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Tipo: Dissertação
Título: Mathematical modeling of blood flow and mass transfer in the human cardiovascular system
Título(s) alternativo(s): Modelagem matemática de fluxo sanguíneo e transferência de massa no sistema cardiovascular humano
Autor(es)/Inventor(es): Diniz, Luíza Wanderley
Orientador: Secchi, Argimiro Resende
Resumo: A utilização dos conceitos de fenômenos de transporte aliada à prática médica impacta positivamente a compreensão de fenômenos fisiológicos, auxiliando médicos em seus diagnósticos e fornecendo ferramentas para melhorias nos tratamentos. Caracterizar um sistema cardiovascular do ponto de vista da mecânica dos fluidos e do transporte de massa é uma estratégia eficiente e alternativa, podendo reduzir o número de intervenções cirúrgicas em um determinado paciente, aumentar a eficácia de tratamentos e a assertividade de diagnósticos. No presente estudo, é utilizado um modelo macroscópico multicompartimentos, que consiste em uma simplificação onde não são consideradas as variáveis espaciais, sendo o sistema variante apenas no tempo. Inicialmente, um modelo macroscópico 0D multicompartimentos é aplicado para a simular o sistema cardiovascular a fim de checar a implementação do modelo e a aplicabilidade do EMSO (Enviroment for Modelling, Simulation and Optimization) em uma simulação biológica. E em seguida, é inserido no sistema um modelo de farmacocinética baseado na fisiologia (PBPK). Os parâmetros necessários foram obtidos da literatura. Os resultados apresentados são qualitativos e satisfatórios, reproduzindo resultados reportados na literatura. Com isto, pretendemos estudar os aspectos governantes da disposição de fármacos no corpo, monitorando 3 variáveis: pressão, vazão e concentração. Os resultados da checagem são satisfatórios qualitativamente, mas não reproduzem os valores (quantitativo) da literatura, devido ao conjunto de condições iniciais. Os resultados obtidos são representativos para os perfis de variação no tempo da concentração de fármaco em diversos vasos e em tecidos (rins e fígado).
Resumo: The application of transport phenomena concepts combined with medical practice has a positive effect in physiological phenomena comprehension, aiding medical professionals with diagnosis and providing tools to improve treatments. To describe a cardiovascular system from a mechanical and mass transport point-of-view is a effective strategy that can reduce the number of surgical interventions, increase the efficiency of treatments and diagnosis precision. In this study is presented a new approach, from a chemical process point-of-view, for modeling the cardiovascular system. In order to implement and simulate the models the open-source process simulator software EMSO was used. Initially a compartmental macroscopic model (0D) is applied without any component balance. This model is a simplification where space variables are not considered rendering the system only time-variant. This stage was intended to first validate the using of EMSO (Enviroment for Modelling, Simulation and Optimization) for a biological simulation. Afterwards, the multicompartimental physiological based pharmacokinetics model (PBPK) was implemented in order to simulate the drug distribution in the system. The system was divided into several compartments where physiological properties can be considered constants. All parameters were obtained from literature. Qualitative results are presented. The main goal is to study drug disposition in the body by monitoring pressure, flow and concentration. The results for the model implementation checking (using EMSO) were sactisfactory qualitatively, but did not reproduce the literature quantitatively due to the initial conditions. Representative profiles for the variation in time of the concentration of chemical in blood in several vessels and in tissues (kidney and liver) were obtained.
Palavras-chave: Mass transfer
0D model
Cardiovascular system
Process simulator
EMSO
Physiological based pharmacokinetics
PBPK
Assunto CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Unidade produtora: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Editora: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Data de publicação: Fev-2019
País de publicação: Brasil
Idioma da publicação: eng
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:Engenharia Química

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