平滑肌性质和排列改变对气道壁应力分布影响的数值模拟研究

摘要

气道平滑肌肥大、增生、力学性质和排列方向改变发生于许多慢性呼吸系统疾病中,引起气道内应力环境发生变化,成为导致气道狭窄的重要原因之一.本研究基于人体气道解剖结构,构建带有螺旋平滑肌层结构的气道三维有限元模型,并采用数值模拟的方法来研究平滑肌性质和排布变化对于气道在收缩过程中力学行为的影响.结果表明,气道内壁和平滑肌层在气道收缩过程中承受较大的应力;病理条件下平滑肌细胞数量和质量增加都将直接导致平滑肌层受力增大;平滑肌刚度的增加同样会引起该层组织承受更大应力;而在同等条件下,平滑肌细胞排列角度增加则会降低平滑肌层的应力值.