红细胞在分叉微血管中运动、变形和聚集的数值研究

论文摘要

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。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
•   1.1 红细胞运动、变形和聚集的研究意义
•   1.2 红细胞在分叉微血管中运动、变形和聚集的研究现状
•     1.2.1 单（多）个红细胞在分叉微血管中运动、变形和聚集的研究现状
•     1.2.2 红细胞在分叉微血管网络中分布的研究现状
•   1.3 数值模拟方法的研究现状
•     1.3.1 基于网格的数值模拟方法
•     1.3.2 基于粒子的数值模拟方法
•   1.4 论文的主要工作和结构安排
•     1.4.1 主要工作
•     1.4.2 结构安排
• 第二章 模型与方法
•   2.1 数学模型
•   2.2 数值方法
• 第三章 单个红细胞在分叉微血管中运动和变形的数值模拟
•   3.1 问题描述
•   3.2 验证
•   3.3 单个红细胞在分叉微血管中运动和变形的结果分析
•     3.3.1 分叉角度与分支直径
•     3.3.2 细胞的力学性能
• 第四章 多个红细胞在分叉微血管中运动、变形和聚集的数值模拟
•   4.1 问题描述
•   4.2 验证
•   4.3 多个红细胞在分叉微血管中运动、变形和聚集的结果分析
•     4.3.1 细胞数量
•     4.3.2 细胞的力学性能
•     4.3.3 细胞间相互作用的强度
• 第五章 连续分叉的微血管网络中的红细胞分布
•   5.1 问题描述
•   5.2 验证
•   5.3 连续分叉的微血管网络中的红细胞分布的结果分析
•     5.3.1 细胞分布
•     5.3.2 细胞的变形性、聚集性和血细胞比容的影响
• 第六章 结论
• 参考文献
• 第七章 作者简介及科研成果
• 第八章 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 彭立娜

导师: 叶挺

关键词: 微血管,红细胞,微循环,光滑耗散粒子动力学,浸入边界法

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 生物学,基础医学

单位: 吉林大学

分类号: R331.14

DOI: 10.27162/d.cnki.gjlin.2019.000916

总页数: 61

文件大小: 4550K

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