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模拟失重后大鼠血液细胞阻抗特及其模型研究

宫宇  
【摘要】:目的通过交流电阻抗方法评价模拟失重大鼠血液电阻抗频谱的特征性改变。并基于血液电阻抗谱,建立血液细胞数理模型分析方法,探索性创建模拟失重大鼠血液细胞的数学模型与电路模型参数,阐明失重性贫血症的血液细胞变化的电生理机制,为贫血症的诊断与治疗提供可借鉴技术方法和电生理指标。方法采用大鼠尾部悬吊60天,建立模拟失重动物模型。经颈总动脉采血获得血液样本。利用Agilent4294A阻抗分析仪,在10k~100M Hz的频率范围内选取80个频率点,通过血液样本的阻抗测量,分别获得正常的与模拟失重大鼠的血液电阻抗频谱,创建血液电阻抗谱特征参数提取方法,建立对照组与模拟失重组血液电阻抗频谱特征参数,利用统计方法比较两者之间的差别,为贫血症血液细胞的电特性检测仪器开发奠定基础。在此基础上,利用Cole-Cole数学公式,结合非线性数值计算和曲线拟合(curve fitting)的方法,构建模拟失重大鼠血液电阻抗频谱的数学模型。此外,在三元件(细胞外电阻Re,细胞内电阻抗Ri,细胞膜电容C_m)电阻抗等效电路模型的基础上,根据实验数据的要求,作出适当的调整,进行电路的拟合分析,构建电阻抗等效电路模型。 结果 (1)模拟失重组大鼠血液电阻抗降低,主要表现在:低频复阻抗实部值Z’0、高频复阻抗实部值Z’_∞、低频电阻抗幅模值|Z*|0、高频电阻抗幅模值|Z~*|_∞、阻抗实部驰豫幅度Z’、阻抗幅模驰豫幅度|Z*|、和低频阻抗幅模值对数Log|Z*|_0分别降低14.90%、6.10%、14.54%、6.10%、23.63%、22.48%、3.09%。 (2)大鼠血液电阻抗谱的特征频率增加,主要表现在第一特征频率fC1增加23.81%以及第二特征频率f_(C2)增加4.52%。 (3)复阻抗虚部峰值和相位角峰值不考虑负号,以幅度进行比较,均小于对照组。复阻抗虚部峰值Z”_P降低25.84%、弧度相位角峰值θP/rad降低19.05%、角度相位角峰值θP/deg降低16.51%。 (4)模拟失重后大鼠血液的电阻抗特性符合Cole-Cole数学模型的规律。阻抗高频极限值R∞降低19.52%、第一阻抗增量ΔR1降低27.50%、第二阻抗增量ΔR_2降低21.82%;第一驰豫散射角α1增加12.50%、第二驰豫散射角α2增加0.07%。 (5)模拟失重后大鼠血液的电阻抗特性符合五元件电阻抗等效电路模型的规律。模拟失重组的五个参数:细胞外电阻Re,细胞内电阻Ri,细胞膜电容C_m,细胞膜电阻Rm,细胞内电容Ci较对照组均有降低,百分比分别为:14.35%,3.03%,90%,6.98%,6.55%。 结论 (1)血液电阻抗特性具有电场频率依从性,且模拟失重后大鼠血液细胞电阻抗特性与对照组大鼠血液细胞电阻抗特性相比存在显著差异; (2)模拟失重引起血液电阻率降低,导电性能增加; (3)模拟失重后大鼠血液的两个特征频率(f_(C1)、f_(C2))增加; (4)经过曲线拟合建立的模拟失重后大鼠血液数学模型和五元件等效电路模型阻抗参数能够反映失重血液对交变电场阻抗响应的规律和血液频域电生理学数据特征。


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