模拟红细胞的剪切破坏

许多用于治疗心力衰竭的医疗设备会产生非生理性剪切流。这可能会在植入心室辅助装置(VAD)、人工心脏瓣膜、血管支架或介入血栓切除装置后触发红细胞的破坏。

红细胞的破坏或机械溶血是介入设备不可避免的并发症，因此科学家希望更好地了解这一现象。

在流体物理学中，清华大学的研究人员开发了一种基于高剪切流内耗散粒子动力学模拟的红细胞破坏模型。他们利用这些结果提出了改进VAD的建议。

“介入医疗器械植入人体内后，附近的流场会产生剪切率非常高的剪切流，”共同作者张希文说。“流体的速度变化率会使红细胞膜变形。最终，膜的变形超过极限应变，膜被剪切流破坏。”

研究小组发现，除了暴露时间和剪切应力之外，剪切过程中的加速度是红细胞破坏的主要因素。他们建议在VAD的结构设计中加入流动缓冲结构，以减少由剪切加速度引起的部分溶血。

对于溶血相关的研究，很多研究人员专注于宏观实验，以获得一系列经验拟合公式。

“但我们的团队正在通过使用耗散粒子动力学在红细胞尺度上更详细地探索红细胞的剪切破坏过程，”张说。

“我们希望我们的研究可以作为宏观溶血实验和微观红细胞模拟(分子动力学模拟)之间的桥梁，”张说。“在未来的工作中，我们将继续构建多个红细胞的剪切破坏模型，并基于全血进行剪切破坏模拟，以便能够将它们与宏观溶血实验进行比较。”

研究人员目前正在开发一种新指数，以更准确地预测VAD的溶血并帮助优化VAD的形状，这将提高水力性能并减少溶血。

他们计划通过添加基于这项工作的传输耗散粒子动力学模型来更好地表示剪切损伤后血红蛋白的扩散过程。