失重对人体血液循环系统影响的仿真研究

【摘要】 目的： 利用计算机仿真失重对人体心血管系统的影响. 方法：  根据流体力学的基本原理，利用pspice语言建立改进后的多元非线性人体模型，模型包括人体心脏模型、动脉系统模型、静脉系统模型以及外周血管模型等四部分.利用所建立的模型仿真人体在1G环境下心血管系统主要生理参数，与实验资料对比，以验证其有效性，然后仿真0G与微重力环境下动脉血压与静脉血压的变化. 结果： 模型仿真的1G环境下人体的主动脉压（ABP）、左室压（LVP）、左房压（LAP）、中心静脉压（CVP），结果与实验数据一致；仿真的0G环境下收缩压（SBP）变化不明显，舒张压（DBP）有降低的趋势;0G和微重力环境下CVP值接近，且相对1G环境下CVP有增加的趋势.结论： 仿真模型是有效的，可以模拟失重条件下心血管系统的变化.
　　【关键词】 失重模拟；血压
　　0引言
　　失重将对人体心血管系统产生不利影响. 人体实验的方法取得了一定的进展，但是许多指标在现有的条件下难以获得. 近年来广泛开展了对这一领域的计算机仿真研究，以弥补人体实验的不足. 我们在以前建立的人体仿真模型基础上，建立了人体的心血管系统的链式模型，同时仿真了失重对血压的影响，为人体实验提供预测和指导.
　　1材料和方法
　　1.1模型描述流体力学的液体网络理论认为,心血管系统是一个由两个往复泵及复杂的黏弹性管道构成的流体管系. 如果只关心流体管系中某些点的压力和流量的瞬态特性及管系参数对它们的影响,就可以将流体管系考虑成一个流体网络. 由于流体网络所导出的传输方程与电学网落中相应的方程有相同形式，所以可用电学网络中的许多概念和方法解决生物流体网络的问题，两者具体等效关系（Tab 1）.表1电学参量与生理参量对应表（略）
　　我们在这一基础上，以人体生理功能、解剖结构以及生物医学实验数据来确定模型的系统参量及其数学关系，建立了一个多元非线性人体心血管系统模型.根据我国航天员的选拔标准，确定模型所用标准人身高170 cm，体质量65 kg.模型是以美国Drexel大学Jaron教授等建立的多元非线性人体循环系统模型以及白净等［1］近年的工作为基础，应用pspice语言建立了人体心血管系统模型，模型是一闭环正反馈系统，包括两大部分，心脏模型和血管模型.心脏模型包括左、右心两大部分，左、右心为结构相同的两个等效网络，但各自参数取值不同，模型根据Suga等提出的时变弹性公式建立［2］. 血管模型将血管分为16段，每段包括动脉、静脉以及外周血管3部分，由NavierStokes方程得到各段血管压力、流量间的关系［3］,模型可调节G值的大小以仿真0G和微重力对人体的影响.
　　1.2仿真内容利用所建模型，仿真研究：  1G环境下人体的ABP, LVP及LAP的压力时间曲线，并和权威实验资料中标准曲线进行对比，以验证仿真模型的有效性; 在0G环境下人体ABP, LVP及LAP的压力时间曲线; 在0, 1G和微重力（G=0.001）环境下CVP的压力时间曲线.