全身麻醉下个体化病人体温调节反应的计算机仿真

发布时间：2021-03-26 14:49

　　目的通过构建计算机仿真模型分析全身麻醉引起的体温调节系统损伤和手术室低温环境对个体化病人围手术期体温调节的影响。方法开发一个麻醉模型,通过降低基本代谢率、皮下血管收缩和骨骼肌颤抖的阈值来模拟麻醉效果,并耦合到作者建立的"皮肤-体核"二节点体温调节模型中。该模型可通过设置骨骼肌颤抖产热、出汗、及皮下血管舒缩能力的强弱模拟年龄衰老导致的热调节能力损伤,设置不同脂肪厚度模拟肥胖以及设置心血管模型参数模拟不同的心血管疾病,进而计算分析这些个体化特征对低温麻醉条件下体温调节的影响。结果在低温环境下,与年轻人相比,老年人体核温度较低,体表温度较高。脂肪厚度增加或左心室功能衰竭加重,都有可能缓解低温环境中体核温度下降。风速或相对湿度增加会导致体核温度降低。当麻醉引起的血管收缩阈值降低0. 5～3℃时,会引起体核温度显著降低。结论通过对比模型预测与实验测量的结果,验证了该模型的可靠性。身体的个体化特征对低温环境下人体温度调节具有重要影响。个体体征与全身麻醉结合进一步复杂化了人体的体温调节,给临床医师带来巨大挑战。 

【文章来源】：医用生物力学. 2020,35(02)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

集成温度调节模型示意图

此外，考虑到热应力会导致显著的心血管调节，以维持人体内充分的血液灌注[18]，本文开发了一个以心肺循环为重点的闭环、多模块心血管模型，与人体热模型耦合，用于模拟人体内的血液循环和灌注(见图2)。从体核到皮肤的血流阻力Rsk模拟为人体热信号的函数，体温变化会影响Rsk阻值，从而影响皮肤血流量，具体计算公式[16]为:

图3对比了在逐步变化外部热环境下模型预测和实验测量的体温变化[23]，仿真得到的体核和皮肤温度与实验测量结果非常一致。当外部温度降低引起的人体温度低于参考温度时，温差会触发皮下血管收缩，减少体核到皮肤的散热量，并引起骨骼肌的颤抖，增加体内产热量，以保持体核温度恒定;而当外部温度升高引起的人体温度高于参考温度时，温差会触发皮下血管舒张和出汗，增加体核到皮肤的散热量来保持体核温度恒定。此外，皮肤温度受外部环境影响较大，而在体温调节系统的控制下体核温度稳定的保持在37℃左右。Armstrong等[24]通过实验研究在高温环境下年龄对体温调节的影响。对比相同实验条件下数值模拟和实际测量得到的平均皮肤和体核温度可知，在28℃时，年龄对于皮肤和体核温度的影响没有明显差别。当环境温度从28℃升高到46℃时，人体体温自主调节系统启动，通过皮下血管舒张和出汗释放热量，保持体核温度稳定。但老年人由于身体机能的衰老，出汗率与血管舒张能力均下降，故表现出明显较低的皮肤温度和较高的体核温度(见图4)。需要注意的是，仿真中的模型参数和边界条件都设置与实验相同。结果表明，本文所提出的温度调节模型可以较好再现人体对瞬态热环境的动态热反应。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Gravitational effects on global hemodynamics in different postures:A closed-loop multiscale mathematical analysis[J]. Xiancheng Zhang,Shigeho Noda,Ryutaro Himeno,Hao Liu.  Acta Mechanica Sinica. 2017(03)
[2]全麻术后苏醒延迟影响因素的Logistic分析[J]. 黄玲,黄冰,潘灵辉,蒋英.  临床麻醉学杂志. 2006(07)



本文编号：3101765