微血管网络中ATP异质性分布的数值模拟研究

目的血液中的红细胞在受到剪切等刺激时会释放三磷酸腺苷(ATP),起到促进血管舒张,调节微循环血流的作用;血管壁上的内皮细胞会将多余的ATP水解,避免由于血管内的ATP水平过高引起异常的炎症反应。本研究将通过数值模拟探究微血管网络中的血液流动及ATP代谢规律,揭示血液流速、红细胞体积分数等对微血管网络中ATP分布的影响。方法仿照肠系膜微血管网络构建数值模拟的流体域;将血液视为红细胞悬浮液,血液的流动及红细胞的运动变形采用浸没边界-格子玻尔兹曼方法耦合求解;将ATP视为溶于血液的溶剂,采用格子玻尔兹曼方法求解其对流扩散;ATP的释放和水解视为红细胞和内皮细胞表面的Neumann边界条件。结果微血管网络中的稳态ATP分布呈现异质性分布:近壁面区域ATP浓度更高;分叉血管处ATP浓度更高;同一尺寸的不同血管内ATP浓度不同。这是由于红细胞在流经微血管网络,尤其是连续的分叉结构后,形成了特殊的时空间分布。进一步研究显示,红细胞体积分数以及血液流速均会改变微血管网络中的ATP水平及分布规律。结论本研究表明,微血管网络的结构会对红细胞运动以及ATP分布产生显著的影响,在后续的工作中需要重点研究不同微血管结构(如非均匀分叉)中的血液流动和ATP传输规律。