微循环代谢性调节模拟系统及其应用研究

循环系统由心脏和输送血液至全身的各级血管组成,其末梢微血管是唯一进行代谢物质交换的场所,为机体各器官提供营养物质,氧气及置换代谢产物CO2等,并传送出体外。微循环调节是循环系统主要的调节机构之一,作为其主要作用方式的代谢性调节在微循环调节中占有75%以上的调节功能。虽然微循环代谢性调节的很多基本现象过去有过研究,对其结构及其调节行为有了较深刻的了解,但其精确的运行机制仍然未被阐明。同时,限于目前的检测技术水平,通过活体实验研究的方法来阐明这一机制依然有很多的困难。基于这一状况,本研究依据在微循环代谢性调节方面的新的理论模型,探讨通过计算机模拟建立机体的微循环模拟系统,并为此构建离散化的代谢性调节理论模式,以计算机模拟方法对微循环的代谢性调节机制及其应用问题进行了研究。在本文中主要通过以下几个方面工作开展本课题的研究。 一、研究的背景及研究对象相关的认知现状与基础知识的梳理。主要介绍微循环的基本组成和功能,详细说明微循环调节运作方式以及微循环的调节机制,着重关注代谢性调节运作方式。从生物化学角度阐述迄今所了解的代谢性调节作用机制,并讨论影响代谢性调节的物质和因素,提出了微循环调节理论与实践方面存在着的问题。 二、在微循环代谢性调节方面的新的理论模型的基础上,关注特定组织内毛细血管均布的区域中,由于体内或体外的环境条件影响,使得机体的代谢状态在短时间内发生较大变化时,毛细血管的代谢性调节状态的离散化表达,建立了微循环代谢过程中毛细血管开闭状态与毛细血管开放率以及开闭频率之间的关系模型,为这一条件下计算机模拟微循环系统确立了模拟分析基础,并对影响毛细血管开放率和开闭频率的因素进行分析和讨论。 三、与上一节相对地,考虑体内或体外的环境条件变化而引起机体的代谢状态在较长的时间区域内逐渐变化时,毛细血管的代谢性调节状态的离散化表达,建立微循环代谢过程中毛细血管系统工作状态与代谢状态之间的关系模型。给出了微循环代谢性调节理论的模拟实验检验平台,并为微循环代谢性调节理论的实际病例分析与诊断方面的应用构建计算机分析软件基础。通过试验结果的比较和分析,探讨微循环代谢性调节理论的实用性。 四、利用获得的微循环代谢性调节模拟实验模型,对代谢状态发生变化的各种条件下,毛细血管的开闭状态的变化以及毛细血管的开放率和开闭频率变化状况通过计算机模拟进行了探讨与分析,阐明了不同代谢水平下毛细血管满足机体的供氧需要的同时,又维持血压和血流动态平衡的机制。并将这些研究结果应用于解释常见生理现象和临床病理现象。 本研究在构建微循环代谢性调节的计算机模拟系统平台方面取得了初步的进展,为进一步深入地分析微循环代谢性调节机制确立了近似的模拟分析方法与相应的计算机软件。