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基于计算机软件的组织间隙流动数值模拟

沈烨良  
【摘要】: 组织液是一种存在于血管以外组织细胞间隙中的液体,是细胞生活的内环境。血液与组织细胞之间进行物质交换必须通过组织液作为媒介。在人体内,组织液有着广泛的分布,在生理功能中起着非常重要的作用。然而,中西医学界对组织液的研究却只是刚刚起步,组织液仍然是现代生理学的一个未知领域。过去大多数的研究只限于组织液成分研究。目前的研究发现,组织液并非呈各向同性的水凝胶状态,而是可以自由流动,所以组织液动态运动是近年来的研究重点。 本论文根据传统毛细血管壁渗流的Starling假设和近期实验的新发现,利用计算机软件对人体小腿骨间膜中组织间隙的流场进行建模,先后建立了组织胶体渗透压定常、非定常情况下的组织液流动二维和三维模型、肥大细胞模型以及示踪剂流动模型。根据计算机的数值模拟结果讨论了影响组织液流动的各种因素改变下流场的变化,发现与生理现象基本吻合。通过分析了三维模型与二维模型所得结果的异同,发现三维情况下流场的速度分布更为均匀,这种组织空间速度的均匀分布可以为组织间隙中的物质交换提供更有利的条件。其次,计算结果显示了蛋白质的非均匀分布对流场的影响,发现组织间隙中生理参数发生改变时会引起蛋白质瞬时的重新分布,最终达到一个新的稳态。文章还对组织胶体渗透压非定常情况下和定常情况下的数值模拟结果进行对比,发现两者组织液流动的速度有较大差异,非定常模型的模拟结果更符合实际。根据对注射示踪剂模型的模拟,观察扩散状态,发现组织液的定向流动与循经迁移现象有关。组织液的流动会对悬浮于其中的肥大细胞产生壁面剪切应力,通过计算机模拟也对其进行了研究,结果对探索组织液流动对组织间隙细胞的生理作用有一定帮助。


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