Beyin damar akışında gaz halde emboli davranışının matematiksel modellemesi

Kan dolaşımına katılan gaz embolilerin orta serebral artere ulaşması, damar tıkanıklığı sonucu dokulara oksijen iletilmesine engel olarak felç veya ölüme sebep olabilmektedir. Orta serebral arter daha küçük çaplı damarlara ayrılarak beyin dokusunu beslemektedir. Bu damara ulaşabilen gaz embolilerin çapı 5 mikrondan damar çapına kadar değişebilmektedir. Embolilerin takibi ve davranışının incelenmesi hayati önem taşımaktadır; ancak emboli oluşumu ve vücutta izledikleri yollar konusunda uygulamalı araştırmalar devam ettiği halde kesin sonuçlar bulunmamaktadır. Embolinin cinsi ve orta serebral arterdeki hacmi ve hızının tespitinde tercih edilen en kullanışlı yöntem Transkraniyal Doppler Ultrason (TCDU) yöntemidir. TCDU cihazı ile tek bir noktada anlık sinyal ölçümleri ile emboli özellikleri tahmin edilebilmektedir; ancak damar içindeki davranışı bilinmemektedir. Bu çalışmada, beyin damarında gaz halde bulunan nitrojen ve oksijen embolilerin davranışının anlaşılabilmesi için üç farklı kan akış hızında (32, 50 ve 78 cm∙s-1) fazlar arası kütle aktarımı sonucu hacimsel değişiklikleri ve akış dinamiklerini içeren bir matematiksel model geliştirilmiştir. 25 mm uzunluğunda ve 2.5 mm çapında bir orta serebral arterde farklı boyutlarda (50, 250, 500 ve 1000 µm yarıçapında) küresel emboliler için COMSOL Multiphysics® yazılımı kullanılarak yatışkın olmayan koşullarda iki boyutlu akış benzetimi yapılmıştır. Emboli, damar girişinden 5 mm ileride konumlandırılarak damarda ilerlediği 20 mm boyunca davranışı incelenmiştir. Kan akış hızındaki artışın kana geçen gaz miktarını artırarak embolinin daha hızlı küçülmesine neden olduğu görülmüştür. 32 cm∙s-1 ve daha düşük kan akış hızlarında orta serebral arterde bulunan 1000 µm ve daha büyük gaz embolilerin damar çıkışındaki daha küçük dalları ve 1.1 mm çapındaki en küçük temporopolar damarları tıkayabileceği belirlenmiştir.