爆炸诱导血脑屏障破坏的计算与体外研究
数值分析
2016-05-19 v2 计算物理
医学物理
摘要
人们日益关注遭受爆炸暴露的个体在日后生活中有发展神经系统疾病的风险。因此，理解爆炸力对脑细胞（包括维持血脑屏障（BBB）的内皮细胞）的动态特性十分重要，BBB 调节营养物质进入大脑并保护其免受血液中毒素的侵害。为了更好地理解冲击波对 BBB 的影响，我们研究了一种体外模型，其中 BBB 内皮细胞在 transwell 容器中培养并在激波管中暴露，确认 BBB 完整性直接与冲击波强度相关。在实验中难以直接测量 transwell 容器内作用于这些细胞的力，因此本文开发并提出了一种计算工具。使用带 Tammann 状态方程的二维轴对称 Euler 方程对 transwell 材料建模，并采用基于 Riemann 解算器和 Clawpack 软件的高分辨率有限体积法在混合 Eulerian/Lagrangian 框架下求解这些方程。结果表明 transwell 的几何形状在这些实验中观察到的压力时程中起着重要作用。我们还发现，由于反射和衍射冲击波的交互作用，压力可降至蒸气压以下，表明空化气泡可能是一种损伤机制。包含插入 transwell 的模拟水听器的计算表明，仪器本身可能显著改变爆炸波特性。这些发现说明了需要进一步的计算建模研究以理解可能的爆炸诱导 BBB 损伤。
引用
@article{arxiv.1503.09157,
title = {Computational and in vitro studies of blast-induced blood-brain barrier disruption},
author = {Mauricio J. Del Razo and Yoichi Morofuji and James S. Meabon and B. Russell Huber and Elaine R. Peskind and William A. Banks and Pierre D. Mourad and Randall J. Leveque and David G. Cook},
journal= {arXiv preprint arXiv:1503.09157},
year = {2016}
}