Деформативность это: Деформативность — Справочник химика 21

Содержание

Деформативность — Энциклопедия по машиностроению XXL

Обычно крутящий момент изменяется по длине вала. Для более наглядного представления изменения крутящего момента строят его зпюру. Эпюра — график, показывающий изменение какого-либо силового или деформативного фактора (в данном случае крутящего момента) по длине вала.  [c.14]

При заданной величине нагрузки и заданных линейных размерах системы жесткость вполне определяется величиной максимальной деформации f Эту величину часто применяют для практической оценки деформативности геометрически одинаковых систем.  [c.205]


Отметим, что простейшим выражением уравнения состояния, характеризующего поведение материала под действием статически прикладываемой нагрузки, является графическое представление зависимости деформации испытуемого образца материала от нагрузки в виде диаграммы растяжения Р — А/, или в относительных координатах — диаграммы напряжений а — е. В других случаях это будут графические или аналитические зависимости исследуемых характеристик прочности или деформативности от тех или иных факторов (времени, температуры, асимметрии цикла, интенсивности облучения и т.
п.).  [c.662]

Результаты испытаний до разрушения натурных сварных сосудов и дисковых образцов с диаметральным швом методом гидравлического выпучивания показали, что в случае применения предлагаемой технологии сварки аустенитными электродами их прочность и деформативность не ниже таковых, выполненных по существующей технологии сварки перлитными электродами, регламентирующей предварительный подогрев и последующую термическую обработку в стационарной печи.  [c.103]

На схемах 27 и 28 рассмотрены дифференциальные уравнения для брусьев, различным образом соединенных с упругим основанием. Статическая сторона задачи здесь описана дифференциальным уравнением, для перемещений при соответствующей деформации. Геометрическая сторона выражает условия полного контакта равенство перемещений контактирующих точек бруса и основания. Физическая сторона характеризует деформативные свойства основания. В данном случае рассматривается простейшая модель основания, для которой  

[c. 17]

Выполняется деформативная (кинематическая) проверка. Физический смысл ее заключается в равенстве нулю перемещений по направлению любой из связей, наложенных на систему. Перемещения определяются любым известным методом, например, по способу Верещагина.  [c.10]

Для проведения деформативной проверки выбираем вторую основную систему (рис. 1.3, м) и строим эпюру от приложения к ней силы. Г/ =1  [c.21]

Проверка решения включает в себя статическую и деформативную проверки.  [c.26]

Деформативная проверка заключается в проверке равенства нулю перемещений заданной системы по направлению любой наложенной на нее связи. Выбираем другую основную систему, отбрасывая опору С и заменяя ее действие  

[c.27]

Деформативная проверка выполняется, следовательно, задача решена правильно.  [c.27]

Провести статическую и деформативную проверки подсчитать прогибы посредине каждого пролета и на консоли показать характер изогнутой оси балки с указанием на ней найденных прогибов.[c.84]


Фиксированное положение конструкций в пространстве обеспечивается их связями с неподвижными телами. Реальные связи между объектами имеют обычно достаточно сложное конструкционное решение и обладают определенной деформативностью или, как принято говорить, податливостью. Учет этих обстоятельств значительно осложняет анализ поведения конструкций под нагрузкой, а потому в обычных инженерных расчетах используют понятия идеальных связей, когда пренебрегают податливостью.  
[c.13]

Отметим, что вследствие незначительной деформативности материала шва в направлении действия силы лобовые швы жесткие, поэтому они разрушаются при весьма малых остаточных деформациях и плохо сопротивляются действию повторно-переменных и ударных нагрузок.  [c.224]

Таким образом, снижение напряжений при ударе может быть достигнуто увеличением обп ема путем уничтожения выточки, т. е. выравниванием напряжений по различным сечениям, или уменьшением объема материала за счет уменьшения площади утолщенной части, что приводит к увеличению деформативности.[c.695]

В практике расчетов из характеристик напряжений наиболее широко используют и Опч- Наряду с ними суш,ественной характеристикой, укоренившейся в практике классификации материалов по их прочности и деформативным свойствам, является остаточное удлинение при разрыве 6, которое определяется как средняя остаточная деформация в разрушенном образце на начальной длине = lOd, если сечение разрыва условно расположить в середине этого отрезка. Для этого до испытания на I, образец наносят равноудаленные по длине  

[c.140]

Другим примером зависимости деформативности бруса от вида поперечного сечения являются брусья тонкостенного коробчатого поперечного сечения, показанные на рис. 10.2. У одного из них замкнутое тонкостенное поперечное сечение, а другой имеет разрез контура, в результате чего оказывается существенно ослабленным и значительно хуже противостоит закручиванию концевыми моментами. Как показано в 13.10, эта разница в жесткостях при кручении тонкостенного стержня замкнутого профиля (рис.

10.2, а) и стержня открытого профиля (рис. 10.2, б) весьма существенна.  [c.208]

Винтовые пружины должны сочетать прочность с большой деформативностью, поэтому они изготовляются из материалов, для которых допускаемые напряжения достигают больших величин — 4000 6000 кГ/см и выше.  [c.189]

Решетка, связывая ветви колонны, обеспечивает их совместную работу и определяет общую устойчивость стержня, поэтому критические силы таких стержней зависят от соединительной решетки. Вследствие деформативности решетки составные стержни, состоящие из параллельных поясов, соединенных решетками из диагоналей и распорок или планками, в меньшей степени сопротивляются внешним силам, чем сплошные, имеющие ту же площадь поперечного сечения и ту же гибкость. При расчете таких колонн в расчет вводят несколько увеличенную длину стержня, т. е. умножают действительную длину на коэффициент (1, больший единицы.  [c.428]

Расчет упругих характеристик элементарного слоя содержит два этапа определение характеристик приведенной матрицы за счет усреднения упругих свойств волокон, уложенных в направлении, перпендикулярном к плоскости слоя, со связующим и расчет характеристик слоя исходя из упругих свойств волокон, параллельных плоскости слоя, и Свойств модифицированной матрицы. Таким образом, последующий расчет деформативных характеристик слоистого материала определяется выбором направлений армирования, которые усредняются при модификации свойств матрицы или являются арматурой выделенного элементарного слоя.  [c.57]

Деформативные характеристики материала определяли из условий совместной деформации всех составляющих единичный объем неоднородных  [c.130]

Во-первых, упругие свойства наращиваемого тела вызывают приращение напряжений одновременно во всех элементах наращиваемого тела при приращении внешней нагрузки. Во-вторых, ползучесть материала приводит к передаче части усилия от ранее рожденных элементов на вновь рожденные. Наконец, старение материала приводит к возрастной неоднородности, состоящей в большей жесткости (меньшей деформативности) ранее зародившихся элементов по сравнению со вновь рожденными, что уменьшает процесс разгрузки ранее рожденных элементов. Первый фактор объясняет увеличение максимального напряжения при учете последовательности возведения — загружения по сравнению со слу-, чаем загружения массива после его возведения.

Второй эффект проявляется на временах порядка времени ползучести материала и усиливается при увеличении времени возведения. При малых временах возведения, когда ползучесть материала не успевает проявиться, решение вязкоупругой задачи наращивания стремится к решению задачи упругого наращивания. При увеличении времени возведения увеличивается эффект разгрузки первого родившегося элемента 0 = 0, и величина Р Т, 0) уменьшается от 1 94 при Г —> о до 0,941 при Г = 40 сут. При дальнейшем увеличении времени Г увеличение жесткости элемента 0=0 по сравнению с позднее рожденными элементами в силу увеличения разности возрастов приводит, как видно йз таблицы, к увеличению величины Р Т, 0).  
[c.101]


При малой же скорости возведения площадь сечения должна увеличиваться в верхней части, чтобы компенсировать большую деформативность молодого материала.  [c.162]

Если ядро Р t, т), определяющее деформативные свойства цилиндра, вырождено, то ядро К(, х, ) также будет вырожденным, и интегральное уравнение (5. 17) может быть приведено к дифференциальному.) Для ядер вида (х, 1 ) = А (х) В ( ) решение может быть приведено к квадратуре (см. главу 1).  [c.219]

Ржаницын А. Р. Теоретические предпосылки к построению методов расчета деревянных конструкций во времени.— В кн. Исследования прочности и деформативности древесины.— М. Госстройиздат, 1956, с. 21—31.  [c.326]

Напомним, что в расчетных схемах используют три основных типа опор шарнирно-неподвижную, шарнирно-подвижную, защемление или заделку. Защемление применяют иногда в опорах не-1ЮДВНЖНЫХ осей. Для вращающихся осей н валов защемление не допускают. Выбирая тип расчетной опоры, необходимо учитывать, что деформативные перемещения валов обычно весьма малы, и если конструкция действительной опоры допускает хотя бы неболыной поворот или перемещение, то этого достаточно, чтобы считать ее шарнирной или подвижной. При этих условиях подшипники, одновременно воспринимающие осевые и радиальные нагрузки, заменяют шарнирно-подшипники, воспринимающие только  [c. 262]

Из-за повьпнешюй деформативности скрепленные СтаИины неприменимы в случаях, когда изделиям необходимо придать точные разки ы (прокат-  [c.405]

Общий вывод состоит в том, что скрепленные станины не имеют существегшых преимуществ перед обычными конструкциями, а по некоторым показателям (деформативность, технологичность) уступают им.  [c.406]

Для деформативной проверки используем метод начальных параметров. При выборе начала координат на левой опоре у = = 0. Из усло11,ия  [c.68]

Деформативная проверка. Она заключается в проверке равенства 1гулю перемещений основной или, что то же, заданной системы по направлению неизвестных А»/ и А .  [c.73]

А. Сен-Вепана, О. Мора, характеризуется широким исследованием деформативных свойств тел и построением (носящим феноменологический характер) различных критериев разрушения, называемых теориями прочности. Сущность этих теорий состоит в  [c. 5]

Возникла необходимость детального рассмотрения структурных схем каждого класса материалов и выявления в них наиболее характерных составляющих (элементов), определяющих деформативные свойства материалов. Вопрос о выборе и выделении таких элементов требует соответствующего обоснования. Известно, например, что переход к некоторой квазиоднородной анизотропной среде по всему объему материала соответствует частичному сглаживанию неоднородности материала часть арматуры усредняется со связующим в модифицированную матрицу. Получается одномерный материал с модифицированной матрицей, для которого достаточно просто учитывается кинематическая связь компонентов материала при нх совместном деформн-рованнн. Такой подход не является универсальным, так как нрн изменении ориентации волокон одного из направлений запись кинематических ус-  [c.48]

При расчете деформативных характеристик ортогонально-армированного двухмерного волокнистого композиционного материала используется прием, сущность которого состоит в том, что расчет проводят по формулам для однонаправленного материала, но характеристики связующего рассчитывают предварительно через свойства полимерной матрицы и армирующих волокон ортогонального направления.[c.56]

Для получения упрощенных зависимостей, описывающих усредненные упругие характеристики двухмерноарми-рованного слоя, использованы подходы, изложенные в работах [4, 18, 49]. Сначала укажем на основные допущения, принятые при приближенном описании деформативных характеристик однонаправленного композиционного материала [49] 1 — компоненты армированного пластика (волокно и матрица) изотропны и линейно упруги и работают совместно на всех этапах деформирования 2 — единичный объем материала находится в условиях плоского напряженного состояния 3 — пренебрегается напряжениями, перпендикулярными к волокнам при действии нормальной нагрузки вдоль волокон 4 — деформации вдоль нагрузки при поперечном (к направлению волокон) растяжении-сжатии пропорциональны в каждой компоненте ее объемному содержанию в материале 5 — напряжения неизменны в объеме отдельных компонентов.  [c.57]

Варианты моделей. Материалы, армированные системой трех нитей, создаются, как правило, с ориентацией волокон вдоль осей прямоугольной ИЛИ цилиндрической системы координат. Указанные особенности создания пространственного каркаса открывают возможности построения упрощенных моделей для расчета упругих характеристик рассматриваемого класса материалов как приведенной ортотроп-ной среды. Так как волокна одного из направлений перпендикулярны плоскости, проходящей через волокна двух других направлений, то в приближенном подходе представляется возможным ввести модифицированную матрицу. Ее деформативные характеристики определяют по известным формулам для трансверсально-изотропной среды, составленной из связующего и волокон одного из трех направлений армирования (техника введения модифицированной матрицы подробно описана на с. 58).  [c.121]

Анализ приведенных в этом параграфе данных показывает, что расчет упругих характеристик трехмерио-армироваиных материалов без учета шага укладки волокон по приближенным зависимостям, приведенным в 5.1, может явиться одной из причин значительного расхождения между их экспериментальными и расчетными значениями. В особенности это имеет место для высокой плотности распределения волокон, когда прослойка связующего вдоль какого-либо направления в плоскости сечения материала практически отсутствует. В случае, когда параметр плотности укладки волокон принимает средние значения в интервале изменения, определенном неравенством (5.31), значения деформативных характеристик, вычисленных ио всем при-блпл4енным моделям 5,1 и по рассмо-  [c.146]

Крегерс А. Ф., Мелбардис Ю. Г. Определение деформативности пространственно-армированных композитов методом усреднения жесткостей. —  [c.219]


СоЕо = 0,635 АаЕо = Ъ сут у = 0,03 сут Ь = 0,5 Р1 = = 0,06 сут Из рис. 2.1.3 видно, что с увеличением возраста усилие во втором теле может уменьшиться более чем в два раза. Это происходит из-за уменьшения деформативной способности первого тела с увеличением его возраста. Увеличение же возраста второго тела Та приводит лишь к незначительному (порядка нескольких процентов) увеличению величины Рц (оо)/Р вследствие увеличенпя жесткости тела йа.[c.84]

Деформативность древесины

При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, исчезающие после разгрузки; остаточные деформации сравнительно малы.

При кратковременных нагрузках (до определенного предела) наблюдается близкая к линейной зависимость между напряжениями и деформациями, т. е. древесина подчиняется закону Гука. Показателями деформативности древесины служат модули упругости, модули сдвига и коэффициенты поперечной деформации. Для определения модулей упругости при испытаниях необходимо измерять не только нагрузку, но и деформации.

Модули упругости древесины зависят от породы. Вдоль волокон модуль упругости в 20-25 раз выше, чем поперек волокон. В радиальном направлении поперек волокон модуль упругости на 20-50% выше, чем в тангенциальном.

Модули сдвига представляют собой коэффициенты пропорциональности между касательными напряжениями и угловыми деформациями. При растяжении или сжатии стержня его удлинение или укорочение сопровождается соответственно сужением или расширением стержня в поперечном направлении.

Реологические свойства древесины. Основные вещества, слагающие древесину, представляют собой природные полимеры с длинными гибкими цепными молекулами. Поэтому механические свойства древесины, так же как и других полимеров, должны изучаться на базе реологии (от гр. rheos — течение и logos — наука). Реология рассматривает общие законы деформирования материалов под действием нагрузки с учетом фактора времени. При кратковременных нагрузках древесина, как уже отмечалось, обладает свойствами сравнительно жесткого малодеформируемого тела. При увеличении времени действия нагрузок древесина ведет себя как весьма податливое тело, деформации которого довольно велики.

Было установлено, что под действием постоянной нагрузки, кроме упругой деформации, появляющейся в древесине немедленно после приложения нагрузки, с течением времени развиваются эластические деформации и остаточные деформации ползучести. Упругие и эластические деформации составляют обратимую часть общих деформаций. Они исчезают после снятия нагрузки (упругие деформации — сразу, а эластические — по истечении некоторого времени). Деформации ползучести (необратимая часть общих деформаций) сохраняются в древесине после снятия нагрузки при длительной выдержке в среде с постоянной температурой и влажностью.

Реологические показатели, характеризующие закономерности развития упругоэластических деформаций (мгновенный и длительный модули упругости, а также время релаксации), с повышением влажности и температуры древесины уменьшаются, что свидетельствует об увеличении ее податливости.

Гигро- и термомеханические деформации древесины. Увлажнение или нагревание нагруженной древесины приводит к увеличению общей деформации из-за снижения жесткости древесины. При этом образуются так называемые влажностно-силовые или температурно-силовые деформации. При последующей сушке или охлаждении они не исчезают и общая деформация нагруженной древесины сохраняется неизменной. После разгрузки обнаруживаются «замороженные» деформации. Поскольку они обусловлены превращением упругоэластических, т. е. обратимых деформаций, увлажнение или нагревание древесины приводит к их «размораживанию», исчезновению.

Таким образом, «замороженные» деформации образуются вследствие временной перестройки структуры древесины под управляющим воздействием нагрузки в процессе высыхания или охлаждения. Они вызывают эффект деформационной «памяти» древесины на температурно-влажностные воздействия, подробно исследованный в МЛТИ — МГУЛ автором совместно с Э. Б. Щедриной, Г. А. Горбачевой и Н. В. Скуратовым. Древесина «запоминает» также вид нагрузки и соответствующие ему деформации сжатия или растяжения. Нагревание (увлажнение) разгруженного объекта из древесины почти полностью восстанавливает его форму и размеры.

«Замороженные» деформации учитывают при расчете сушильных напряжений. В остаточные деформации после сушки древесины, обозначаемые в мировой литературе как «сет-деформации», кроме «замороженных» деформаций входят также необратимые деформации ползучести.

При многократных циклических изменениях влажности нагруженной древесины жесткость (и прочность) ее снижается, т. е. наблюдается гигроусталость. Это явление было исследовано автором совместно с Н. В. Скуратовым и Л. В. Поповкиной при растяжении ели в тангенциальном направлении поперек волокон. После шести циклов увлажнения-сушки в пределах от 20 до 12 % при напряжениях 1,2 МПа модуль упругости снизился примерно на 30%.

Гигроусталость необходимо учитывать при использовании древесины в строительных конструкциях.

Данные о деформативности древесины поперек волокон, определенные в МЛТИ при реологических испытаниях, используются для расчета сушильных напряжений в пиломатериалах, при обосновании режимов резания древесины и для других целей.

Геосинтетические материалы из поливинилалкоголя

В последнее время стали появляться геоматериалы, изготавливаемые из поливинилалкоголя (PVA) и предназначенные для армирования асфальтобетонных покрытий. К преимуществам этого сырья по отношению к полиэфиру (полиэстеру) относят, прежде всего, меньшую деформативность геоматериалов. Это означает, что геосетка из полиэфира (PET), например, Армостаб Асфальт , при одной и той же нагрузке будет удлиняться больше, чем геосетка из поливинилалкоголя. Все остальные отличия носят по большему счету голословный характер и ни чем не подтверждаются. Например, выражения: «ощутимое повышение эластичности асфальтобетонов, значительное уменьшение усталостных параметров» и пр. можно с одинаковой значимостью отнести как к одному виду геосеток, так и к другому.

Специальная битумная или акриловая пропитка полиэфирных нитей позволяет обеспечить химическую стойкость материала. Исследования немецких ученых показывают, что в условиях воздействия агрессивной среды (рН=12 — известковое молоко Са(ОН)2) значения прочности снижаются в пределах 2-3 %.

Особый состав поливинилалкоголя, нерастворимый в отличие от обычного в воде, ведет к удорожанию конечного продукта – геосетки.

Таким образом, существенная разница между геосеткой из полиэфира и поливинилалкоголя заключается в деформативности и цене: полиэфир больше удлиняется, а поливинилалкоголь стоит дороже. С увеличением прочности геосетки ее начальная деформативность снижается.

Учитывая вышесказанное можно сделать вывод, что в случае использования геосетки Армостаб-Асфальт из полиэфира с большей прочностью можно получить параметры «прочность-удлинение» аналогичные материалам из поливинилалкоголя. При этом стоимостные показатели будут сопоставимыми, а повышенная прочность значительно увеличит коэффициента запаса при химическом воздействии.

Сказанное можно проиллюстрировать графиком:

Сравнения геосеток из РЕТ и PVA

Как видно из рисунка, геосетка из PVA и геосетка из PET имеют одинаковую разрывную прочность 50 кН/м, но разное удлинение при разрыве PVA – 5%, РЕТ 11%. Рулон полотна шириной 4 м при растяжении может удлиниться на 2%, что составит 8 см, следовательно, допустимое удлинение не должно превышать 2% рубежа. В случае возникновения растягивающих напряжений 15 кН/м PVA-геосетка растянется на 2%, а РЕТ-геосетка на 5%. Но в данном случае сравниваются геоматериалы с одинаковой прочностью. Если сравнивать геосетку из поливинилалкоголя с прочностью 50 кН/м, с геосеткой ПолиЭф-Асфальт из полиэфира с прочностью 80 кН, то очевидно, что прочностные и деформационные показатели до достижения 2% удлинения одинаковые!

Т.е. геосетка PVA 50 кН/м = геосетка РЕТ 80 кН/м

Сравнение цен показывает, что полиэфирные материалы даже с большей прочностью дешевле.

Деформативные характеристики бетона | МОНОЛИТНЫЙ ДОМ-строительство в Москве и Подмосковье

Деформативные характеристики бетона

Деформативность.
Под деформативностью твердых тел понимают их свойство изменять размер и форму под влиянием силовых воздействий и несиловых факторов. В соответствии с этим деформации твердых тел разделяют на силовые и несиловые. Под несиловыми понимают деформации, проявляющиеся вследствие нарушения гигрометрического баланса парового давления, изменения температур. Несиловые деформации (усадка, набухание, температурные воздействия) являются объемными и развиваются одинаково во всех направлениях. Свободное несиловое деформирование не сопровождается изменением напряженного состояния твердого тела. Стесненные несиловые деформации приводят к возникновению напряжений называемых собственными напряжениями твердого тела. Эти напряжения могут служить причиной разрушения материала.

Под силовыми понимают деформации, проявляющиеся под воздействием внешних сил. Силовые деформации твердых тел развиваются преимущественно вдоль направления действия внутренних усилий. Они проявляются в виде сжатия, растяжения, сдвига. Одновременно с ними, как следствие продольного деформирования, возникают поперечные деформации. Деформативность твердых тел обусловлена их физической природой, поэтому разделение деформаций на силовые и несиловые, предполагающее их взаимонезависимость, является условным. В действительности силовые и несиловые деформации взаимосвязаны. Например, изменения влажности или температуры образцов приводят к изменению их механических характеристик (модуль упругости, меры ползучести) и тем самым влияют на проявление силовых деформаций.

По временной связи с напряжениями силовые деформации бывают мгновенные и запаздывающие. Мгновенные деформации фиксируют при неизменных во времени напряжениях; они развиваются одновременно с изменением напряжения, проявляются со скоростью, близкой к скорости звука, и прекращаются мгновенно, как только стабилизируются напряжения. Величина их зависит от упругопластических свойств материала, поэтому их часто называют упругопластическими деформациями.

В литературе часто при рассмотрении мгновенного деформирования материала имеют в виду однократное изменение формы и размеров тела при нагружении кратковременной нагрузкой. На самом деле всякое нагружение осуществляется во времени, поэтому неправильно сопоставлять экспериментальные результаты, полученные разными исследователями. Под мгновенным (в статическом понимании) понимают загружение образцов с немедленным автоматическим отсчетом деформаций. Для получения запаздывающих деформаций (ползучесть) необходимо одновременно испытывать серию образцов-близнецов: у одних образцов замерять общие силовые деформации, а у других — мгновенные силовые деформации. Разность между ними даст значение деформации ползучести материала. Запаздывающие деформации развиваются и при постоянных напряжениях; теоретически они стабилизируются лишь в бесконечной отдаленности, если напряжения не превышают длительной прочности материала.

В литературе принято силовые деформации условно разделять на линейные и нелинейные.
Под линейными понимают деформации, которые пропорциональны напряжению. Линейные мгновенные деформации являются упругими. При этом должно соблюдаться требование одинаковой меры ползучести при сжатии и растяжении, загружении и разгружении. Под нелинейными понимают мгновенные пластические и запаздывающие деформации; они непропорциональны напряжениям. Под непропорциональностью связи между напряжениями и деформациями понимают следующее: если несколько образцов-близнецов нагрузить разными силами, то запаздывающие деформации, накопленные образцами за равные промежутки времени, не пропорциональны этим силам. Нелинейность деформирования твердых тел связывают с их структурными и возрастными изменениями.

С ростом прочности материала и уплотнении структуры за счет предшествующих стационарных или многократно переменных силовых воздействий условный порог нелинейности деформирования материала сдвигается в сторону нагружения. В этом одно из проявлений влияния предшествующего характера деформирования па сопротивление материала силовым нагружениям. Разгрузка материала происходит практически линейно, так как определяется упругой частью мгновенных деформаций и упругим последствием запаздывания. Деформации нагружения всегда больше, чем деформации разгрузки. Разница между ними представляет собой остаточные деформации. Доля остаточных деформаций растет с ростом уровня нагружения и падает по мере старения материала, с увеличением его прочности, после активного силового предшествующего воздействия, например после многократно переменного нагружения.

Взаимосвязь между напряжениями, временем и деформациями, а также другими факторами, определяющими механическое состояние материалов, описывают с помощью так называемых физических уравнений. Уравнения механического состояния материалов, используемые в механике твердого тела, являются феноменологическими, т. с. построенными па базе экспериментальных данных с помощью некоторых рабочих гипотез. Как правило, эксперименты проводят над простейшими образцами при эталонных напряженных состояниях и режимах нагружения. Рабочие гипотезы представляют собой обобщение опыта и связаны с фундаментальными исследованиями естественных наук.

Бетон является материалом с ярко выраженными упругопластическими свойствами. Уже при небольших напряжениях в нем кроме упругих (восстанавливающихся) деформаций развиваются пластические (остаточные), зависящие от характера приложения и длительности действия нагрузки, возраста бетона и режима нагружения. Чем бетон старее, тем выше его сопротивление деформированию. Для бетона силовые деформации подразделяют на три вида: при однократном загружении кратковременной нагрузкой, при длительном действии нагрузки, при многократно повторяющейся нагрузке.

Динамическое деформирование бетона имеет дополнительную специфику. Мгновенные деформации бетона (упругие и пластические) не связаны режимом и длительностью нагружения; они определяются лишь конечными напряжениями. Деформации ползучести бетона, как запаздывающие, всегда связаны режимом и длительностью приложения нагрузки; их величина уменьшается по мере увеличения возраста бетона к моменту начала нагружения.

Сопротивление деформированию.
При силовых воздействиях твердые тела деформируются. В теории деформаций бетона рассматривают относительные деформации, равные отношению абсолютного удлинения (укорочения, поворота сечения) элемента к его первоначальному размеру, замеряемому до наблюдения. В тексте книги вместо термина относительные деформации употребляется слово — деформации. Мерой деформаций твердых тел являются удельные деформации. В общем случае сопротивление деформированию твердых тел уменьшается с приближением действующих напряжений к пределу прочности материала, а удельные деформации растут. Удельные деформации, таким образом, являются функциями напряжений. В этом проявляется нелинейность деформирования и это определяет нелинейную постановку задачи в теории железобетона. В частных случаях сопротивление деформированию твердых тел усредняется на всем возможном диапазоне изменения напряжений — от нулевых значений до предела прочности. Тогда считается, что удельные деформации не зависят от величины действующих напряжений. В этом — приближенная, линейная постановка задачи теории железобетона.

У материалов, чьи механические свойства меняются со временем, в частности у стареющих бетонов, мгновенные деформации, как и деформации ползучести, зависят от режима нагружения. У материалов со стабильными механическими свойствами, в частности у так называемых старых бетонов, от режима нагружения зависят лишь деформации ползучести. Подавляющее большинство строительных конструкций находятся в условиях неоднородного напряженного состояния (изгиб, внецентренное сжатие или растяжение) и величины напряжений в разных их сечениях и даже точках по сечениям неодинаковы; например, у простой балки, опирающейся на две шарнирные опоры, при равномерной нагрузке, наибольшие моменты и наибольшие фибровые напряжения будут посредине пролета, а наименьшие — у опор; одновременно по высоте каждого сечения на нулевой оси напряжения равны нулю и имеют экстремальные значения вблизи границы сечения (на фибровом волокне). Прямой учет многочисленной изменчивости деформативных характеристик бетона с помощью признанных методов строительной механики становится неоправданно трудоемким и поэтому не используется. На практике применяются более простые инженерные способы.

Деформации при однократном длительном загружении.
Как показывают опыты и практика эксплуатации зданий, при продолжительном действии постоянной нагрузки деформации каменных, бетонных и железобетонных конструкций не остаются неизменными, а увеличиваются во времени. Процесс деформирования остается неравновесным весьма длительное, а теоретически — неограниченное время; развитие деформаций, следуя за напряжениями, запаздывает во времени. Конечные полные деформации конструкций могут за 3…4 года в несколько раз превышать мгновенные деформации.

Ползучестью называют свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций при длительном действии нагрузки. Деформации ползучести бетона обусловлены его структурными несовершенствами; абсолютная величина деформаций ползучести зависит от возраста, прочности бетона и материалов его составляющих, влажности среды и предыстории деформирования; она уменьшается по мере старения бетона, увеличения его прочности в момент нагружения и уплотнения после предшествующего многократного знакопеременного деформирования. Являясь силовой деформацией, деформации ползучести бетона тем больше, чем выше уровень напряжений. При этом скорость деформаций ползучести бетона затухает во времени, асимптотически приближаясь к нулевому значению. Наибольшую интенсивность нарастания деформаций ползучести бетона наблюдают в первые 3…4 мес.

При стеснении деформации ползучести напряженное состояние сечения бетонного образца меняется. Доля упругих деформаций и, следовательно, величина напряжений уменьшаются, а доля деформаций ползучести бетона возрастает. Происходит замещение одних деформаций другими. Ползучесть бетона увеличивается с уменьшением размеров испытуемого образца и уменьшается с понижением водоцементного отношения, увеличением влажности окружающей среды. На деформации ползучести бетона оказывают также непосредственное влияние зерновой состав бетона, вид цемента, крупных и мелких заполнителей, технологические и многие другие факторы.

Бетоны на пористых заполнителях обладают большей ползучестью по сравнению с тяжелыми бетонами. Нелинейная ползучесть бетона обусловливает перераспределение напряжений по высоте бетонных сечений и в статически неопределимых железобетонных конструкциях. При проектировании предварительно напряженных железобетонных конструкций нормы учитывают быстронатекающую ползучесть, под которой понимают ползучесть бетона, проявляющуюся непосредственно после нагружения бетона.

Релаксация напряжений.
Релаксацией напряжения бетона называют процесс снижения напряжения при стеснении его деформаций. Если деформации бетона нарастают свободно, напряжения в сечениях элементов остаются постоянными. В железобетоне ненапрягаемая арматура стесняет свободное развитие деформаций ползучести бетона, поэтому напряжения в бетоне не будут оставаться постоянными. Они будут снижаться но мере ползучести бетона, а в арматуре в связи с самоуравновешиванием — увеличиваться. Ползучесть и релаксация напряжений бетона имеют общую физико-механическую основу. Математически они взаимосвязаны и оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций, испытывающих воздействие длительной нагрузки. Ползучесть бетона и релаксация напряжений (реологические свойства бетона) обусловливают рост прогибов железобетонных конструкций с течением времени, снижают предварительные напряжения в арматуре, способствуют перераспределению усилий в железобетонных статически неопределимых системах.

Деформации при многократном повторении нагрузки.
Многократно повторные нагрузки могут иметь как статический, так и динамический характер.
Статическими многократно повторными нагрузками являются такие, возрастание и снижение которых происходит медленно, а силы инерции не оказывают влияния на результаты расчета.
К динамическим многократно повторным нагрузкам относят меняющиеся во времени нагрузки, при которых нельзя пренебречь влиянием инерционных сил на напряженно-деформированное состояние элементов конструкций или конструкций в целом.

К статическим многократно повторяемым можно отнести нагрузки от периодически освобождаемых хранилищ, к динамическим — нагрузки от вибрационных машин. Площадь петли означает энергию, необратимо рассеянную единицей объема тела за один цикл нагружения — разгружения за счет несовершенства деформативных свойств материала. При повторении циклов нагрузка — разгрузка происходит постепенная выборка неупругих деформаций; при этом площадь петли гистерезиса постепенно уменьшается, достигая в пределе стабильной величины. Если при загружении образца напряжения не превосходят предел выносливости бетона, деформации, постепенно затухая, достигают предельной величины, а стабильная зависимость между напряжениями и деформациями сохраняется при неограниченно большом числе циклов загружения.

Снижение длительной прочности и виброползучести бетона проявляется резче с ростом уровня напряжений, асимметрии циклов и частоты колебаний и смягчаются с увеличением исходных возраста и класса бетона. Указанные изменения механических свойств бетона существенно влияют на несущую способность и деформативность железобетонных конструкций, поэтому их учитывают при расчетах.

Предельные деформации при осевом растяжении и сжатии.
Под предельными деформациями бетона при растяжении (или сжатии) понимают относительные средние удлинения (или укорочения) в момент разрушения центрально-растянутых (центрально-сжатых) образцов, испытанных по государственному стандарту. Предельная растяжимость бетона 0, 1…0, 2 мм/м длины образца. Предельная растяжимость увеличивается при влажном хранении (примерно вдвое) с увеличением длительности приложения нагрузки и уменьшается с повышением прочности и плотности бетона. От предельной растяжимости бетона зависит сопротивляемость растянутых зон сечений железобетонных элементов образованию трещин.

Предельное относительное укорочение бетона в 10…20 раз больше его предельного относительного удлинения и составляет 0, 8…4 мм/м длины образца. Предельная сжимаемость бетона в сжатой зоне изгибаемых железобетонных элементов достигает 0, 003…0, 005. При уменьшении ширины сечения к низу и особенно в тавровых сечениях с полкой в сжатой зоне уменьшается, а при уменьшении высоты сжатой зоны сечения — увеличивается.

У бетонов на пористых заполнителях предельная сжимаемость и растяжимость бетона примерно в два раза выше, чем у тяжелых бетонов тех же марок. Предельные поперечные деформации бетона при сжатии и растяжении определяют соответственно по предельным продольным относительным деформациям сжатия и растяжения посредством коэффициента поперечной деформации (коэффициента Пуассона) v = 0, 2. Рост поперечных деформаций как при сжатии, так и при растяжении способствует образованию в бетоне микротрещин. Это отрицательно сказывается на морозо- и коррозиостойкости бетона.

При постройке сауны первая мысль у строителя бывает — как обеспечить правильную подачу пара?Нынешние технологии позволяют вам не беспокоиться по этому поводу, ибо создан и даже с успехом введён в эксплуатацию специальный парогенератор, позволяющий нагнетать в помещение ровно столько отличного пара, сколько вам нужно.

Мой блог находят по следующим фразам
• технологические строительные швы литература
• для чого поперечна арматура колонны
• понятие в строительство стена в грунте
• технология установки инвентарной опалубки
• Прочностные свойства бетона
• монолитное строительство чертежи

Деформативные свойства бетона | БЕТОН-24

Во время набора прочности и эксплуатации в бетоне протекают объемные изменения, связанные с деформацией материала. Количественное выражение деформации зависит непосредственно от структуры материала и свойств заполнителей, входящих в его состав. Существует множество других факторов, но они оказывают меньшее влияние.

Деформативные свойства играют большую роль в прочностных показателях конечного железобетонного изделия или монолитной конструкции в целом. Именно поэтому их всегда учитывают при разработке проектной документации на стадии принятия конструктивных решений.

Условно деформативные свойства разделяют на две категории:

  • Собственные деформации.
  • Механические деформации.

В первую категорию относят усадки бетонной смеси при наборе прочности и расширения под влиянием температурных и химических воздействий. Ко второй категории относятся изменения, возникающие при приложении постоянных и временных нагрузок.

Усадка бетонной смеси

Усадкой называют уменьшение объема бетона при наборе прочности. Самую большую усадку дает бетон при твердении в естественных (атмосферных) условиях. Это происходит при активном испарении влаги, предназначенной для затворения цемента и образования цементного камня. Наибольшее распространение на практике это получило при неправильном уходе за монолитом. В условиях повышенных температур, бетонная смесь должна накрываться пленкой и постоянно увлажняться до тех пор, пока не закончатся процессы гидратации.

В условиях повышенной влажности бетон не только в полной мере сохраняет свой первоначальный объем, но и может даже показывать незначительное расширение.

Деформации при нагружении

Этот тип деформаций зависит преимущественно от состава смеси, прочностных характеристик и вида приложения нагрузки. Диаграмма сжатия имеет не линейную зависимость. С ростом напряжения деформации значительно увеличиваются, что может привести к разрушению. Определяющим параметром является модуль деформации. Чем выше его численное выражение, тем менее деформативным можно считать бетон.

Большое значение имеют предельные значения деформаций, ведь именно при их достижении бетон переходит в стадию разрушения. Для увеличения критических порогов применяют более прочные заполнители, придающие в целом смеси большую деформативность.

При отсутствии местных материалов, обладающих необходимыми параметрами, применяют пластифицирующие добавки и уменьшают фракцию крупного заполнителя. Это обеспечивает большее сцепление частиц между собой и придает лучшие прочностные характеристики.

Ползучесть бетона

Этот критерий характеризует способность бетона изменять свою геометрическую форму с течением времени под воздействием постоянной нагрузки. Ползучесть еще называют усталостью или памятью бетона.

Истинная природа протекания процесса еще полностью не изучена. Ученые считают, что основной причиной являются пластические изменения, которые происходят в структуре цементного камня и влияют на состояние бетона в целом.

Основные изменения формы происходят в начальный период после приложения постоянной нагрузки. Но при длительной эксплуатации были зафиксированы значения общей деформации значительно превышающие прогибы, полученные на начальном этапе нагружения.

Ползучесть увеличивается с ростом деформативности. Однако кроме этого существует еще ряд факторов, способных оказывать влияние:

  • Марка и количество цементного вяжущего.
  • Водоцементное отношение.
  • Фракция заполнителей.
  • Качество уплотнения смеси.
  • Процент набора прочности на момент приложения нагрузки.

Механические свойства древесины: особенности · Вечерний Мурманск

Древесина является широко популярным материалом, который часто применяется для огромного количества задач. Так, например, именно дерево используется для создания бытовой мебели, постройки функциональных конструкций, организации небольших деталей, что будут широко использоваться в быту. Высокая ценность и огромная популярность такого материала, как древесина объясняется наличием отменных механических свойств, за что так высоко и оценивается указанный материал соответственно.

 

Особенности механических свойств древесины

Прежде всего, механические свойства древесины исчисляются показателями сопротивляемости относительно механического воздействия на указанный материал соответственно. Таким образом, это может быть прочность. Прочность древесины достаточно высокая, а способность противостоять разрушению позволяет использовать такой материал для того, чтобы делать постройку конструкций, ориентированных именно на указанный параметр.

Отличные показатели деформативности говорят о том, что указанный выше в данной статье материал может и активно используется для широкого спектра целей. Деформативность — это способность материала сохранять свою форму, размер и структуру при влиянии неблагоприятном внешней среды соответственно.

Стоит отметить также и тот факт, что древесина высоко ценится как в производстве, так и в быту, в виду своих технологических и эксплуатационных свойств, что и делает указанный материал практически универсальным решением относительно широкого количества проблем. Высокие показатели долговечности данного материала говорят о высоком качестве продукции, которая соответственно производится с помощью указанного материала.

 

Как помогают механические свойства древесины в быту?

В быту древесина, как правило, используется для производства мебели, посуды, аксессуаров и для других механических целей.

Важно помнить, что при расчете одного куба досок, нужно учитывать такое свойство как плотность, это на прямую будет влиять на объем кубатуры, что соответственно отобразится на стоимости, которую покупатель будет платить за материал.

Применение указанного материала для создания мебели и декора дома известно еще с древних времен и до настоящего времени более предпочтительной альтернативы нам не удалось создать, а потому популярность древесины остается на высоком уровне.

Указанные механические свойства такого материала, как древесина, очень хорошо вписываются для использования таковых непосредственно в быту, что и происходит на практике.

Реклама.

#Эксперт

Механические свойства древесины — презентация онлайн

1. Лекция №5 Механические свойства древесины

Механические свойства – это свойства
древесины, которые проявляются при
воздействии на нее внешних нагрузок.
К
ним
относятся:
прочность,
деформативность, технологические и
эксплутационные свойства.
Деформативность – это способность
древесины изменять форму и размеры
под воздействием внешних нагрузок.
Прочность

это
способность
древесины сопротивляться разрушению
под воздействием внешних сил.
Показателем прочности является предел
прочности.
Предел прочности — это максимальное
напряжение,
которое
выдерживает
древесина без ее разрушения.
К
числу
эксплуатационных
и
технологических
свойств,
проявляющихся при воздействии усилий,
можно отнести
– твердость,
– ударную вязкость,
– износостойкость,
– способность удерживать крепления и др.

7. 1 Особенности определения механических свойств древесины

Характеристики механических свойств
определяются в результате испытаний.
Так как древесина анизотропный
материал, то испытания необходимо
проводить в различных структурных
направлениях:
вдоль или поперек
волокон

радиальном
или
тангенциальном направлениях).
Для
получения
достоверных
показателей
при
механических
испытаниях используются чистые без
пороков образцы.
Прочность древесины в целом зависит
от следующих факторов:
– от вида прилагаемой нагрузки;
Наибольшая прочность характерна при
статической нагрузке.
– направления действия нагрузки
относительно волокон древесины;
Наибольшая прочность наблюдается в
направлении
вдоль
волокон,
что
обусловлено особенностями клеточного
строения древесины.
– плотности древесины;
– содержание влаги;
Влияние на прочность оказывает только
связанная влага.
С
увеличением
ее
содержания
прочность уменьшается. При влажности
более 30% прочностные свойства не
изменяются.
– наличия пороков в древесине.
Они могут не только снижать прочность,
но и увеличивать ее.

16. 2 Виды механических испытаний древесины

17. 2.1 Сжатие вдоль и поперек волокон

В среднем для отечественных пород
предел прочности на сжатие вдоль
волокон составляет около 50 МПа.
Предел прочности при сжатии поперек
волокон в среднем для всех пород
примерно в 10 раз меньше предела
прочности сжатия вдоль волокон.

18. 2.2 Растяжение вдоль и поперек волокон

В среднем для всех пород предел
прочности при растяжении вдоль волокон
равен 130 МПа.

19. 2.3 Изгиб

В среднем предел прочности при изгибе
составляет 100 МПа.

20. 2.4 Скалывание

Предел прочности при скалывании для
всех пород составляет примерно 1/5 от
предела прочности при сжатии вдоль
волокон.
Предел прочности при скалывании
поперек волокон в 2 раза меньше, чем
предел прочности при скалывании вдоль
волокон.

21. 2.5 Способность древесины удерживать крепления

Древесина
обладает
уникальным
свойством удерживать гвозди, шурупы,
скобы, костыли и другие крепления,
которое имеет практическое значение.

22. 2.6 Деформативность

Показателем деформативности служит
модуль упругости.
Модуль упругости вдоль волокон
составляет 12 — 16 ГПа, а поперек в
20 раз меньше.
С увеличением длительности действия
нагрузки деформации возрастают.

Характеристика изменения деформируемости эритроцитов при хранении крови

Сохраненные эритроциты (эритроциты) демонстрируют прогрессирующие изменения деформируемости во время хранения/хранения крови. Изменения их деформируемости в течение 8-недельного периода хранения измеряли с помощью микрофлюидного устройства. Гидродинамическая фокусировка контролирует ориентацию и положение отдельных эритроцитов в микроканале. Высокоскоростная визуализация (5000 кадров с -1 ) фиксирует поведение динамической деформации клеток и вместе с автоматическим анализом изображения позволяет охарактеризовать более 1000 эритроцитов в течение 3 минут.Были количественно определены многочисленные параметры, включая индекс деформации (DI), постоянную времени (скорость восстановления формы) и округлость эритроцитов. По сравнению с предыдущими исследованиями деформируемости сохраненных эритроцитов, наши результаты включают значительно большее количество клеток (> 1000 клеток на образец по сравнению с от нескольких до десятков клеток на образец) и впервые выявляют изменения деформации сохраненных эритроцитов. при путешествии по человеческим капиллярным микроканалам. Вопреки существующим знаниям, наши результаты показывают, что индекс деформации эритроцитов при складывании существенно не меняется при хранении крови.Однако существуют значительные различия в константах времени и ширине распределения циркулярности, которые можно использовать для количественной оценки качества или возраста сохраненных эритроцитов.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент. .. Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Деформируемость — обзор | ScienceDirect Topics

7.2.1 Деформируемость с течением времени

Деформируемость строительных растворов может изменяться с течением времени, что является показателем долговечности.Деформируемость может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от реакций, происходящих в матрице строительных растворов.

Трещины или внутренние микротрещины являются аномалиями, которые могут снизить модуль упругости строительных растворов (ME). Матрица становится менее плотной с растрескиванием, что и является причиной этого уменьшения. Следовательно, матрица слабее, что снижает ее механическую прочность. Это растрескивание или внутренние микротрещины могут возникать во время старения, изменяя деформируемость строительных растворов.

Растрескивание строительного раствора может быть вызвано несколькими действиями, описанными в этой книге.Усадка, перепады температуры или влажности, удары или движения основания могут привести к появлению трещин. Тяжесть и протяженность этих трещин связаны с МЭ исходного раствора. Для любого из этих действий более деформируемый раствор будет вести себя лучше, чем более хрупкий. Деформируемый раствор, подвергающийся экстремальным воздействиям, также может треснуть. Однако картина трещин будет менее выраженной, чем в более хрупком растворе: трещины будут иметь меньшую ширину, меньшую длину и меньшую глубину. Независимо от начальной деформируемости, всякий раз, когда строительный раствор трескается, его МЭ уменьшается.

Внутренние микротрещины также могут возникать из-за нескольких событий. Образование льда или солей вызывает механические напряжения, создаваемые водой в твердом состоянии или солями, которые образуются в порах строительных растворов и могут привести к внутренним микротрещинам. Усадка матрицы – еще одно действие, которое может привести к внутренним микротрещинам, а именно в агрегате/матрице интерфейса. При усадке цементная матрица сжимается, уменьшая объем пустот, но одновременно создает напряжения в переходной зоне (ППЗ) заполнителя/матрицы, что может привести к деградации этой границы раздела с образованием внутренних микротрещин [75].Эта закономерность отвечает за снижение МЭ в минометах.

Поздняя гидратация вяжущего является обычной реакцией, происходящей при старении. Эта поздняя гидратация происходит, когда компоненты цемента, которые ранее не реагировали, реагируют позже в присутствии воды, давая начало новым стабильным компонентам цемента. Образующиеся соединения будут занимать больше места, чем предыдущие негидратированные соединения, повышая плотность растворов. Следовательно, эти реакции ответственны за увеличение силы с течением времени, и, следовательно, отмечается увеличение МЭ.

На самом деле со временем может произойти изменение деформируемости строительных растворов. Эта модификация может привести к изменению не только МЭ миномета, но и других характеристик. Включение отходов также может быть причиной изменения этих свойств с течением времени. Далее представлены два разных набора тестов для оценки изменений МЭ с течением времени.

В первом наборе представлены результаты (во времени) МЭ по частотно-резонансному тесту нескольких минометов.В этих испытаниях растворы (призматические образцы 40×40×160 мм) выдерживались при контролируемых температуре и влажности в течение анализируемого периода. Во втором испытании МЭ растворов оценивают по скорости импульса ультразвука до и после искусственного старения. В этом анализе растворы наносились на керамическую подложку и подвергались искусственному старению.

На рис. 7.1 представлены примеры МЭ растворов с заполнителем, наполнителем, вяжущим или волокнистыми отходами (первая серия испытаний).Значения были получены с течением времени для строительных растворов, которые до проведения испытаний содержались в контролируемых условиях температуры и влажности (20 ± 2 ºC и 65 ± 5%). На рисунке представленная ME с течением времени связана с ME, полученной через 28 дней. Таким образом, можно наблюдать, что МЭ большинства растворов (с включением отходов) со временем уменьшалась. Было замечено лишь несколько исключений для приращений этого модуля, как будет показано далее. Тест МЭ оценивали на призматических образцах (рис.7.2). Причины модификации МЭ с течением времени описаны ниже.

Рис. 7.1. Относительный модуль упругости, полученный с течением времени для растворов с заполнителем, вяжущим или волокнистыми отходами по сравнению с модулем, полученным через 28 дней [7] [18] [126] [137] [142] [143] [148] [ 154] [155] [172] [215] [218] [223].

Рис. 7.2. Модуль представления теста эластичности.

В этих призмах раствор может свободно сжиматься. При свободной усадке растрескивание не происходит с той же величиной, как в стесненных условиях, как в случае второй серии испытаний, представленной далее, когда растворы наносились на керамический кирпич и подвергались старению. В призмах, с одной стороны, усадка (без ограничений) может повысить плотность растворов и, следовательно, их МЭ. С другой стороны, высокая усадка может создавать напряжения между заполнителями и их матрицей и быть причиной внутренних микротрещин на границе раздела, что приводит к снижению МЭ [75]. При контролируемой относительной влажности и без прямого контакта с водой образцы не подвергались поздней гидратации, как описано выше, что могло быть причиной увеличения МЭ, как обсуждалось ранее.Однако они могут подвергаться другим химическим реакциям, например, карбонизации, которые могут изменить этот модуль. Призмы имели размеры 40 мм × 40 мм × 160 мм и шесть граней, контактирующих с воздухом, что благоприятно для реакции карбонизации и, следовательно, увеличивает их компактность и их МЭ.

В таблицах 7.1–7.5 представлены точные значения ME с течением времени для растворов, показанных на рис. 7.1.

Таблица 7.1. Модуль упругости растворов с добавками отходов наполнителя во времени, полученный несколькими авторами — первая серия испытаний.

5.2
Тип отходов
Тип отходов Образец Тип Соотношение включения (%) Модуль упругости (GPA) ссылки
28 дней 60 дней 90 дней 150 дней
красная керамика призматические образцы (40 × 40 × 160 мм) 50 80069 — 80079 8.3 [221]
Санитарная посуда 20 11 .9 11.5 [18]
50 11.6 11.1
100 8.2 8. 1
CDW (преимущественно бетон) 20 10.2 8.9 [155]
50 80069 50 70079
100 8.3 6.1
CDW 9 9.8 [155]
50 6.4 5.8
100 4.5 40069 — 40
20 10.2 9.3 [143]
50 11.0 10.0
100 9.0 8.3
Shredded Shreit 5 7. 0 6.8 [148]
10 5.7 5009 — 5.7
15 15 5.4 4,8
домашних хлопьев 5 6.3 5.8 [137] [137]
10
40069 —
15 45 4.1
Pet Pellets 5 5.7 5.3 [137]
10 5.4 4,7
15 5 .0 4,6

Таблица 7.2. Модуль упругости растворов с добавками отходов наполнителя во времени, полученный несколькими авторами — первая серия испытаний.

7 Призматические образцы (40 × 40 × 160 мм)

— 9009 9.4 [172]
Тип отходов
Тип отходов Соотношение включения Образцы типа Модуль упругости (GPA) ссылки
28 дней 60 дней 90 дней 150 дней 180 дней 365 дней 730 дней 730 дней
Красная керамика 10 12.2 15.6 [49] —
10 15.7 14. 6 [7] [7]
15 17.4 161
20 18.6 17.3
10 14.1 12.2 [154 ]
15 15.4 14.3
20
20 15.2 15.3
КДВ 10 13.3 12.0 [154]
15
15 11. 9 11.7
20 20 10.6 9.8
10 9.9 80069 — [142]
15 11.0 10.1
20 12.5 10.9
GFRP 10 9.6 9.2 9.6 9.3 9.4
15 15 9.7 10.2 10.4 10,1 9,9
20 10,2 11,1 11,1 9,7 11,7
50 9,9 10,0 10,2 10,8 11,0

Таблица 7. 3. Модуль упругости строительных растворов с добавками отходов вяжущего, полученный несколькими авторами — первый набор испытаний во времени.

7 —

6

Тип отходов Коэффициент включения (%) образцы типа модуля упругости (GPA) ссылки
28 дней 28 дней 90 дней 180 дней 365 дней 730 дней
Лесная биомасса 5 5 1 Призматические образцы (40 × 40 × 160 мм) 9.9 9.0 7009 7.6 7.7 .
жидкое каталитическое крекинг (FCC) 5 8. 2 8.6 8.3 6.8 [218]
10 7.3 7.5 7.1 7.1 5.8
7.0 7.0 6.7 6.9 5.4

на рис. 7.1, было замечено, что большинство минометров включение отходов снизило их ME с 28 дней до более длительного возраста, за некоторыми исключениями для отходов наполнителя. Отходами наполнителя, которые не следовали этой тенденции, были отходы полимера, армированного стекловолокном (GFRP), с различным процентным содержанием включения.Остальные строительные растворы с отходами представлены в общем снижении этого свойства. Снижение МЭ влияет на механические свойства растворов, а также на поведение в воде. Снижение МЭ связано с внутренним микротрещинованием; усадка растворов, вероятно, была ответственна за создание напряжений в ITZ, вызывающих внутренние микротрещины и, следовательно, снижающих МЭ. В растворах с отходами наполнителя снижение МЭ приводило к снижению механической прочности.Например, раствор с 20% санфаянса (порошка) показал от 28 дней до 90 дней снижение МЭ на 7%, что соответствовало снижению с 18,6 ГПа до 17,3 ГПа [7]. За уменьшением МЭ с течением времени последовало снижение прочности на сжатие на 34%, с 14,92 МПа до 9,55 МПа (см. раздел 5.1.1.). Другим примером является зола лесной биомассы (FBA), которая снизила МЭ раствора с 28 дней до 730 дней, с 8,1 ГПа до 6,6 ГПа [215], что соответствует снижению этого модуля на 19% и прочности на сжатие на 23%. , из 4.от 30 МПа до 3,32 МПа. В случае ФБА снижение МЭ раствора выше, чем у санфаянса; однако снижение прочности сантехнического раствора выше. Фактически можно заметить, что для строительных растворов с более высоким ME, а именно растворов с отходами наполнителя, снижение ME представляет более высокое снижение механической прочности. На самом деле строительные растворы из отходов наполнителя более хрупкие, и всякий раз, когда они трескаются, снижение прочности более заметно.

Для оценки МЭ после старения представлен еще один набор тестов.В этом случае растворы наносили на керамическую подложку (толщина раствора 2 см) и измеряли их МЭ с помощью теста скорости импульса ультразвука до и после искусственного старения. В этом процессе старения строительные растворы подвергались нескольким циклам влажно-замораживания и теплозамораживания в соответствии с европейским стандартом EN 1015-21 [90].

На рис. 7.3 показаны образцы, использованные Farinha [218] для оценки МЭ до и после искусственного старения. Были оценены три линии и построены кривые расстояние/время.По касательной к кривым можно определить скорость ультразвукового импульса. Расчет этого динамического ME дается уравнением. (7.1), где K вычисляется по уравнению. (7.2), v — коэффициент Пуассона, который считался равным 0,2, V — полученная скорость ультразвукового импульса и ρ — объемная плотность раствора.

Рис. 7.3. Иллюстрация модуля упругости испытуемого образца и результаты теста скорости ультразвукового импульса [218].

(7.1)MEUS=K×V2×ρ×10−6

(7.2)K=(1+ν)×(1−2.ν)(1−ν)≈0,9

В табл. 7.4 результаты обобщены МЭ до и после старения, полученные некоторыми авторами по этой методике. Из восьми испытанных строительных растворов с включением отходов пять достигли более высокого ME после старения, один представил равное значение, и только у двух ME снизился. Наибольшие вариации были отмечены для включения отходов стекла: замена песка на 20% привела к снижению МЭ на 18% (после старения), а замена на 100% и увеличение на 17% (после старения).Увеличение, отмеченное авторами, вероятно, связано с поздней гидратацией цементных композиций в циклах влажность-замерзание. Помимо раствора с 20% отходов стекла, раствор с ФБА, заменяющим цемент, после старения также показал МЭ на 12% ниже, чем значение, полученное до него. Снижение ME может быть связано с внутренним микротрещинованием из-за колебаний температуры или влажности, которые произошли в циклах нагревания-замораживания или в циклах влажности-замораживания, соответственно. На поверхности образцов не было видимых трещин, за исключением отходов стеклопластика, как показано в разделе 7.2.1.

Таблица 7.4. Модуль упругости растворов с добавками волокнистых отходов во времени, полученный несколькими авторами — первая серия испытаний.

1 20% — 1 ​​5% 1 20% — 1 Acrylic 1 5% 1 [218] 1 [218]
Тип волокна Добавление процентов Характеристики образцов Тип Модуль эластичности (GPA) ссылки
28 дней 90 дней 180 дней 365 дней
Овечья шерсть 10% Л: 1.5 Призматические образцы (40 × 40 × 160 мм) 16.0 15.2 14.8
L: 3. 0 12.8 11.7 11.4
L: 1.5 15.0 14.3 13.6
L: 3.0 16.9 17.5 16.8
1 Textile Л: 1.5 8.6 7.6 7.6 7.0 6.6
L: 3.0 8,7 70069 7.1 6.8
10% L: 1.5 12.7 12.3 [223] [223]
L: 3.0 13.1 12.8 12.8
L: 1.5 10.9 11.0
L: 3.0 11.6 11.5
L: 1. 5 8.4 8.3 7.5 7.8
L: 3.0 L: 3.0 8.4 7.9 70069 70079 7.0 7.0
Стекло
L: 1.5 9.4 8.8 8.6 8.6 [218]
L: 3.0 9.4 9.3 8.3 8.3 7.3

Таблица 7.5. Модуль упругости до и после искусственного старения по данным нескольких авторов — второй набор тестов.

Тип отходов
Отходы Отходы Соотношение включения (%) Образцы Тип Модуль эластичности (GPA) Сравнение модуля упругости до и после старения (%) ссылки
До старения После старения
Заполнитель Сантехника 100 Растворы, наносимые на керамическую подложку (толщина 20,6 90)4 ± 0,8 11. 1 ± 1,0 +7 [218] [218]
50 3,3 ± 0,2 5,9 ± 1,0 +8 [18]
стекло 20 4.0 3.3 -18 -18 [143] [143]
50 3.6 3.6 равных [143]
100 2,4 2.8 +17 [143]
Наполнитель Стеклопластик 50 8.9 ± 0,8 9,7 ± 2.2 +10 [218] [218] [218]
Binder Лесной биомассы Пепел 15 11,3 ± 0,6 , 10,0 ± 1,8 -12 [218]
Fibre Текстильные волокон 50070 5 10,0 ± 0,3 11,2 ± 1,1 11,2 ± 1,1 +12 [218]
[218]
[218]
[218]

Cell Deformability — обзор

3.

1.1 Ответ клеток на структуру ECM

Ответ клеток и активное участие в создании тканевых микроструктур in vivo иллюстрируется изменениями, которые рак молочной железы вносит во внеклеточный матрикс на периферии опухоли с течением времени.Было показано, что клетки рака молочной железы участвуют в реструктуризации коллагеновых волокон в ткани молочной железы, создавая повышенное выравнивание, которое обеспечивает повышенную диссеминацию из первичной опухоли и инвазию в окружающие ткани [70]. Таким образом, структура ВКМ оказывается особенно важной во время метастатической фазы прогрессирования рака. Поскольку метастазы являются основной причиной смерти от рака, особенно важно, чтобы мы понимали взаимосвязь клеток и ВКМ в этом контексте, а модели in vitro позволяют понять ее без многих смешанных переменных.В моделях опухолей in vitro типичными показателями реакции клеток на структуру (например, размер канала, размер пор, физиологические паттерны) являются морфология клеток, направленность роста, скорость миграции и постоянство в одном направлении.

Реакция клеток на структуру внеклеточного матрикса была изучена с помощью традиционных производственных технологий с использованием микрофлюидных устройств и 3D-печати. Например, исследования миграции раковых клеток в микрожидкостных устройствах выявили миграционные предпочтения при различных размерах канала [34,45,46].Такие исследования имеют значение для понимания не только того, почему метастатические раковые клетки используют определенный путь при выходе из первичной опухоли, но и того, как их путь может способствовать более агрессивным вторичным опухолям, и как лучше всего предотвратить такие события. В этих исследованиях варьировались размеры соединяющих микроканалов и был обнаружен механизм обратной связи клеточного ответа на его физическую среду, который подталкивает метастатические раковые клетки к возрастающей агрессивности при вторжении в более ограниченные пространства [34,46].Отдельные раковые клетки, которые были механически ограничены внутри каналов, демонстрировали быстрое и постоянное движение клеток в одном направлении, имитируя миграцию раковых клеток из участков первичной опухоли в начале метастазирования [46]. Такие исследования могут повысить прогностическую силу прогнозов пациентов, позволяя врачам прогнозировать вероятный путь распространения и агрессивность метастатических раковых клеток, связанных с уникальными характеристиками тканей пациента.

Способность метастатической клетки проходить через поры ткани и проникать в сосудистую сеть связана с ее деформируемостью; раковая клетка должна иметь возможность деформироваться, чтобы пройти через ограниченное пространство.Таким образом, физические размеры устройств модели опухоли также использовались для изучения деформации раковых клеток, важного процесса метастазирования рака. Были успешно разработаны микрофлюидные анализы деформируемости клеток, позволяющие отдельным раковым клеткам течь или мигрировать через ограничивающие структуры, такие как микроотверстия и каналы, при измерении экспериментальных параметров, таких как время проникновения клеток, скорость перемещения, индекс удлинения, подвижность, жизнеспособность и пролиферация. количественно определить, как миграция и движение раковых клеток диктуются их внутренней деформируемостью.Эти показатели и связанная с ними характеристика взаимодействия раковых клеток со структурой TME были исследованы не только с моделями на основе мягкой литографии, но и с моделями, изготовленными с помощью двухфотонной полимеризации. Совсем недавно Грейнер и соавт. смотрели непосредственно на инвазивный потенциал клеток рака легкого человека, определяемый жесткостью их ядра, которая была различной. Клетки высевали на двухфотонно-полимеризованные сетки пентаэритрит-тетраакрилата (PETTA) с несколькими различными размерами пор и подвергали градиенту хемоаттрактанта, чтобы заставить их мигрировать через сетку [71].Это исследование демонстрирует другой способ использования двухфотонной полимеризации для изучения реакции клеток на микроструктуры в исследованиях рака: прямое тестирование реакции раковых клеток на барьеры для миграции [71].

В том же духе двухфотонное производство использовалось для исследования реакции клеток на структурные сигналы в двух разных масштабах. Эти исследования продемонстрировали свои платформы с эндотелиальными клетками, которые выстилают кровеносные сосуды и являются ключевым компонентом выживания опухоли, обеспечивая потенциал для ангиогенеза.Королева и др. создали фибриновый каркас, используя двухфотонную полимеризацию в сочетании с другими методами микрофабрикации, которые приводят к контролируемой структуре пор [72]. Эндотелиальные клетки, выращенные в своем каркасе, демонстрировали высоконаправленную морфологию и рост по сравнению с эндотелиальными клетками, выращенными в фибриновых гелях без настроенной структуры [72]. Организация микроструктуры давала сигнал клеткам расти и распространяться в определенной ориентации. Калвер и др. продемонстрировали подобное явление, но не в масштабе тканевых пор, а в масштабе капилляров [73].Они использовали двухфотонную лазерную сканирующую литографию для микроструктурирования биомиметических структур в фотосшиваемом гидрогеле поли(этиленгликоля) с концевыми акрилатными группами (ПЭГ) с интегрированным пептидом; эндотелиальные клетки пупочной вены человека и мезенхимальные клетки-предшественники, названные 10T1/2, выровнялись со структурой относительно вскоре после посева [73]. Такое понимание и демонстрация тонкостей клеточного ответа на структуру ВКМ, как это было достигнуто в исследованиях Королевой и соавт.и Калвер и др. является неотъемлемой частью создания физиологической модели опухоли и определения новых терапевтических целей in vitro . Несмотря на то, что в этих исследованиях используется двухфотонная полимеризация, ожидается гораздо больше понимания взаимодействий клеток и ВКМ с более широким использованием надежной, гибкой и эффективной технологии производства, которая все чаще применяется для создания моделей опухолей in vitro .

Несмотря на то, что исследования Королевой и соавт.и Калвер и др. не включал включения раковых клеток; однако раковые клетки были включены в исследование 2014 года с использованием метода 3D-печати. В этом исследовании DMD-pp использовался для изготовления имитаторов тканей, чтобы получить представление о взаимодействиях раковых клеток и ECM, в частности, о том, как микроструктуры влияют на миграцию раковых клеток [61]. В ходе исследования разветвленная сотовая структура (выбранная для имитации сосудистой сети в соответствующем масштабе) была изготовлена ​​из биосовместимого поли(этиленгликоль) диакрилата (PEGDA) для воспроизведения трехмерной морфологии сосудов [61].Была изучена динамика миграции раковых клеток по сравнению с нераковыми клетками в ответ на геометрические сигналы в матрице [61]. Было обнаружено, что, хотя нераковые клетки существенно не реагируют на геометрические сигналы, раковые клетки реагируют; раковые клетки увеличили скорость миграции в ответ на уменьшение ширины канала внутри каркаса [61]. Результаты указывают на корреляцию между динамикой миграции клеток при метастазировании и размером сосуда, рекрутируемого опухолью [61], что еще раз связывает метастазирование с характеристиками внеклеточного матрикса опухоли и дает важные сведения о методах лечения, направленных на предотвращение метастазирования.

Что это за слово? Используйте Word Type, чтобы узнать!

К сожалению, с текущей базой данных, на которой работает этот сайт, у меня нет данных о том, какие смыслы ~term~ используются чаще всего. У меня есть идеи, как это исправить, но мне нужно будет найти источник «чувственных» частот. Надеюсь, приведенной выше информации достаточно, чтобы помочь вам понять часть речи ~term~ и угадать его наиболее распространенное использование.

Тип слова

Для тех, кто интересуется небольшой информацией об этом сайте: это побочный проект, который я разработал, работая над описанием слов и связанных слов.Оба этих проекта основаны на словах, но имеют гораздо более грандиозные цели. У меня была идея веб-сайта, который просто объясняет типы слов, которые вы ищете — точно так же, как словарь, но с акцентом на части речи слов. И так как у меня уже была большая часть инфраструктуры с двух других сайтов, я решил, что не будет слишком много работы, чтобы настроить и запустить это.

Словарь основан на замечательном проекте Wiktionary от wikimedia.Сначала я начал с WordNet, но потом понял, что в нем отсутствуют многие типы слов/лемм (определители, местоимения, аббревиатуры и многое другое). Это побудило меня изучить издание Словаря Вебстера 1913 года, которое теперь находится в открытом доступе. Однако после целого дня работы по внесению его в базу данных я понял, что было слишком много ошибок (особенно с тегами частей речи), чтобы его можно было использовать для Word Type.

Наконец, я вернулся к Викисловарю, о котором я уже знал, но избегал его, потому что он неправильно структурирован для разбора.Именно тогда я наткнулся на проект UBY — удивительный проект, который нуждается в большем признании. Исследователи проанализировали весь Викисловарь и другие источники и собрали все в единый единый ресурс. Я просто извлек записи из Викисловаря и вставил их в этот интерфейс! Так что это потребовало немного больше работы, чем ожидалось, но я рад, что продолжал работать после первых двух грубых ошибок.

Особая благодарность авторам открытого исходного кода, использованного в этом проекте: проекту UBY (упомянутому выше), @mongodb и express.js.

В настоящее время это основано на версии Викисловаря, которой несколько лет. Я планирую обновить его до более новой версии в ближайшее время, и это обновление должно принести кучу новых значений слов для многих слов (или, точнее, леммы).

(PDF) Деформируемость эритроцитов очень незначительно снижена у мышей с дефицитом эритропоэтина

КОПИЯ АВТОРА

A. Pichon et al. / Эритропоэтин и реология крови 45

Zhao et al. [19] недавно продемонстрировали, что механизмы улучшения деформируемости эритроцитов

эритроцитов, вызванного тренировкой выносливости, у крыс включали эритропоэз с физической нагрузкой, вызывающей повышение циркулирующего ЭПО

и деформируемости эритроцитов.Хотя наши результаты указывают на ключевую роль ЭПО в деформируемости эритроцитов, представляется, что реологические свойства эритроцитов у этой модели мышей с анемией не полностью отражают то, что происходит у

людей с ХБП и дефицитом ЭПО [12, 14]. Когда вязкость крови измеряли при скорректированном Hct, две группы мышей

не отличались друг от друга, демонстрируя, что небольшое снижение деформируемости эритроцитов у мышей

Epo-TAgh не оказывало отрицательного влияния на вязкость крови.

В заключение, мыши Epo-TAgh характеризуются тяжелой анемией, очень низкой вязкостью крови и очень

незначительно сниженной деформируемостью эритроцитов.Эту модель можно считать хорошей моделью анемии, но она не полностью отражает то, что происходит с реологическими свойствами эритроцитов у людей с почечной недостаточностью и дефицитом ЭПО.

Каталожные номера

[1] OK. Баскурт, М. Бойнар, Г.К. Кокелет, П. Коннес, Б.М. Кук, С. Форкони, Ф. Ляо, М. Р. Хардеман, Ф. Юнг, HJ

Майзельман, Г. Нэш, Н. Немет, Б. Ной, Б. Сандхаген, С. Шин, Г. Терстон и Дж. Л. Вотье, Нью-Йорк руководство по гемореологическим лабораторным методам

, Clin Hemorheol Microcirc 42 (2009), 75–97.

[2] О.К. Баскурт, Р.А. Farley и HJ Meiselman, Склонность к агрегации эритроцитов и клеточные свойства у лошади, человека,

и крысы: сравнительное исследование, Am J Physiol 273 (1997), h3604–h3612.

[3] О.К. Baskurt and HJ Meiselman, Реология крови и гемодинамика, Semin Thromb Hemost 29(5) (2003), 435–450.

[4] К. Бинли, З. Асхэм, С. Икбалл, Х. Спирман, Л. Мартин, М. де Алвис, А.Дж. Трэшер, Р.Р. Али, П.Х. Максвелл, С. Кингсман

и С.Нейлор, Долгосрочное устранение хронической анемии с помощью регулируемой гипоксией генной терапии эритропоэтином, Blood 100

(2002), 2406–2413.

[5] T. Bohler, A. Leo, O. Linderkamp, ​​A. Braun и K. Scharer, Гемореологические изменения у детей с уремией в ответ на лечение эритропоэтином, Nephrol Dial Transplant 8 (1993), 140–145.

[6] М. Бор-Кучукатай, О. Ялчин, Х.Дж. Мейзельман и О.К. Baskurt, Эритропоэтин-индуцированные реологические изменения эритроцитов крысы

, Br J Haematol 110 (2000), 82–88.

[7] P. Cabrales, J. Martini, M. Intaglietta and AG Tsai, Вязкость крови поддерживает состояние микрососудов при нормо-

олемической анемии независимо от способности крови переносить кислород, Am J Physiol Heart Circ Physiol 291 (2006) , Н581–Н590.

[8] M. Delamaire, F. Durand, D. Hamel, V. Joyeux, P. Lepogamp и B. Genetet, Улучшение гемореологических параметров

у пациентов, находящихся на гемодиализе, получавших рекомбинантный эритропоэтин человека, J Mal Vasc 16 (1991). ), 289–294.

[9] R. El Hasnaoui-Saadani, A. Pichon, D. Marchant, P. Olivier, T. Launay, P. Quidu, M. Beaudry, A. Duvallet, JP Richalet

и F. Favret, Cerebral адаптации к хронической анемии на модели мышей с дефицитом эритропоэтина, подвергшихся гипоксии, Am

J Physiol Regul Integr Comp Physiol 296 (2009), R801–R811.

[10] В. Джелкманн, Биология эритропоэтина, Clin Investig 72 (1994), S3–S10.

[11] Т. Линде, Б. Сандхаген, Б.Г. Danielson and B. Wikstrom, Нарушение текучести эритроцитов при лечении почечной анемии

эритропоэтином, J Intern Med 231 (1992), 601–606.

[12] Т. Линде, Б. Сандхаген, Б. Викстром и Б.Г. Danielson, Требуемая доза эритропоэтина при лечении почечной анемии зависит от степени нарушения деформируемости эритроцитов, Nephrol Dial Transplant 12 (1997), 2375–2379.

[13] Дж. Л. Макарлупу, А. Буври, О.Е. Морель, Ф. Леон-Велард, Ж. П. Ришале и Ф. Фавре, Характеристика дыхательной реакции на гипоксию в модели трансгенных мышей с анемией, Respir Physiol Neurobiol 150 (2006), 19–26.

[14] И.К. Макдугалл, М.Е. Дэвис, Р.Д. Хаттон, Г.А. Coles and J.D. Williams, Реологические исследования при лечении почечной

анемии рекомбинантным человеческим эритропоэтином, Br J Haematol 77 (1991), 550–558.

[15] А. Пишон, П. Конн, П. Киду, Д. Маршан, Ж. Брюнет, Б.И. Levy, J. Vilar, I. Safeukui, F. Cymbalista, M. Maignan, JP

Richalet and F. Favret, Ацетазоламид и хроническая гипоксия: влияние на гемореологию и легочную гемодинамику, Eur

Resp J 40 (2012), 1401 -1409.

[16] Б.Ю. Salazar V’

azquez, J. Martini, A. Ch’

avez Negrete, P. Cabrales, AG Tsai and M. Intaglietta, Микрососудистые преимущества

повышения вязкости плазмы и поддержания вязкости крови: противоречивые экспериментальные данные, Биореология 46

(2009), 167–179, doi: 10. 3233/BIR-2009-0539

Влияние деформируемости эритроцитов на профили гематокрита и маргинацию тромбоцитов Кантер Д., Хекстра А., Эниола-Адефесо О. (2020)Влияние деформируемости эритроцитов на профили гематокрита и маргинацию тромбоцитов.PLoS Comput Biol 16(3): е1007716. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007716

Редактор: Джейсон М. Хо, Государственный университет Северной Каролины, СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ

Поступила в редакцию: 8 ноября 2019 г.; Принято: 5 февраля 2020 г .; Опубликовано: 12 марта 2020 г.

Copyright: © 2020 Czaja et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все экспериментальные данные будут доступны в репозитории figshare (https://figshare. com/s/d52c688281b7efffb9f1 и https://figshare.com/s/ab10beb95f1a7b7a2558). Данные о поглощении и конфокальные распределения включены в блокноты ipython jupyter для облегчения анализа. Программное обеспечение для моделирования имеет открытый исходный код и может быть загружено с https://www.hemocell.eu/. Конкретные файлы сборки для моделирования в этой работе можно найти в репозитории figshare (https://figshare.com/s/8a28cef8520df623a4f0).

Финансирование: Экспериментальная работа, представленная в этой рукописи, была поддержана исследовательским грантом Национального научного фонда (CBET1854726). Автор MG был поддержан стипендией Национального научного фонда для аспирантов. Численная работа была поддержана исследовательской и инновационной программой Европейского Союза Horizon 2020 в соответствии с соглашением о гранте №. 675451, проект CompBioMed. Были использованы Лиза и Картезиус из высокопроизводительного вычислительного центра SURFsara при финансовой поддержке Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (Нидерландская организация научных исследований, NWO). Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Цельная кровь представляет собой сложную суспензию клеток, и ее реология сильно зависит от клеточных компонентов крови. Красные кровяные тельца (эритроциты) являются наиболее многочисленным клеточным компонентом, и благодаря своей высокой деформируемости и уникальной двояковогнутой форме они вызывают многие эффекты цельной крови, такие как истончение при сдвиге [1], эффект Фареуса-Линдквиста [1]. 2] и наличие бесэритроцитарного слоя (СКЛ) [3, 4].Деформируемость эритроцитов позволяет им протискиваться через мельчайшие капилляры организма для успешной доставки кислорода к тканям организма [5].

Существует множество патологий, нарушающих деформируемость эритроцитов. При серповидноклеточной анемии мутация в гене, кодирующем гемоглобин, приводит к продукции гемоглобина S (HbS), который имеет высокую склонность к полимеризации [6]. HbS, полностью расположенный внутри эритроцитов, при полимеризации создает полимерное ядро ​​внутри клетки [7, 8].Также возникает окислительный стресс, приводящий к поперечному сшиванию спектриновой сети, что приводит к жесткости мембраны эритроцитов [9, 10]. Эта измененная деформируемость эритроцитов может привести к закупорке сосудов [11] и потере питательных веществ в тканях организма. Полимеры могут быть достаточно длинными, чтобы эритроциты приобрели серповидную форму [6]. При малярии изменение деформируемости эритроцитов происходит за счет паразитов Plasmodium falciparum [12, 13], в частности, повышая уровень сшивки спектрина за счет белок-белковых взаимодействий [14].При диабете эритроциты подвергаются окислительному стрессу в результате воздействия повышенных уровней активных форм кислорода в организме [15], что приводит к снижению деформируемости эритроцитов [16, 17]. Окислительный стресс, по-видимому, является общей сюжетной линией других патологий, которые также сообщают о снижении деформируемости эритроцитов, таких как вирус иммунодефицита человека [18, 19], болезнь Паркинсона [20, 21] и наследственный сфероцитоз [22, 23]. Понимание изменений реологии цельной крови в результате снижения деформируемости эритроцитов может способствовать пониманию этих заболеваний.

Недавние исследования деформируемости эритроцитов показали, что отдельные эритроциты с жесткой структурой маргинируют стенки сосудов в капиллярах мышей [24], а также в стеклянных микроканалах [25]. Микрожидкостные эксперименты обнаружили снижение самоорганизации в квазидвумерных замкнутых потоках с уменьшением деформируемости эритроцитов [26]. Работа In vitro также показала, что с увеличением популяции ригидных эритроцитов в кровотоке снижается степень адгезии лейкоцитов к субстратам, покрытым P-селектином [27], а недавно и к воспаленному эндотелию [28].Предыдущие численные исследования показали, что твердое тело внутри инфицированных малярией эритроцитов значительно влияет на динамику адгезии эритроцитов и увеличивает вязкость цельной крови [29], а также уменьшает площадь контакта со стенкой сосуда в серповидных эритроцитах [30].

В этой работе мы сообщаем об уменьшении маргинации тромбоцитов к стенке стеклянного канала в оттекающей цельной крови с увеличением количества уплотненных эритроцитов. Мы моделируем этот эксперимент с помощью модели кровотока с разрешением клеток, что позволяет нам раскрыть и детализировать основную причину этого уменьшения маргинации для ряда объемных фракций жестких эритроцитов, присутствующих в потоке.Мы впервые представляем экспериментов In vitro с объемным кровотоком. Эти эксперименты проводились путем перфузии человеческой крови с различным количеством искусственно затвердевших эритроцитов через канал размером 100 мкм и измерения распределения проточных клеток с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии с использованием возможности Z-стека. Затем выполняется численное моделирование с разрешением ячеек, чтобы подтвердить результаты экспериментов и исследовать то, что не может быть уловлено экспериментом. Мы используем проверенную модель кровотока с разрешением клеток HemoCell [31–34], которая представляет собой метод решетки Больцмана (LBM) для плазмы крови, и метод дискретных элементов для модели материала эритроцитов, который связан с плазмой через погруженную границу. метод.С помощью HemoCell мы сначала изучаем влияние деформируемости эритроцитов на уровне клеточных пар при гомогенных и гетерогенных столкновениях эритроцитов и эритроцитов, а также столкновениях между тромбоцитами и эритроцитами. Затем мы моделируем формирование и эволюцию профилей гематокрита эритроцитов и маргинацию тромбоцитов в объемном потоке в прямолинейных сосудах с различными фракциями здоровых/жестких эритроцитов. Как в in vitro , так и в численных экспериментах мы наблюдаем уменьшение маргинации или локализации тромбоцитов на стенке сосуда с увеличением популяции ригидных эритроцитов.В моделировании мы также наблюдаем снижение CFL с увеличением доли затвердевших эритроцитов в потоке.

Результаты

Конфокальные измерения распределения ячеек

Клетки становятся жесткими путем инкубации эритроцитов с трет-бутилгидропероксидом (ТБГП), вызывающим окислительный стресс на клеточной мембране. В этом случае TBHP может быть общей моделью возмущений клеточных мембран, возникающих в результате окислительных нарушений [35], включая серповидноклеточную анемию [10] и диабет [36], а также окислительного стресса из-за длительного хранения банка крови [37]. Обработка эритроцитов увеличивающимися концентрациями TBHP приводит к увеличению жесткости эритроцитов от умеренной 0,5 мМ TBHP до умеренно жесткой 0,75 мМ TBHP и очень жесткой 1,0 мМ TBHP. Мы классифицируем жесткость эритроцитов по показателю удлинения (EI), уравнение 1, эритроцитов в среде с однородным сдвиговым потоком, в частности, путем измерения как малой оси B , так и большой оси A . (1)

Экспериментальные кривые индекса удлинения были получены в соответствии с методами измерения эктацитометрии от Gutierrez et al .[28]. Индексы удлинения были измерены по полученной эллипсоидной лазерной дифракционной картине от деформированных эритроцитов при чистом сдвиге с использованием эктацитометра и показаны пунктирными линиями на рис. 1. Подробная информация об измерениях представлена ​​в разделе «Материалы и методы». Кривые EI, представленные в этой работе, показывают только экспериментальную жесткость эритроцитов, с которой может быть сопоставлена ​​численная модель.

Рис. 1. Подгонка моделей эритроцитов HemoCell (скрипки) к кривым удлинения по данным эктацитометрии (штриховые линии).

Показатели удлинения, полученные при эктацитометрии, окрашены в красный цвет для здоровых эритроцитов, в зеленый для эритроцитов, обработанных 0,5 мМ TBHP, и в синий цвет для эритроцитов, обработанных 0,75 мМ TBHP. Каждый числовой RBC помечен результирующим модулем Юнга (YM) и показан в виде скрипок, окрашенных в красный цвет (YM 27,82 μ Н/м), зеленый (YM 244,04 μ Н/м) и синий ( YM 808.00 мкм Н/м), чтобы соответствовать соответствующим экспериментальным моделям. Ширина каждого графика скрипки подчеркивает распределение индексов удлинения (уравнение 1), рассчитанное во временном диапазоне 35 миллисекунд.Верхние, средние и нижние горизонтальные черные полосы в каждой скрипке показывают расположение максимального, среднего и минимального индексов удлинения численных моделей соответственно.

https://doi. org/10.1371/journal.pcbi.1007716.g001

Изменение отграничения тромбоцитов от стенки сосуда с увеличением количества затвердевших эритроцитов, присутствующих в кровотоке, непосредственно измеряется в потоке человеческой крови с различными фракциями затвердевших эритроцитов. через параллельный пластинчатый канал высотой 100 мкм при скорости сдвига стенки 1000 с −1 .Небольшая часть 10% тромбоцитов в образце была окрашена аллофикоцианином против CD41/CD61 человека (APC) и исследована с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии. Измерения проводились с помощью последовательных изображений Z-стека, начиная со дна канала, вдали от объектива, последовательно захватывая изображения с шагом 2 мкм по высоте до достижения верхней стенки канала с шагом 100 мкм . Необработанные распределения тромбоцитов, измеренные в 100% здоровых и 100% жестких случаях, сравниваются на левой панели рис. 2C.Сканирование повторяли три раза для измерения каждого отдельного донора. Мы использовали кровь от n = 3 уникальных доноров-людей, и планки погрешностей показывают стандартное отклонение всех измерений на двух панелях рис. 2C. Схема экспериментальной установки показана на рис. 2А.

Рис. 2. Распределение флуоресцентно окрашенных тромбоцитов под конфокальным микроскопом вдоль оси высоты 100 мкм канала из стекла ibidi (Грефельфинг, Германия).

10% тромбоцитов были окрашены аллофикоцианином (APC) против CD41/CD61 человека, который возбуждался лазером с длиной волны λ = 633 нм и имел пик эмиссии флуоресценции при длине волны λ = 660 нм .(A) Изображение окрашенных тромбоцитов на стене (высота канала 96 мкм ). (B) Схема экспериментальной установки конфокального микроскопа с каналом из ибиди и проточной кровью с флуоресцентно окрашенными тромбоцитами. (C) На левой панели показано распределение необработанных тромбоцитов (коричневый цвет соответствует 100% здоровому случаю, а фиолетовый цвет соответствует 100% 1,0 мМ TBHP). (C) На правой панели показаны нормализованные распределения с поправкой на поглощение на глубину как для 30% гематокрита здоровой крови, так и для 30% 1.Кровь, обработанная 0 мМ TBHP.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007716.g002

Распределение тромбоцитов асимметрично по высоте канала из-за использования больших объемных фракций эритроцитов (30% баковый гематокрит), что вызывает распад сигнал флуоресценции тромбоцитов от верха канала (100 мк м) вблизи объектива до дна стеклянного канала (0 мк м). Учитывая два крайних случая, мы наблюдаем, что 100% здоровый случай демонстрирует более яркий сигнал по всему каналу, и мы приписываем это уменьшенной оптической толщине крови, содержащей эритроциты, обработанные TBHP.Хотя TBHP вызывает окислительный стресс в эритроцитах, чтобы сделать их более жесткими, он также влияет на оптические свойства эритроцитов из-за взаимодействия TBHP с гемоглобином, который содержится внутри клетки. Это взаимодействие TBHP-гемоглобина создает более непрозрачную суспензию крови, обработанной TBHP, которая поглощает излучаемый свет от флуоресцентно меченных тромбоцитов, что приводит к более тусклому сигналу тромбоцитов в канале. Это несоответствие поглощения корректируется для каждого образца путем измерения поглощения на образец с использованием спектрофотометра UV-VIS.Особенности получения спектров поглощения для каждого образца жесткой фракции подробно описаны в разделе «Материалы и методы» и показаны на рис. S1. Используя измеренное поглощение каждого образца, левая часть рис. длина волны излучения меченых тромбоцитов, правая часть S1 Fig, затем нормализуют необработанные сигналы тромбоцитов по их перспективному коэффициенту пропускания на глубину по высоте канала. Мы предполагаем, что текущая кровь имеет постоянный гематокрит 30% по всему каналу параллельной пластины.Это предположение является консервативной завышенной оценкой, так как известно, что цельная кровь в этих масштабах имеет более низкий «трубочный» гематокрит по сравнению с гематокритом на выходе или в резервуаре [38, 39], который демонстрируется при моделировании потока в трубе в этом исследовании. Нормализованные распределения 100% здоровых и 100% жестких образцов показаны на правой панели рис. 2C. Столбики погрешностей представляют стандартное отклонение, распространяющееся от нескольких доноров, абсорбции и повторных сканирований.

Сигнал тромбоцитов в области 5 мкм на ближайшей к объективу микроскопа стенке усредняется, и это измерение определяется как концентрация тромбоцитов на стенке канала.Каждая концентрация тромбоцитов на плотную фракцию эритроцитов представлена ​​в виде столбиков на правой панели рис. 3, нормализованная для 100% здорового случая. Образцы эритроцитов, обработанные 0,75 мМ TBHP, показаны синими полосами, а эритроциты, обработанные 1,0 мМ TBHP, показаны фиолетовыми. Наблюдается уменьшение во всех экспериментальных случаях, а также в смоделированных случаях, показанных черными полосами. Следует отметить, что постепенного уменьшения маргинации тромбоцитов по мере постепенного увеличения доли жестких эритроцитов не наблюдается. Сигнал тромбоцитов соответствует тренду CFL.Включение по крайней мере 30% жестких эритроцитов достаточно для уменьшения CFL и маргинации тромбоцитов.

Рис. 3. Слой, свободный от эритроцитов (левая панель), и границы тромбоцитов (правая панель) как функция твердых фракций эритроцитов.

Рассчитанный CFL из HemoCell показан черным цветом, каждый из компонентов эритроцитов показан красным для здоровых и синим для 1,0 мМ TBHP. Концентрация тромбоцитов на стенке рассчитывается в объеме 4 мкм от стенки, нормализованной к концентрации 100% здоровых эритроцитов (HemoCell:черный и in vitro результаты для 0.75 мМ TBHP: синий и 1,0 мМ TBHP: фиолетовый).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007716.g003

Численная модель застывших эритроцитов

Прямое моделирование экспериментального анализа in vitro , представленного в этом отчете, было проведено с использованием программного обеспечения HemoCell для моделирования кровотока с разрешением клеток (https://www.hemocell.eu/). Было подтверждено, что HemoCell воспроизводит механические реакции отдельных здоровых эритроцитов, индуцированные сдвиговым потоком и оптическим пинцетом, а также точно воспроизводит отличительные признаки объемного потока цельной крови, такие как эффект Фареуса-Линдквиста и CFL [31]. С этой утвержденной моделью эритроцитов HemoCell использовался для изучения влияния контрастов вязкости цитоплазмы эритроцитов в объемном потоке [32], роли профилей гематокрита на диффузионные способности клеток в потоке [33], а также для определения начала агрегации тромбоцитов [33]. 40]. Возможности HemoCell позволяют отслеживать отдельные взвешенные здоровые эритроциты, отвердевшие эритроциты и тромбоциты, присутствующие в экспериментах in vitro , описанных в этом исследовании. В этой работе предлагаются две жесткие численные модели RBC, которые были получены путем масштабирования механических параметров, в частности, коэффициента силы связи κ связи и коэффициента внутренней вязкости Λ исходной проверенной модели RBC.Силы и их соответствующие коэффициенты подробно описаны в разделе «Материалы и методы» настоящего отчета.

Было обнаружено, что увеличение силы связи, которая улавливает растяжение и сжатие нижележащей спектриновой сети, в наибольшей степени способствовало общей жесткости эритроцитов. Сила связи также может быть наиболее физиологически значимым числовым параметром, который необходимо увеличить для создания жесткой модели эритроцитов, потому что индуцирование окислительного стресса посредством обработки TBHP вызывает деградацию спектрина и анкирина [41].Параметры жестких эритроцитов представлены в таблице 1 вместе с оригинальной проверенной [31] здоровой моделью. Поверхностный модуль Юнга рассчитывается для каждого усиленного эритроцита путем деформации одного шестиугольного участка мембраны в соответствии с методами проверки исходной модели [31]. Модуль Юнга 244,04 мк Н/м получен для численной модели 0,5 мМ TBHP и 808,00 мк Н/м для численной модели 0,75 мМ TBHP. Следует отметить, что это могут быть не уникальные комбинации масштабированных параметров для получения жестких эритроцитов.Численную жесткость эритроцитов можно получить путем масштабирования любой из сил, составляющих модель HemoCell. Были выбраны наименьшие изменения в исходной проверенной модели, чтобы свести к минимуму числовую нестабильность.

Индексы удлинения были рассчитаны путем помещения одного эритроцита в среду с однородным сдвигом. Равномерный сдвиг был реализован путем применения постоянной скорости + V x на верхней границе + Y и — V x на нижней границе — Y .Индекс удлинения рассчитывали путем подгонки эллипса к проекции мембраны после того, как эритроциты достигли равновесно-деформированного состояния, следуя процедурам предыдущего исследования [32]. Индексы удлинения были усреднены по 10 временным точкам после того, как оно уравновешивалось, что обычно происходило после деформации γt = 5. Результаты сопоставления жестких моделей RBC HemoCell разбросаны на графиках-скрипках по данным эктацитометрии на рис. 1.

Было установлено, что физиологическое значение внутренней вязкости здоровых эритроцитов находится в пределах 3–10 мПа·с [32, 42].Учитывая диапазон вязкости плазмы 1,1–1,3 мПа·с [43], это приводит к приблизительному диапазону коэффициента внутренней вязкости 2–9. Было обнаружено, что повышенный коэффициент вязкости Λ для ячейки с 0,5 мМ TBHP способствовал сглаживанию кривых индекса удлинения при напряжениях ≥ 5 Па. Однако коэффициент вязкости не оказывает существенного влияния на деформируемость ячейки для ячейки с 0,75 мМ TBHP. поскольку значительно увеличенная сила связи является доминирующим параметром жесткости. Поэтому мы сохраняем Λ = 1 для оптимизации вычислительной производительности, поскольку идентификация и изменение вязкости внутренних и внешних узлов жидкости LBM, лежащих внутри и снаружи RBC, требуют больших вычислительных ресурсов [32].Численная модель 0,75 мМ TBHP не могла выдерживать напряжения сдвига выше 2 Па или скорости сдвига γ ≥ 2000 с -1 . Поэтому сообщаются только устойчивые модели, которые относятся к моделированию столкновения пар клеток и моделированию прямолинейного сосуда, где скорости сдвига не превышают 1200 с -1 . В оставшейся части этого отчета жесткость эритроцитов определяется количеством TBHP как для in vitro , так и для in silico . В моделировании объемного потока используется только численная модель 0,75 мМ. Не удалось согласовать численную модель с данными эктацитометрии 1,0 мМ TBHP, поскольку численная модель становилась нестабильной при сдвиговых напряжениях ≥ 2,0 Па.

Коллизии пар ячеек

Во-первых, было исследовано влияние деформируемости эритроцитов на уровень пар клеток путем моделирования столкновений между парами эритроцитов различной жесткости. В этой модели моделирования две ячейки размещены на расстоянии X = 16 мкм друг от друга, и к жидкости LBM применяется равномерный сдвиг путем установки постоянной скорости x на верхней и нижней ( Y ) границах моделирования.Клетки смещены на расстояние δY = 2 мкм в направлении градиента скорости, что приводит к столкновению клеток друг с другом. Величина бокового смещения траектории каждой клетки по отношению к соответствующим начальным положениям отслеживалась. Это происходит в направлении градиента скорости ( Y ) и сообщается за характерное время одиночного столкновения, т.е. деформации, показанной на рис. 4. Каждое парное столкновение моделировалось 10 раз с пятью различными начальными ориентациями одного RBC в Плоскость XY вращается вокруг оси Z (0, 22, 45, 67 и 90 градусов от оси +X).Начальные положения двух ячеек также были заменены местами, что привело к дополнительным пяти симуляциям одной и той же пары ячеек, что было сделано для изучения влияния различных ориентаций входящих ячеек. Среднее значение всех траекторий на пару столкновений показано темными линиями на рис. 4, а стандартное отклонение показано заштрихованной областью на пару столкновений. Каждое столкновение моделировалось для скоростей сдвига 200, 500 и 1000 с -1 . Видео столкновений ячеек для каждой комбинации пар представлено в дополнительном материале S1 Video.Видео, демонстрирующие траектории клеток с учетом вариаций исходной ориентации клеток, показаны в S2 Video.

Рис. 4. Траектории смещения на деформацию от столкновений между одиночными эритроцитами с различной жесткостью мембраны.

В верхнем ряду показаны однородные столкновения эритроцитов между парами одинаковой жесткости, в среднем ряду показаны гетерогенные столкновения эритроцитов между здоровыми эритроцитами и жесткими эритроцитами, а в нижнем ряду показаны столкновения между эритроцитами и тромбоцитами. Цветовая схема на рисунке красная для здоровых эритроцитов, зеленая для 0.5 мМ TBHP RBC, синий для 0,75 мМ TBHP RBC и черный для тромбоцитов. Схема столкновений ячеек и расчетного смещения |Δ Y | показан на правой панели среднего ряда. Разброс каждой линии указывает на стандартное отклонение траекторий, возникающее в результате различных ориентаций начальных положений эритроцитов.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007716.g004

Однородные столкновения (верхний ряд рис. 4) между одинаковыми парами эритроцитов показывают, что окончательные смещения максимальны, когда они наиболее деформируемы. При столкновении здоровых и здоровых эритроцитов оба эритроцита могут деформироваться в большей степени, чем застывшие эритроциты, во время столкновения, что помогает им оставаться ближе к исходному положению на протяжении всего столкновения. Однако при столкновении часть энергии теряется на деформацию мембраны, что ограничивает возвращение в исходное положение. Это приводит к меньшему смещению в пике столкновения, но к большему конечному смещению, как показано на левой панели рис. 4. При жестко-жестком столкновении эритроцитов клетки смещаются больше во время столкновения, поскольку они не могут деформироваться.Однако эти клетки вернутся ближе к своему исходному положению после столкновения, поскольку потери энергии при деформации мембраны меньше. То есть для жестко-жесткого столкновения эритроцитов максимальное смещение во время столкновения выше, но меньше окончательное смещение, как показано на средней и правой панелях верхнего ряда рис. 4. По мере увеличения жесткости эритроцита однородные столкновения приближаются к обратимый во времени стоксов режим двух сталкивающихся твердых сфер, когда затвердевшие эритроциты демонстрируют меньшее смещение после столкновения.

В гетерогенных столкновениях между здоровыми и жесткими эритроцитами (средний ряд рис. 4) деформируемость здоровых эритроцитов позволяет здоровым эритроцитам поглощать энергию столкновения, удерживаясь ближе к своему исходному положению. Затвердевшие эритроциты не могут деформироваться и, как следствие, больше всего смещаются при гетерогенном столкновении. Окончательное смещение затвердевшего эритроцита увеличивается с увеличением жесткости эритроцита в гетерогенных (здорово-жестких) столкновениях эритроцита. Аналогичный эффект наблюдался ранее при гетерогенных столкновениях упругих капсул [44].

Столкновения пар тромбоцитов и клеток эритроцитов с эритроцитами с возрастающей жесткостью мембраны показаны на трех нижних панелях рис. 4. Максимальное смещение тромбоцитов немного увеличивается с увеличением жесткости эритроцитов, а конечное смещение тромбоцитов уменьшается с увеличением жесткости эритроцитов. Следуя той же тенденции, что и однородные столкновения эритроцитов, которые приближаются к обратимому во времени стоксову режиму по мере увеличения жесткости эритроцитов. Следует отметить, что этот эффект относительно невелик, и на столкновение тромбоцитов и эритроцитов в основном влияет несоответствие их размеров [33].Хотя существует небольшой эффект жесткости эритроцитов при смещении тромбоцитов, деформация эритроцитов в основном незначительна при любом сценарии жесткости эритроцитов, поскольку эритроциты намного больше, что вносит наибольший вклад в смещение тромбоцитов.

Объемная реология, включая жесткие эритроциты

Чтобы изучить поведение затвердевших эритроцитов в объемной реологии, мы смоделировали течение цельной крови через периодическую трубку радиусом R = 50 мкм с гематокритом резервуара 30%, приводимым в действие силой тела, приводящей к скорости сдвига стенки 1000 с −1 .Мы варьировали долю жестких/здоровых эритроцитов (0/100, 30/70, 50/50, 70/30 и 100/0) в каждом моделировании, поддерживая общий гематокрит на уровне 30%. Во всех симуляциях объемного потока в трубе использовалась численная модель жестких эритроцитов с 0,75 мМ TBHP, поскольку не удалось получить стабильную численную модель клеток, обработанных 1,0 мМ TBHP. Из-за вычислительных затрат на моделирование была выбрана более жесткая модель 0,75 мМ TBHP вместо модели 0,5 мМ TBHP, чтобы лучше подчеркнуть различия между затвердевшими и деформируемыми эритроцитами в потоке.Также включены видеоролики о смеси 50/50, S3 Video, показывающие моделирование объемного потока, поперечное сечение ячеек в потоке и профили радиальной объемной доли ячеек во времени.

Радиальная диффузия эритроцитов и профиль гематокрита.

Коэффициент радиальной диффузии D rr каждого типа эритроцитов рассчитывали в семи радиальных областях прямого сосуда с помощью отслеживания траекторий клеток в каждой из радиальных областей. Радиальные области сосредоточены в точке (3.6, 10.9, 18.2, 25.5, 32.8, 40.0 и 47.4) 90 007 х 90 008 м и каждая имеет ширину примерно 7,3 90 007 х 90 008 м. Коэффициенты диффузии были рассчитаны для каждой области радиуса и усреднены за 0,4 секунды с временным окном 0,5 мс. Мы следуем специальной процедуре из предыдущего исследования [33] и подтверждаем, что радиальная диффузия эритроцитов увеличивается от центра трубы к стенке после увеличения скорости сдвига. Радиальная диффузия показана на левой панели рис. 5. При моделировании жестких эритроцитов наблюдается увеличение эритроцитов D rr во всех областях трубы.100% здоровый случай показывает самый низкий RBC D rr , который мы приписываем деформируемым RBC, демонстрирующим наименьшее максимальное смещение во время гомогенных одноклеточных столкновений. Однако 100% жесткое моделирование демонстрирует самые высокие значения RBC D rr из-за наибольшего максимального смещения во время столкновения, наблюдаемого при однородных столкновениях. В смеси 50% здоровых и 50% жестких мы наблюдаем более высокие эритроциты D rr как для здоровых, так и для жестких эритроцитов по сравнению со здоровым случаем.Жесткие эритроциты также демонстрируют большую диффузионную способность по сравнению со здоровыми эритроцитами в этой смеси, на которую влияют гетерогенные столкновения. Неоднородные столкновения жестких и здоровых эритроцитов приводят к большему конечному смещению затвердевших эритроцитов. Следовательно, в радиальной области с высокой скоростью сдвига (25 мкм R ≤ 45 мкм ) наблюдается более высокий коэффициент диффузии жестких эритроцитов, что приводит к удалению жестких эритроцитов из этой области здоровыми эритроцитами, как показано на рис. 5 (средняя правая панель).Удаление уплотненных эритроцитов из этой области приводит к жесткому пику гематокрита на стенке сосуда и более жестким эритроцитам ближе к центру канала.

Рис. 5. Результаты моделирования профилей коэффициента диффузии (левые панели) и объемных долей (правые панели) вдоль радиальной оси трубы радиусом 50 мкм с гематокритом трубки 30%.

Верхний ряд — 100% здоровый случай, средний ряд — 50/50 здоровый/жесткий случай, а нижний ряд — 100% жесткий случай.На правых панелях показаны профили объемной доли по радиусу трубы для здоровых эритроцитов: красный, эритроцитов с 0,75 мМ TBHP: синий и тромбоцитов: черный. C plt — объемная доля тромбоцитов, которая определяется как отношение локальной объемной доли тромбоцитов к средней объемной доле тромбоцитов в сосудах.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007716.g005

Свободный слой эритроцитов уменьшается в результате увеличения фракции уплотненных эритроцитов в оттекающей крови, левая часть рис. 3.В целом здоровые эритроциты демонстрируют больший CFL (красные столбцы на левой панели рис. 3) по сравнению с жесткими эритроцитами (синие столбцы на левой панели рис. 3), что одинаково для всех смесей жестких/здоровых эритроцитов. Поскольку жесткие эритроциты не легко деформируются при сдвиге и сохраняют свою двояковыпуклую форму, мы ожидаем, что снижение CFL частично вызвано отсутствием протектора жестких эритроцитов вблизи стенки сосуда. Было показано, что колебательное движение стенки сосуда влияет на поперечный дрейф везикул в сдвинутой суспензии [45, 46], что способствует подъемной силе, ощущаемой эритроцитами на стенке сосуда, создавая CFL [47].

Профиль радиальной диффузии и объемной доли тромбоцитов.

Коэффициент радиальной диффузии D rr тромбоцитов был также рассчитан в семи радиусных областях в прямом сосуде. Мы наблюдаем увеличение коэффициента диффузии тромбоцитов в каждой области радиуса по мере увеличения доли затвердевших эритроцитов в кровотоке. Коэффициенты радиальной диффузии тромбоцитов показаны на левой панели рис. 5. Тромбоциты демонстрируют большее максимальное смещение при увеличении жесткости эритроцитов.Однако ранее наблюдаемое при столкновениях пар тромбоцитов и эритроцитов максимальное смещение тромбоцитов в значительной степени диктуется разницей масс двух клеток и не оказывает существенного влияния на изменение жесткости эритроцитов. Поскольку эритроциты, как здоровые, так и ригидные, смещаются больше, демонстрируя большую диффузионную способность из-за присутствия ригидных эритроцитов, тромбоциты также подвергаются воздействию, поскольку они также сталкиваются с эритроцитами. Таким образом, увеличение коэффициента диффузии тромбоцитов может быть вторичным результатом увеличения коэффициента диффузии эритроцитов по мере увеличения доли уплотненных эритроцитов, присутствующих в кровотоке.

Также наблюдается уменьшение локализации тромбоцитов на стенке сосуда по мере увеличения доли затвердевших эритроцитов, как показано на профилях объемной доли тромбоцитов, показанных на правой части рис. 5. Здесь объемная доля тромбоцитов C plt указывается как отношение локальной радиальной объемной доли тромбоцитов к средней объемной доле тромбоцитов в сосудах. Концентрации тромбоцитов в объеме шириной 5 мк м у стенки измеряются непосредственно и показаны нормализованными к 100% здоровому случаю на правой панели рис. 3.Мы наблюдаем ступенчатое снижение концентрации тромбоцитов на стенке сосуда, когда в поток вводят затвердевшие эритроциты, даже в случае 30% жесткости.

Выводы

В этом исследовании мы предоставляем in vitro и in silico доказательства прямого воздействия жестких эритроцитов в текущей крови. Предыдущие исследования, посвященные этому вопросу, в основном фокусировались на влиянии уплотненных эритроцитов, присутствующих в крови в небольших фракциях [24, 25, 29, 30], в то время как заболевания, характеризующиеся ригидными эритроцитами, имеют диапазон фракций от пациента к пациенту.Мы исследуем влияние деформируемости эритроцитов, когда в цельной крови присутствует значительный процент затвердевших эритроцитов. Мы измеряем уменьшение локализации тромбоцитов на стенке канала in vitro . Из-за рассматриваемых высоких значений гематокрита сигнал флуоресценции тромбоцитов в наших экспериментах значительно ослаблен, ограничивая глубину, на которой мы можем разрешить полнокровное распределение тромбоцитов. Мы полагаем, что это будет общим ограничением при попытке наблюдать распределение клеток в текущей цельной крови с гематокритом ≥ 30%.Мы смогли смоделировать этот эксперимент с помощью модели кровотока HemoCell, что позволило нам решить то, что мы не смогли увидеть в нашем эксперименте.

В недавней микрофлюидной работе сообщалось, что с увеличением количества затвердевших эритроцитов, присутствующих в потоке, затвердевшие эритроциты концентрируются в большей степени ближе к центральной линии канала шириной 50 мкм шириной м [48] по сравнению со здоровым случаем. Мы не наблюдаем существенной разницы в профилях жесткого и здорового гематокрита. Учитывая, что диаметры сосудов, рассматриваемых в данном исследовании, во много раз больше, мы полагаем, что этот эффект становится более значимым для сосудов диаметром ≤ 50 µ м.

Численные исследования намекают на уменьшение краевых границ тромбоцитов с увеличением количества уплотненных эритроцитов [49, 50] в результате диабета, предполагая, что это может быть вызвано уменьшением столкновений между эритроцитами и тромбоцитами, когда в крови присутствуют только уплотненные эритроциты. поток. Мы, однако, обнаружили, что увеличение количества затвердевших эритроцитов в потоке вызывает увеличение числа столкновений, как гетерогенных, так и гомогенных, что наблюдается при более высоких коэффициентах диффузии как для тромбоцитов, так и для эритроцитов, что соответствует большему количеству присутствующих затвердевших эритроцитов.

Границы тромбоцитов, как мы полагаем, затем, вероятно, изменяются за счет уменьшения размера КЛЛ, поскольку рядом со стенкой имеется ограниченный объем, в котором могут задерживаться тромбоциты, выделенные на левой панели рис. 3. Уменьшение размера CFL можно отнести к уменьшенной подъемной силе стенки, ощущаемой затвердевшими эритроцитами, в первую очередь из-за отсутствия движения жесткой эритроцитной жидкости по стенке резервуара. Это также может быть фактором, способствующим увеличению кажущейся вязкости крови, наблюдаемому при моделировании [29] и клинических анализах крови [51] зараженной малярией крови.Представленная здесь работа предлагает общую модель жесткости эритроцитов в результате заболевания, как экспериментальную, так и расчетную, и предлагает доказательства пагубного влияния жестких эритроцитов на физиологический кровоток и способность тромбоцитов локализоваться на стенке сосуда.

Материалы и методы

Разрешения на исследования и подготовка крови человека

Протоколы аналогичны представленным Gutierez et al [28]. применяются в данной работе. Свежую человеческую кровь получают от добровольных доноров путем венепункции.Протоколы забора крови были одобрены Внутренним контрольным советом Мичиганского университета (IRB-MED). В качестве антикоагулянта использовали кислый цитрат декстрозы (ACD). Эритроциты отделяли от цельной крови серией из медленных стадий разделения центрифугированием и тщательно промывали раствором фосфатного буфера (PBS (-/-)). Обогащенную тромбоцитами плазму инкубируют с аллофикоцианином против CD41/CD61 человека при 37°C в течение 1 часа. Тромбоциты окрашиваются независимо, а затем восстанавливаются в виде цельной крови.Цельная кровь поддерживается на желаемом уровне гематокрита 30%.

Затвердевание эритроцитов

Аналогичен методу, использованному Гутьерресом и др. . [28], изолированные эритроциты инкубировали (2% гематокрита) в течение 30 минут в растворе PBS (-/-) с определенной концентрацией TBHP (0,5 мМ, 0,75 мМ и 1,0 мМ). После периода инкубации отвердевшие эритроциты тщательно промывают PBS (-/-).

Эктацитометрия

Эктацитометрические измерения индекса удлинения здоровых и обработанных TBHP эритроцитов были выполнены с использованием лазерного оптического ротационного анализатора клеток (LORRCA; Mechatronics, Hoorn, Нидерланды) [52].Дифракционные картины являются функцией увеличения напряжения сдвига, приложенного к коллекции эритроцитов. EI является функцией разницы между большой и малой осью дифракционной картины эритроцитов по сумме большой и малой осей, приведенной в уравнении 1. Образцы крови были собраны с использованием антикоагулянта этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), который, как было показано, минимизирует влияние на гемореологические параметры [53].

Эксперименты по конфокальному распределению

Кровь перфузировали через параллельный канал из пластинчатого стекла размерами ДхШхВ (48.2 x 5,0 x 0,1) мм путем регулирования объемной скорости потока с помощью шприцевого насоса (серия SPLG100). Шприц на 10 мл вытягивали при объемной скорости потока Q 500 мкл /мин, чтобы обеспечить скорость сдвига стенки внутри канала 1000 с -1 . Это было рассчитано с использованием отношения напряжения сдвига стенки , где b = 5 мм, a = 0,1 мм, и кажущейся вязкости взвешенной среды, H 2 O при 37°C, μ = 0.00076Па⋅с. Проточная камера с параллельными пластинами была сконструирована с использованием мкм -Slide Luer с липкой нижней стороной (там же) и простого предметного стекла. Флуоресцентно меченные тромбоциты возбуждали лазером с длиной волны λ = 633 нм и наблюдали при длине волны пика излучения λ = 660 нм . Измерения конфокального распределения были выполнены с использованием изображений Z-Stack, полученных с помощью лазерных сканирующих конфокальных микроскопов серии FluoView FV1000 от Olympus. Водно-иммерсионный объектив Olympus UMPLFLN 20XW с 20-кратным увеличением и числовой апертурой 0.5 использовался с полем зрения 512×512 пикселей (разрешение 0,32 мкм на пиксель).

Спектры поглощения

Спектры поглощения из 28 испытаний на жесткую фракцию при обработке TBHP с независимо окрашенными тромбоцитами загружали в несколько 96-луночных планшетов. Каждая лунка содержала общий объем 100 мл восстановленной цельной крови с цистерновым гематокритом 30%, что соответствует длине пути образца 3,108 мм. Планшеты измеряли с помощью устройства для считывания микропланшетов Synergy h2-BioTek.Спектры поглощения анализировали в диапазоне длин волн от 600 до 700 нм, включая пик излучения флуоресценции тромбоцитов λ = 660 нм. Среднее измеренное поглощение за процедуру и жесткая объемная доля показаны на S1 рис.

.

Модель HemoCell и имитации

Для выполнения всех моделей, представленных в этом отчете, использовалась высокопроизводительная библиотека HemoCell (High pErformance MicrOscopic CELLular Libary). HemoCell реализует утвержденную механическую модель эритроцитов, которая затем способна воспроизводить возникающие транспортные явления и неньютоновские характеристики системы клеточной суспензии [31].Модель силы HemoCell RBC представляет собой суперпозицию четырех дискретных сил, которые моделируют растяжение и сжатие нижележащей спектриновой сети ( F ссылка ), реакцию мембраны на изгиб, возникающую из-за ненулевой толщины спектриновой сети ( F изгиб ), комбинированный поверхностный отклик поддерживающей спектриновой сети и липидного бислоя мембраны на растяжение и сжатие ( F площадь ), и усилие сохраняют квазинесжимаемость ячейки ( F объем ). Модель эритроцитов получила дальнейшее развитие, чтобы включить контраст вязкости между внутренней жидкостью эритроцитов и окружающей плазмой крови [32]. В этом отчете были настроены только связующая сила и коэффициент внутренней вязкости Λ для построения двух новых жестких моделей RBC. Сила связи F ссылка показана в уравнении 2. (2) Здесь κ l – коэффициент силы звена, – нормальная деформация, определяемая как относительное отклонение от равновесной длины L 0 . τ l — коэффициент относительного расширения, выбранный равным 3, когда спектриновая сеть достигает своей персистентной длины. Персистентная длина спектриновой нити была выбрана равной p = 7,5 нм. Коэффициент силы связи κ l является свободным параметром и используется для масштабирования величины силы связи в соответствии с экспериментальными данными.

Параметры модели HemoCell сохранялись одинаковыми на протяжении всего моделирования одноклеточного сдвигового потока, столкновения пар клеток и объемного потока в прямом сосуде. Кинематическая вязкость и плотность LBM плазмы были выбраны как η = 1,1 E -6 M 2 S -1 и ρ = 1025 кгм -3 что позволяет нам преобразовать приложенную скорость сдвига в напряжение сдвига, т.е. Разрешение сетки LBM было выбрано таким, чтобы иметь dx = 0,5 μ м и параметр релаксации τ = 1,1, что привело к временному шагу dt = 0.1 мкс с. Начальные положения ячеек, заполняющие резервуар с гематокритом 30% в моделировании потока в трубе, были достигнуты в соответствии с процедурами для кинетического процесса для жесткой эллипсоидальной упаковки [54, 55].

Оценка деформируемости эритроцитов по микроскопическим изображениям с использованием глубокого обучения

Эритроциты (эритроциты) должны быть сильно деформируемыми, чтобы проходить через микроциркуляторное русло и доставлять кислород к тканям. Потеря деформируемости эритроцитов в результате патологии, естественного старения или хранения в мешках с кровью может препятствовать правильному функционированию этих клеток.Для измерения деформируемости эритроцитов были разработаны различные методы, но эти методы требуют специального оборудования, длительного времени измерения и высококвалифицированного персонала. Чтобы решить эту проблему, мы исследовали, можно ли использовать подход машинного обучения для прогнозирования деформируемости донорских эритроцитов на основе морфологических особенностей микроскопических изображений отдельных клеток. Мы использовали микрожидкостное храповое устройство для сортировки эритроцитов по деформируемости. Затем отсортированные клетки визуализируются и используются для обучения модели глубокого обучения для классификации функций изображения на основе эритроцитов, связанных с деформируемостью клеток.Эта модель правильно предсказала деформируемость отдельных эритроцитов с точностью 81 ± 11%, усредненной по десяти донорам. Использование этой модели для оценки деформируемости образцов эритроцитов было точным в пределах 10,4 ± 6,8% от значения, полученного с помощью микрофлюидного храпового устройства. Хотя методы машинного обучения часто разрабатываются для автоматизации анализа изображений человека, наше исследование примечательно тем, что показывает, что глубокое изучение изображений микроскопии отдельных клеток можно использовать для оценки деформируемости эритроцитов, свойство, которое обычно не измеряется с помощью визуализации.Измерение деформируемости эритроцитов с помощью визуализации также желательно, поскольку его можно быстро выполнить с помощью стандартной системы микроскопии, что потенциально позволяет проводить исследования деформируемости эритроцитов в рамках рутинных клинических оценок.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент.