoustics. Vol. 42. P. 121–126.
DILL, E.H. (2006) Continuum Mechanics. Elasticity, Plasticity, Viscoelasticity. CRC Press.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, роботи яких публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
- Автори зберігають авторські права та надають журналу право на першу публікацію роботи, яка одночасно ліцензується згідно із Creative Commons Attribution License, тобто надається дозвіл іншим ділитися роботою з визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
- Автори можуть укладати окремі додаткові угоди щодо невиключного розповсюдження опублікованої журналом версії роботи (наприклад, розмістити її у репозитарії наукової установи чи опублікувати у книзі) з підтвердженням її початкової публікації у цьому журналі.
- Дозволяється та заохочується розміщення своїх робіт в мережі Інтернет авторами (наприклад, у репозитаріях наукових установ або на особистих веб-сторінках) до та під час процесу подання, оскільки це може призвести до продуктивного обміну, а також до більш ранніх цитувань опублікованої роботи та їх більшої кількості (див. The Effect of Open Access).
