模拟红细胞的剪切破坏

红细胞破坏或机械性溶血是介入装置不可避免的并发症，因此科学家们希望更好地了解这一现象。研究人员开发了一种基于高剪切流耗散粒子动力学模拟的红细胞破坏模型。研究小组发现，除了暴露时间和剪切应力之外，剪切过程中的加速是红细胞破坏的主要因素。他们建议在心室辅助装置的结构设计中增加流量缓冲结构，以减少剪切加速引起的部分溶血。

　　

许多治疗心力衰竭的医疗设备产生非生理性剪切流。这可能会在植入心室辅助装置(VADs)、人工心脏瓣膜、血管支架或介入性取栓装置后引发红细胞的破坏。

红细胞破坏或机械性溶血是介入装置不可避免的并发症，因此科学家们希望更好地了解这一现象。

在AIP出版社出版的《流体物理学》一书中，清华大学的研究人员基于高剪切流动中耗散粒子动力学的模拟，开发了一种红细胞破坏模型。他们利用研究结果对VADs的改进提出了建议。

“在介入医疗设备被植入人体后，附近的流场会产生一个剪切率非常高的剪切流，”合著者Xiwen Zhang说。“液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，剪切过程中的加速是红细胞破坏的主要因素。他们建议在VADs的结构设计中增加流动缓冲结构，以减少剪切加速引起的部分溶血。

在溶血相关的研究中，许多研究者侧重于宏观尺度的实验，获得一系列的经验拟合公式。

张说:“但我们的团队正在利用耗散粒子动力学在红细胞尺度上更详细地探索红细胞剪切破坏过程。”

“我们希望我们的研究可以成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，以便与宏观溶血实验进行比较。”

研究人员目前正在开发一种新的指标，以更准确地预测VADs的溶血，并帮助优化VADs的形状，这应该会提高水力性能和减少溶血。

他们计划在此基础上增加输运耗散粒子动力学模型，更好地表征剪切损伤后血红蛋白的扩散过程。

Journal Reference:

1. Zhike Xu, Chenyang Wang, Sen Xue, Feng He, Pengfei Hao, Xiwen Zhang. The erythrocyte destruction mechanism in non-physiological shear mechanical hemolysis. Physics of Fluids, 2022; 34 (11): 111901 DOI: 10.1063/5.0112967heart failure can create flows that damage red blood cells but understanding the particle dynamics at play may minimize the effect." ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2022/11/221101111548.htm (accessed November 1, 2022).