n P
TAV t
V1

١- مقدمه
بررسـی مکانیـک سیـستم دفـع ادرار نقـش بـه سـزایی در شناخت سـازوکارهای حیـاتی ایـن سیـستم در بـدن انـسان درشرایط سالم و بیمار دارد. سـازوکار دودیشـکل از انقباضـهای پشت سرهم در طول یک مجرای انعطافپذیر (میزنـای ) ایجـادمیشود. این حرکت، علاوه بر میزنای، عامـل انفعـالات حیـاتیزیادی در اندامهای بدن انسان است که انتقال سیالات زیستی رادربر می گیرند. سازوکار دودی شکل در میزنـای، انتقـال ادرار ازکلیه به مثانه را تـسهیل مـیکنـد . ایـ ن سـازوکار از زمـان آغـازتحقیقات در زمینه حرکت دودیشکل، یکی از موضوعات مهـممورد بررسی بوده است [۱-٣]. بـا ایـن وجـود و بـا توجـه بـهتحقیقات گسترده در این زمینه، سازوکار پدیـده دودیشـکل درمیزنای بهطور کامل درک نشده است و هنـوز جـزو مـسائل دردست تحقیق است.
سازوکار دودی شکل در میزنای به ایـن صـورت اسـت کـهتحریک الکتریکی دیواره، موج انقباضی ایجاد میکند که بهطـورپیوسته و سلول به سلول۱ از محل تحریک بهسمت مثانه منتـشرمیشود [۴]. در یک میزنای سالم، حرکت دودیشـکل یـک تـاپنج بار در دقیقه اتفاق میافتد. زمانی که انقباضهای دودیشـکلدر میزنای وجود ندارد (در بـازههـای زمـانی بـین دو تحریـکتوسط انقباض ساز۲)، میزنای بهصـورت مجرایـی نافعـال عمـلمیکند که در آن جریان ادرار بـهصـورت پایـا وجـود دارد [۲].
شایان ذکر است که انتقال ادرار در میزنای تنهـا در اثـر حرکـتدودیشکل صورت نمیگیرد و به اختلاف فشار بین لگنچههای کلیوی و مثانه نیز بستگی دارد [۳]. جریـان غیـر عـادی ادرار ازمثانه به میزنای و احتما ﹰلا به کلیه ها، رفلاکس۳ نامیده میشود. در موارد شدید این عارضه، رفلاکس می توانـد باعـث انتقـال مـوادسمی و باکتریها از مثانه به کلیه و ایجـاد عفونـت و اخـتلال درعملکرد کلیه شود [۳] که در این صورت، دیالیز یا پیونـد کلیـهاجتناب ناپذیر است [۵].
کارکرد فیزیولوژیک میزنای که نرخ انقباض ماهیچـه صـافرا دربر میگیرد، بسیار پیچیده است و بـه ایـن سـبب، ماهیچـه صاف میزنای تاکنون بهطور دقیق مدل سازی نشده است [۶]. سه فاکتور تأثیرگذار در نرخ انقباض ماهیچه صاف عبارت اند از:
۱) نیرویی که باعث انقباض ماهیچهای می شود که بهطور عمدهاز نیروهای هیدرودینامیکی (لزجی) تشکیل می شود که برای به حرکت درآوردن ادرار مورد نیاز است؛
۲) هندسه دینامیکی میزنای
۳) شرایط تحریک آن.
در حالت کلی، چهار نوع رژیم جریان در حین سـازوکار دودی شکل در میزنای گزارش شده است [۷-۹] که عبارت اند از:
۱) جریان بولاس ایزوله۴ (بولاس به مقدار معینی از ادرار که هربار در اثر موج دودیشکل جابه جا میشود، گفته می شود.)
۲) جریان بولاسهای در تماس۵
۳) جریان بولاسهای نشت کننده۶
۴) جریان لوله باز۷
یافتههای بـالینی اولـسن [۸] نـشان داد کـه در شـرایط کـارکردطبیعی میزنای انسان، سازوکار غالب انتقال ادرار از طریق امواجدودیشکل تحـت رژیـم انتقـال بـولاس ایزولـه ادرار صـورتمی گیـرد و سـازوکارهای دیگـر، تنهـا در شـرایط فیزیولوژیـکخاصی که دبی ادرار بیشتری انتقال مییابد، اتفاق میافتد [۱۰].
وحیدی و فتورائی [۱۱] مدلی دو بعـدی از جریـان ادرار ازکلیه به مثانه ارائه کردند. در آن مدل، فرض شد که یک دیـواره الاستیک در راستای طولی بین دو صفحه صلب حرکت می کنـد .
مهمترین محدودیت آن تحقیق، عدم اعمال تحریـک سـلول بـهسلول دیوار ه میزنای در طی حرکـت دودیشـکل اسـت کـه درشرایط فیزیولوژیکی اتفاق میافتـد [۴]. پـس از آن، وحیـدی وهمکاران [۱۲-۱۴] مدلهایی متقارن محوری مربـوط بـه شـرایطجریان لول ه باز در میزنای را با استفاده از داده های واقعی میزنایارائ ه کردن د ک ه در آن، ای ن مح دودیت را برط رف و ت أثیرپارامترهای مکانیکی مختلف را بر توزیـع جریـان در میزنـای وتـنش در جـداره داخلـی آن بررسـی کردنـد. در آن مطالعـات، مدلهای الاستیک خطی برای دیواره استفاده شد که فرض سـادهکنندهای محسوب میشود. در تحقیق حاضر، این محـدودیت رابرط رف ک ردهای م؛ ب دین گون ه ک ه ب ا اس تفاد ه از دادهه ای آزمایشگاهی، ویژگی های مکانیکی دیواره میزنای را با اسـتفاده ازیک مدل غیرخطی بهطور نسبتﹰا دقیقـی لحـاظ و عبـور بـولاسایزوله ادراری را در یک مجرای تقریبﹰا جمع شده۸ با اسـتفاده ازاندازههای دقیقی که از مطالعات ریخـت سـنجی۹ و آنـاتومیکیمیزنای [۱۵] بهدست آمده است، شبیهسازی کردهایم. بهعلاوه، از نوآوریهای این تحقیق، مدلسازی مثانه و بررسی عددی جریـانادرار تخلیــه شــونده بــه آن در اثــر ســازوکار دودی شــکل است. در نهایت، اعتبار سـنجی مـدلهای عـددی بـا اسـتفاده ازداده های سرعت بهدست آمده از تصاویر سونوگرافی در لحظاتتخلیه ادرار به مثانه صورت میگیرد.

٢- معادلات حاکم، مواد و روشها
هدف اصلی این تحقیق، فراهم آوردن مدلی عددی است کهسازوکار معمول و طبیعـت پیچیـده انتقـال دودیشـکل ادرار ازکلیه به مثانه را با دقت بیشتری نسبت به تحقیقات قبلی [۹-۱۴] شبیهسازی می کند. به این منظور، از دادههای مورفومتریک ناحیهلومینال١٠ میزنای در حین سازوکار دودیشکل [۱۵] در سـاختنمدل هندسی اولیه استفاده شده است. هندسـه اولیـه مـدل ارائـهشده (پیش از تحریک دودیشکل) در شکل (۱) نشان داده شدهاست. بـولاس ادراری اول یـه تـشکیل یافتـه در نـواحی ابتـداییمیزنای به طول ۶ سانتی متر در این شکل نمایان است. طول کلیمیزنای در انسانهای بالغ در حدود ۳۰ سانتی متر است که در اینمطالعه فرض شده است [۱۶]. نسبت بین مقاطع داخلی مجرا در نواحی قله بولاس دوکیشکل و نواحی جمع شده میزنای، ۷/۱۶ فرض شده است که بـر مبنـای انـدازهگیریهـای بـالینی از یـکمیزنای زنده در حین سازوکار دودیشکل بـوده اسـت [۱۵]. در این مدل، مثانه بهصورت مخزنی کروی با حجم ۳۰۰ میلـیلیتـرفرض شده است که معادل حجم پر مثانه اسـت [۱۷]. گـزینشحجم پر مثانه در مدل محاسـباتی بـهدلیـل مقایـسه نتـایج حـلعددی با دادههـای بـالینی حاصـل از سـونوگرافی اسـت. زیـرا

Bladder rigid wall
شکل ۱- هندسه مدل محاسباتی میزنای و مثانه. در این شکل، سطح تماس صلب که با سرعت ثابت URigid contact surface بهسمت مثانه حرکت میکند، باعث ایجاد موج انقباضی در دیواره میزنای شده است. بولاس ادرار اولیه که در شرایط فیزیولوژیکی، پیش از شروع موج تحریک در ابتدای مثانه ایجاد میشود، در شکل نمایان است. مدل بهصورت متقارن محوری ساخته شده است ولی در این شکل برای نمایش بهتر، بهصورت کامل نشان داده شده است. x، فاصله محوری از انتهای میزنای بهسمت مثانه است.
دستگاههای سونوگرافی موجود در گرفتن تصاویر بـولاس ادراردر شرایط مثانه خالی یا نیمه پر دارای محدودیتاند.
از آنجا که مجاری زیستی از لحاظ هندسی و نیـز خـواصمادی، بسیار غیرخطیاند، اثـر ابعـاد مـدل هندسـی (دو یـا سـهبعدی) در نتایج مدلهای اجزای محدود بدیهی بهنظر میرسد. از این رو، یکی از مزایای عمده مدل محاسباتی حاضر در مقایـسهبا مدلهای متعدد دو بعـدی محققـان قبلـی [۱۱، ۱۶، ۱۸ و ۱۹]، متقارن محوری فرض شدن مدل در این تحقیق اسـت کـه گـاممهمی در مدلسـاز ی سـه بعـدی میزنـای بـه شـمار مـیآیـد وهمچنین این امکان را فراهم مـیکنـد تـا بتـوان از چنـین مـدلهندسی در تحلیل سازوکارهای مـشابه زیـستی شـامل مجـاریجمع شونده نیز بهره برد.

۲- ۱- مدل مادی دیواره میزنای و شرایط مرزی مدل دیواره میزنای بسیار انعطـافپـذیر اسـت و مـدل مکـانیکیمناسب برای آن باید این ویژگی را دربر داشـته باشـد. یکـی ازاین مدلها، مدل غیرخطی ابرالاستیک اسـت. در ایـن مطالعـه، ازمدل ارودا-بویس۱۱ برای دیوار ه میزنای استفاده شـد. ایـن مـدلغیر گوسی۱۲، ماد ه جامد را بهصورت شـبکه مولکـولی هـشتزنجیری فرض میکند. آزمایـشات عـددی بـسیاری نـشان دادهاست که این مدل برای موادی کـه تحـت کرنـشهای بـزرگ تـا۳۰۰% قرار میگیرند، مناسب اسـت [۲۱]. همچنـ ین ایـن مـدلحتی با دادههای آزمایشگاهی محدود، تطـابق خـوبی را فـراهم میکند [۲۲]. لذا دادههای آزمایشگاهی حائز ویژگیهای مکانیکی میزنای از نتیجه تحقیقات یین و فانگ [۲۰] به این مـدل مـادی(ارودا-بویس) در نرم افزار ادینا برازش شد، شکل (۲).
رفتار مکانیکی مواد لاستیکی۱۳ با تابع دانسیته انرژی کرنشیW نشان داده میشود [۲۳-۲۶] که روابط تـنش – کـرنش از آنبه دست می آید. تابع دانسی ته انرژی کرنشی مدل ارودا-بویس بـااستفاده از مکانیک آماری۱۴ بهصورت زیر است:
1560576-26064

w8ch =

NKθ⎡⎢βchain λchain + n ln⎛⎜ βchain⎞⎟⎤⎥
2 ⎢⎣⎜⎝sinhβchain ⎟⎠⎥⎦ (۱)

شکل ۲- منحنی تنش-کرنش مهندسی حاصل از آزمون کشش ساد ه دیواره میزنای [۲۰]. مدل غیرخطی ارودا-بویس از دادههای

آزمایشگاهی یین و فانگ [۲۰] در نرم افزار ادینا برازش شده است؛ الف) محدوده کامل رابطه تنش-کرنش در شرایط فشار و کشش با تقریب مورد استفاده در نرم افزار ادینا از مدل غیرخطی مورد نظر، ب) منحنی حاصل از برازش مدل ارودا-بویس با مقادیر نقطهای در محدود ه دادههای آزمایشگاهی در نرم افزار ادینا.
K ،n ،N وθ به ترتیب چگالی زنجیره۱۵، تعداد اتصالات در هـرزنجیره، ثابت بولتزمن۱۶ و دمای مطلق است و در این معادله:
λchain =(13 I1)12
βchain =L−1⎛⎜λchain ⎞⎟
⎜⎝

n

n

⎟⎠
برای اعمال معادله فوق در تحلیل عددی، تـابع دانـسیته انـرژیکرنشی فوق بهصورت زیر به شکل نمایی تبدیل میشود:
771907142403

n ⎡ Cii⎤
w8ch =µ∑i=1 ⎢⎢λ2mi−2 (I1 −3)⎥⎥⎦

تقریب مرتبه پنجم این عبارت کـه دارای دقـت مناسـبی اسـتبه صورت زیر است:
5 ⎡ C⎤
78409818699

w8ch =µ∑⎢λ2mi−i 2 (I1i −3)⎥⎥⎦
i=1 ⎢⎣
،C1 = ۰/۵
،C2 = ۰/۰۵
،C3 = ۰/۰۱۰۴۷
،C4 =۰/۰۰۲۶۹
.C5 = ۰/۰۰۰۷۷
که در این معادلهها، µ مدول برشی اولیـه وλm کـشیدگی قفـلشدنی۱۷ است. برای توضیحات تفصیلی در خصوص این مـدل،به تحقیقات ارودا و بویس رجوع شود [۲۱].
در مدل جامد، بـهعنـوان قیـود، خطـوط ابتـدایی و انتهـاییدیواره جامد میزنای ثابت درنظر گرفته شـد. همچنـین شـرایطمرزی برهمکنش سیال و جامد بر روی فصل مـشترک سـیال وجامد (میزنای – ادرار ) اعمال شد . دیواره مثانـه صـلب فـرضشد؛ به این صورت کـه در مـدل سـیال، شـرط دیـوار در مـرزبیرونی مثانه اعمال شد.

۲- ۲- مدل ادرار
در مدل محاسباتی مورد بررسـی، جریـان ادرار بـهصـورتجریان سیال گـذرا در یـک مجـرای متقـارن محـوری بـا طـولمحـدود درنظـر گرفتـه شـده اسـت. همچنـین، جریـان سـیال به صورت لایه ای، نیوتنی، لزج و تا حـدی تـراکمپـذیر ۱۸ فـرضشده است تا مثانه پر بتواند تخلیه بولا س ادرار به درون خود راتحمل کنـد. در ایـن نـوع جریـان، چگـالی سـیال تـراکمپـذیربه صورت زیر است:
ρ =ρ +m⎛⎜⎝1

Pk⎞⎟⎠ (۶)
که ρ چگالی مبنای سیال در فـشار صـفر اسـت.P فـشار وk مدول بالک سیال (یک عدد ثابـت بـزرگ) اسـت . از آنجـا کـهجریان مورد بررسی ذاتﹰا تراکمناپذیر است، در تمـامی معـادلاتحاکم ب ه جز معادل ه پیوستگی، چگالی ثابت ρ فرض شد . شکل ناپایستار معادله پیوستگی در جریانهـای تـا حـدی تـراکمپـذیرمتقارن محوری بهصورت زیر است:
8153566735

(۷) ykρ ∂⎜⎝⎛ ∂pt +v.∇p ⎟⎠⎞+ρm∇. (yv) = 0 کــه y مختــصه شــعاعی در دســتگاه مختــصات اســتوانهای وv بردار سرعت سـیال اسـت. معادلـه انـدازه حرکـت سـیال تراکمناپذیر در این جا همچنان برقرار است و شکل ناپایستار این معادله در مدل متقارن محوری بهصورت زیر است:
143239-65487

B
v
t

ρ∇−∇
ρ
+
=
+

)
۹
(

2
0
v
p
y
2
y
y
φ
µ
φ
e



λ


τ
−+
+

=
=−




B

v

t

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

ρ∇−∇

ρ

+

  • 1

دیدگاهتان را بنویسید