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Motivation

Die Adhäsion von Thrombozyten an den Gefäßwänden ist maßgeblich an der Initiierung von Gefäßerkrankungen beteiligt. Durch den Adhäsionsprozess kommt es zu entzündlichen Veränderungen der Gefäßwand, Thrombosen und der Atherosklerose. In den westlichen Industriegesellschaften kann heute jeder zweite Tod auf eine Atherosklerose zurückgeführt werden. In der letzten Phase der Erkrankung folgt der Verschluss des Blutgefäßes, dem so genannten Infarkt. Dieser findet entweder am Entzündungsort statt oder durch den Transport eines Thrombus an anderer Stelle. Zwischen dem Zeitpunkt der Erkrankungsinitiierung und dem Infarkt können Jahrzehnte liegen. Das Verständnis des Adhäsionsprozesses könnte dazu beitragen solche Initiierungen zu lokalisieren.

Vorgehen/Ergebnis

Die Adhäsion von Thrombozyten findet vorzugsweise in gekrümmten und verzweigten Gefäßabschnitten statt. An diesen Stellen ist die Wandschubspannung reduziert und die Verweildauer der Thrombozyten ist erhöht. Es ist naheliegend das ein Zusammenhang zwischen der Wandschubspannung und der Thrombozytenadhäsion besteht. Dieser wurde experimentell, mit einer reinen Thrombozyten-Suspension und mit Vollblut untersucht. Die Beobachtungen zeigen einen nicht-linearen Zusammenhang zwischen der eingestellten Scherung und der sich einstellenden Adsorption. Die Adhäsion der Thrombozyten ist demnach abhängig von den Strömungsbedingungen.

Durch die Kombination von Mehrphasensimulationen, Phänomenologie und Dimensionsanalyse gelingt es, mit nur sehr wenigen physikalisch motivierbaren Modellparametern zentrale Vorgänge der Thrombozytenadhäsion in Abhängigkeit der Scherrate darzustellen. Die Abbildung zeigt die Umströmung einer Kugel in einem mikrofluidischen Kanal. Im Experiment durchströmt eine Thrombozyten-Suspension den Kanal. Im Nachlauf der Kugel kommt es zur Adsorption von Thrombozyten. Zum Vergleich dargestellt ist die Implementierung des Modells in einer Strömungssimulation. Es konnte gezeigt werden, dass die Adsorption von Thrombozyten, abhängig von den Strömungsbedingungen, in ihrer Position und ihrer Topologie beschreibbar ist. Neben der Behandlungsunterstützung kann das Modell zur Auslegung von Komponenten im Blutstrom, sowie blutführender Strukturen angewendet werden.