腎器官冰溫保存及相關(guān)基礎(chǔ)問(wèn)題研究.pdf

1、本文圍繞冰溫用于復(fù)雜生物組織保存的熱學(xué)機(jī)理這一基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題展開(kāi)研究，從細(xì)胞基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)至活體器官的成功移植，系統(tǒng)研究了復(fù)雜生物組織在冰溫條件下的傳熱傳質(zhì)特性。采用先進(jìn)的可視化手段動(dòng)態(tài)觀察并研究降溫過(guò)程中，細(xì)胞熱質(zhì)傳遞的現(xiàn)象規(guī)律。依據(jù)生物體真實(shí)形狀，對(duì)腎器官的三維瞬態(tài)溫度場(chǎng)進(jìn)行重構(gòu)。從新的角度、從宏微觀兩個(gè)層面上，對(duì)冰溫保存復(fù)雜生物組織的傳熱機(jī)理以及相關(guān)特征做出較為全面的認(rèn)識(shí)。
　　文中對(duì)冰點(diǎn)溫度以下的凍結(jié)過(guò)程進(jìn)行了分析，研究了細(xì)胞在凍

2、結(jié)保存中由于不同的冷凍條件而產(chǎn)生的損傷及其原因。分別從細(xì)胞的滲透特性、機(jī)械擠壓損傷及胞內(nèi)冰這三個(gè)方面對(duì)細(xì)胞的損傷進(jìn)行了分析并探討了損傷產(chǎn)生的機(jī)理。
　　對(duì)于器官保存的研究?jī)?nèi)容主要包括：（1）建構(gòu)豬腎臟血管樹(shù)的物理模型并將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)腎臟冷灌注過(guò)程中的三維溫度場(chǎng)進(jìn)行了瞬態(tài)模擬。（2）為了研究復(fù)雜生物組織在降溫過(guò)程中，因溫度梯度較大而導(dǎo)致熱應(yīng)力，采用ANSYS Workbench多物理場(chǎng)協(xié)同計(jì)算模塊對(duì)腎

3、臟組織的熱應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬。在計(jì)算模型中將腎臟組織、微毛細(xì)血管簇等視為多孔介質(zhì)。在熱結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)計(jì)算中，將腎臟組織、動(dòng)靜脈血管壁視為固體介質(zhì)，最后分析了不同灌注工況下，溫度場(chǎng)與熱應(yīng)力的相關(guān)性。對(duì)腎臟器官冷灌注過(guò)程進(jìn)行溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值重構(gòu)，目的在于探索冷激勵(lì)作用下，溫度以及降溫速率耦合作用引起的生物力學(xué)效應(yīng)，分析這種微小的熱應(yīng)力或熱變形對(duì)細(xì)胞是否會(huì)造成物理?yè)p傷。（3）在冰溫技術(shù)應(yīng)用于器官延時(shí)保存的基礎(chǔ)研究方面，分別測(cè)量了腎細(xì)胞懸液，腎

4、器官的冰點(diǎn)溫度等生物熱物性參數(shù)。比較了不同保存溫度對(duì)器官細(xì)胞活性的影響，冰溫保存與目前臨床應(yīng)用的保存溫度相比，降低了3-4℃。
　　本文提出的保存溫度（-0.8℃），可有效抑制組織細(xì)胞的基礎(chǔ)代謝率，減少細(xì)胞的能量消耗，降低低溫?fù)p傷引起的細(xì)胞凋亡。將所提出的保溫方法及保存溫度，施用于豬腎臟自體移植臨床試驗(yàn)，取得了延時(shí)20小時(shí)以上的良好效果。
　　通過(guò)深層次研究冰溫范圍復(fù)雜生物組織宏微觀熱質(zhì)傳遞的特性，將生物傳熱與生物醫(yī)學(xué)兩個(gè)學(xué)