红细胞在分叉微血管中运动、变形和聚集的数值研究

发布时间：2020-09-27 16:14

　　 在所有血液细胞中,红细胞占99%,并且红细胞占整个血液体积的45%,这使得红细胞在一定程度上决定了血液的某些性质,因此,研究红细胞在微循环中的运动和变形具有非常重要的意义。一方面微循环系统不仅是维持生命活动的基础还肩负着人体中物质与能量的运输,并且微循环更是与组织器官的正常功能息息相关,另一方面由于红细胞在微循环中产生显著影响,如果红细胞在形态或力学性质上异常,将导致疾病的发生,如疟疾等。本论文采用光滑耗散粒子动力学(SDPD)与浸入边界法(IBM)耦合的方法模拟了分叉微血管中红细胞的三维运动、变形和聚集现象。使用光滑耗散粒子动力学建立红细胞内部和外部流体的运动模型,浸入边界法处理红细胞与流体的相互作用。红细胞膜被构造为三角形网格,红细胞膜不仅能够抵抗拉伸和弯曲变形,还能够保持红细胞的体积和表面积几乎不变。首先,研究了单个红细胞在分叉微血管中的运动和变形,在数值模拟过程中,发现当红细胞流过分叉微血管时,红细胞变形分为五个阶段,在这五个阶段中,受不同的分叉血管和不同的红细胞特性的影响,导致红细胞具有相似的变形趋势,但是却有不同的变形指数。其次,研究了红细胞的数量、力学性质和相互作用强度对红细胞的运动、变形和聚集的影响,在模拟过程中观察到分叉处多个红细胞显示出与单个红细胞类似的变形,也具有五个变形阶段,并且发现红细胞的运动、变形和聚集混合在一起并相互作用,红细胞的变形对红细胞的聚集有明显影响,而红细胞的聚集对红细胞的变形有轻微影响,红细胞的变形和聚集可导致红细胞的质心在分叉的顶点偏离,使红细胞滑入不同的分支。最后,还研究了微血管网络中大量红细胞的分布,包括红细胞的可变形性、聚集性和血细胞比容的影响,研究发现红细胞越低的可变形性、越强的聚集性或越高的血细胞比容有助于微循环中血细胞和血浆相分离。这些研究有助于理解微循环中红细胞的运动、变形和聚集行为。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R331.14
【部分图文】：

逦ｘ邋Ｉ邋Ｒｐ逦ｘｌ邋Ｒ，逡逑图３．２在圆管中细胞倾斜角度＾邋＝邋０的横截面形状的比较，时间ｒ邋＝邋［／ｍｆＡＲｐ邋＝邋０逡逑⑷，０．５邋（ｂ）和１．０邋（ｃ），其中＜按照缩放，为了保持与Ｐｏｚｒｉｋｉｄｉｓ’ｓ［７３］的结果一致。逡逑在本验证的研究中计算＜５邋＝邋０．６９３１和Ｇ邋＝邋０．０１６６７，与Ｐｏｚｒｉｋｉｄｉｓ［７３］的相同，图３．２显逡逑示了红细胞在三个不同时刻的形状比较，受初始倾斜角度外＝０的影响，该角度定义逡逑为红细胞的中心轴和管径方向之间的角度。最初瞬间的红细胞被定位并释放在管道中逡逑心线上，随着时间的推移，它沿着管道中心线进行轴对称运动，并逐渐呈现出一个降逡逑１１逡逑

４邋笔逡逑Ｄａｕｇｈｔｅｒ邋ｂｒａｎｃｈ邋２逦Ｆｌｕｉｄ邋ｐａｒｔｉｃｌｅ邋＊＊＾ｉｉ？＊逡逑图３．１问题描述：（ａ）分叉微血管的三维示意图，其中＾＾和／＾分别是母微血管的长度和逡逑子分支的投影长度；Ｄｐ，邋■＾和＾＾分别是母管和子分支１和２的直径，ａ是分叉角；（ｂ）二逡逑维横截面分叉微血管的点图，其中包括四种离散模拟区域的粒子：流体粒子（圆形），逡逑膜粒子（红色方形），虚拟粒子（三角形）和管壁粒子（黑色方形）。逡逑是通过模拟方形横截面分叉管中红细胞的变形来验证ＳＢＴ模型的可靠性，与此同时，逡逑它们都可以说明本文的数值方法的准确性。逡逑在第一个验证中，比较了直圆柱管中红细胞的变形形状与Ｐｏｚｒｉｋｉｄｉｓ丨７３］的形状，逡逑圆柱管的长度Ｌｐ邋：＝邋５０／ｘｍ，半径＆邋＝邋５．６４１２／ｉｍ，红细胞的形状由方程（（３．１））给出。逡逑流体的特性设置如下：密度ｐ邋＝邋１０３％／ｍ３，粘度＝邋１０＿４ｐａ．Ｓ。红细胞的特性设定逡逑如下：剪切模量＆邋＝邋６．０邋ｘ邋１０－６ｉＶ／ｒｎ

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本文编号：2828095