1.5.2　低密度脂蛋白浓度极化研究的数值模拟

LDL是AS中最重要的生化因素之一，并且一直是与AS相关研究领域重点的关注分子。动脉壁可以看作是由细胞组成的多孔介质，血管内皮细胞间隙的数量和分布决定了数值模拟中多孔模型的物质传输条件。目前动脉壁中LDL传质的数值模拟模型分为三种，即无壁模型、均质壁模型和多层壁模型，不同模型其流体及溶质的边界条件不同。在无壁模型中，血管腔中血流与壁内的物质传递机制无关，因此仅需考虑必要的边界条件。该模型仅定义了入口处的血流速度以及管壁恒定的过滤速率，较为简单，常用来探讨整个管腔中的LDL浓度及其分布，但不能分析壁内的溶质浓度分布问题。均质壁模型认为血管壁为单层均质多孔介质，溶质对流扩散相对恒定，在管腔的入口和出口处以及中膜-外膜间的浓度也相对恒定。多层壁模型是一个非常全面的模型，考虑了每个动脉层作为膜或多孔介质的不同特性，因此考虑了血管壁的异质性，可以更好地分析LDL在血管壁内的分布。其中四层壁模型将内皮、内膜、内弹力板和中膜定义为均匀多孔介质，忽略了不同多孔层的边界效应，在管腔—内膜—内弹力板—中膜界面处过滤速率是连续的。

达西定律（Darcy law），达西—福希海默模型（Darcy-Forchheimer model），布林克曼（Brinkman）模型，Vafai和Tien以及布林曼—福希海默—达西方程已用来描述生物现象的物质传输模型中。达西定律认为通过多孔介质的通量与压力梯度之间是线性关系。达西—福希海默模型是经过改良的模型，基于液体雷诺数—通透性探讨LDL与血管壁间的相互关系。布林克曼模型考虑了多孔介质并且表面为非光滑边界条件。所有上述数学模型都简化了与AS病变形成和进展有关的生化过程。但在实际情况下，LDL在内皮下被氧自由基氧化成Ox-LDL，引起氧化应激：一方面诱导内皮细胞表达黏附分子如血管细胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1），细胞间黏附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）和P-选择素；另一方面，Ox-LDL刺激EC和平滑肌细胞分泌单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）和单核细胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor，M-CSF），随后引起循环血液中的白细胞（主要是单核细胞和T细胞）黏附和跨内膜迁移。因此，未来需要构建更为复杂的模型模拟LDL，单核细胞和MCP-1的近壁运输，并探讨其他脂质成分、细胞类型、生化信号间的相互作用。单核细胞与LDL在形成AS斑块中起着至关重要的作用，已有研究使用离散拉格朗日模型以及聚合连续体模型探讨单核细胞的跨内膜迁移及其机制。

研究认为血液流动，血管壁变形和滤过率相互影响并影响血管壁面LDL浓度，由于LDL浓度与动脉几何形状密切相关，因此对质量传输的分析，必须准确表征动脉几何形状。引入更实际的几何形状将有利于评估血流动力学、炎症等生物学过程的相互关联及对AS病变发生发展的作用。(https://www.daowen.com)

动脉壁是黏弹性的可变形组织，并且动脉壁的变形和血流的切应力彼此紧密地相互作用。血流动力学因素，影响血液中LDL的过滤速率，并且还影响血管壁的动力学特性，血流和血管壁变形的这些相互作用在LDL浓度极化以及AS形成中起作用。多孔高弹模型适用于表征动脉壁的黏弹性以及壁中的压力梯度和过滤流，因此多孔高弹动脉壁模型将是分析血管壁中的物质传输重要模型。

尽管到目前为止已经付出了巨大的努力，但数值模拟尚不可能全面地预测LDL浓度极化以及其对AS发生、发展的影响和调控机制。更复杂的预测工具的开发取决于物质传输中涉及的更准确的参数，例如渗透率、孔隙率和扩散率。医学、工程、物理和化学等领域的紧密合作将获得参与动脉壁内物质传输更为准确的参数，从而提高动脉特性、血流动力学、生化过程和边界条件方面建模精度，这将是未来努力的方向。