组织间隙氧分压的数值模拟及统计分析VIP免费

29卷6期2010年12月中国生物医学工程学报ChineseJournalofBiomedicalEngineeringVol.29No.6December2010doi:10.3969/j.issn.0258-8021.2010.06.010收稿日期:2009-09-28，修回日期:2010-09-26基金项目:上海市重点学科建设基金(B112和T0302);国家重点基础研究发展(973)专项计划(2005CB523306)*通讯作者。E-mail:ghding@fudan.edu.cn组织间隙氧分压的数值模拟及统计分析姚伟谢莉顾金涛费凌丁光宏*(复旦大学力学与工程科学系上海市针灸经络研究中心，上海200433)摘要:研究如何通过测量组织间隙离散点的氧分压来进行局部组织的氧供应情况分析，以及进行机体相关参数分析。基于组织氧扩散的圆柱模型，利用Matlab软件，对单根、双根同血流及异血流方向血管和多根同血流方向血管周围组织中的氧分压分布进行数值仿真，并用统计分析方法对数值模拟结果进行频率分析。理论模拟组织氧分压的概率分布规律与动物实验结果很相似，并且可以得到组织间隙氧分压的概率分布与单根血管的供氧区域(R)和组织间隙氧扩散系数(K)的定量关系。理论研究证实，可以通过测量组织间隙离散点的氧分压来描述局部组织的氧供应情况，为临床确定局部组织供血情况和组织间隙氧扩散系数提供一个有效方法。关键词:组织氧分压;气体扩散;频率分布;数值模拟中图分类号R318.01文献标识码A文章编号0258-8021(2010)06-0851-07SimulationandStatisticalAnalysisofInterstitialOxygenPressureYAOWeiXIELiGUJin-TaoFEILingDINGGuang-Hong*(DepartmentofMechanicsandEngineeringScience，FudanUniversity，ShanghaiResearchCenteronAcupunctureandMoxbustion，Shanghai200433，China)Abstract:Duetomeasuringoxygenpartialpressureofdiscretepointsinsidebody，westudyhowtoanalyzeoxygensupplyconditioninthelocaltissue.Basedontheoxygendiffusionmodel，weapplyMatlabsoftwaretosimulateoxygenpartialpressuredistributioninthesinglecapillaries，doublecapillarywiththesamebloodflowdirectionorreverseflowdirection，multi-capillarieswiththesamebloodflowdirectionandanalyzethedistributionfrequency.Thetheoreticalresultsnearlycoincidewiththeexperimentaldata.Intheaddition，weestablishedtherelationshipbetweenoxygendistributionandlocalinterstitialparameterssuchasthetissueradiusofoxygen(R)andtheinterstitialoxygendiffusioncoefficient(K).Furthermore，themethodprovidesaneffectivemethodtoobtainthebloodsupplyoflocaltissue(R)andtheinterstitialoxygendiffusioncoefficient(K).Keywords:partialoxygenpressure;gasdiffusion;frequencydistribution;simulation引言氧代谢是机体能量代谢的重要组成，细胞氧缺乏会造成生物能量代谢的异常，是许多危重病症的共同生理基础。生理学研究已经对呼吸和循环系统中氧供应进行了定性描述，临床上也有大量关于低氧对于细胞伤害的研究报道，还有研究初步阐明了低氧环境下细胞线粒体会受到损伤从而对机体产生严重损害的机理。但是，以上研究多为对实验结果的描述，多以动脉或微动脉血氧分压等一些局部参数为研究对象［1］，忽略了氧向组织间隙扩散的过程，更缺乏系统定量的数学描述。对于没有氧和糖原储备的组织，组织间隙氧分压(PO2)成为判定生命活动状态的关键因素;PO2<13mmHg时，组织结构将受到损伤。临床研究认为，PO2的正常值为15mmHg～40mmHg，低于15mmHg为轻度缺中国生物医学工程学报29卷氧［2］。近年来，生物系统氧分压的测量被广泛关注，无损伤连续氧分压测量技术成为热门研究课题［3－4］。但由于组织空间结构及氧分布的复杂性，即使测量了组织间隙离散点的氧分压，也不能充分描述组织空间的氧供应情况。本研究基于组织氧扩散的圆柱模型，利用数值模拟和统计分析方法以及Matlab软件，对单根血管周围组织中的氧分压进行数值仿真，通过计算确定单根血管的供氧区域(R)和组织间隙氧扩散系数(K)对于组织间氧分压分布的影响。另外，还进一步分析两根平行血管及多根血管系统中组织氧分压的分布情况，通过与实验所测分布比较，发现两者吻合较好。这对于深入了解组...