白细胞在血液中的动力学性质研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

白细胞(wbc)是人体内重要的免疫细胞之一，直径7~20um，正常成人体内其数量通常为4.0～10.0个/l。白细胞主要依靠血液循环在身体内运输，而在发挥免疫作用时，白细胞可以黏附至毛细血管内壁，再从细血管内皮间隙中渗出，到达病原体所在位置[1]。因此，白细胞在毛细血管壁上的黏附是白细胞渗出并发挥作用的基础。白细胞的黏附，对于炎症反应、血栓形成、肿瘤转移、创伤愈合等都具有重要意义[2]，而多种冠心病危险因素可能影响血小板及白细胞黏附分子的表达[3]，因此研究白细胞黏附的相关机制，对于促进医学的进步具有重要意义。在微观的尺度上，白细胞的黏附主要受细胞黏附分子（cell adhesion molecules，cam）所主导，黏附分子以受体—配体结合的形式发挥作用[4],其中发挥重要作用的是l-selectin(cd62l)分子及其配体e-selectin(cd62e)分子[2]。

与目前大多数对白细胞黏附的研究所采用的分子生物学、生物化学等方式不同的是，以血流动力学的角度对血细胞的行为进行研究，则是另一个热门的研究方向。血流动力学对人体健康具有重要意义,例如血管支架植入后再狭窄就与血流动力学有关[5]。在流体动力学中，主要的力学参数包括血液黏度、流速、白细胞尺寸、黏附分子密度（黏附力大小）、血管尺寸等。研究上述因素对白细胞黏附的影响，对于促进解决目前医学中白细胞黏附相关问题，具有潜在的可能。

在以往的研究中，国内外学者在此方面付出了很多努力,并取得了相应的成果。其中关于计算方法改进的有 jung j 和hassanein a通过血浆、白细胞、红细胞的三相计算流体力学方法，研究了三个因素对动脉湍流中血细胞的行为的作用，发现白细胞的堆积与具有较高血管壁剪力的狭窄区域（wall share stress，wss）附近的低wss有关[6]；kan h c等人注意到之前研究中白细胞刚体模型的不足，并构建了单液滴模型和复合液滴模型，以此探究黏附的白细胞在血管中的流变行为，结论为单液滴模型与复合液滴模型具有相似的稳态形状[7]。而pappuv和bagchi p则进一步在常规的二维模拟的基础上，将计算维度提高到三维，以此对白细胞的滚动粘附和变形进行仿真，从而研究白细胞滚动特性与黏附键的关系[8]。池晴佳、张玮、杨自常利用液滴模型分析了白细胞尺寸和接触角对白细胞黏附的影响，发现接触角相对于其尺寸，对白细胞黏附的作用更加显著[9]。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

针对黏附在毛细血管壁上的白细胞，利用商业数值计算软件ANSYS的Fluent模块，对黏附的白细胞及其周围流场进行建模，并引入黏附分子的黏附力，以探究白细胞在毛细血管壁上的翻滚特性。通过在计算中修改不同的力学参数，如黏附分子的黏附力大小、白细胞细胞质黏度等，寻找对白细胞翻滚具有显著影响的参数类型及其数值范围。

目标：

寻找出黏附在毛细血管壁上的白细胞在不同剪切流、不同雷诺数等参数的流场中的翻滚特性的差异及其规律。

拟采用的技术方案及措施：（1）计算软件：ANSYS的Fluent模块。因其可靠性、便捷性以及高性能，采用成熟的数值计算软件可以有效提高研究效率。

（2）计算方法：有限体积法及包括纳维—斯托克斯方程在内的流体力学理论。

白细胞则采用参考资料6中的液滴模型。另外Z. Y. LUO等人通过将黏附键视为弹簧，结合生物化学方程给出了单捕获白细胞的黏附力的计算方式[18]，可用于此计算中。

人体毛细血管直径为8~10um（来源于参考资料1）。

（4）基于以上基础，针对不同参数反复修改并计算。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 岳利民,崔慧先.人体解剖生理学[m].北京:人民卫生出版社,2011: 76-77,96.

[2] 周光炎.免疫学原理[m].上海:上海科学技术文献出版社,2000:100,116,120.

[3] 刘永铭,刘玲琳,柴立文, 等.冠心病危险因素与血小板及白细胞黏附分子的关系[j].兰州医学院学报,2003,29(1):50-52.