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摘要肝脏在人体中发挥着很多重要的生理功能，这些生理功能的发挥与肝脏内的血流密切相关，同时，肝脏很多疾病的发生也伴随着血流动力学的改变。肝脏血流结构的基本单元为肝血窦。与一般毛细血管不同，肝血窦有其特殊的生理微结构及生理微环境。在肝血窦中，血管内皮细胞与肝细胞之间存在一个微小间隙，称为狄氏间隙。内皮细胞上有很多筛孔结构，血流透过这些筛孔流入狄氏间隙内，完成与肝细胞间的物质交换与信号传递。当肝脏发生病变时，内皮细胞上的筛孔大小及分布也会发生改变，这使得肝血窦内的血流问题更加复杂。肝血窦中的狄氏间隙的尺寸一般在1μm左右，当流动的特征尺寸降到微米量级时，一些宏观流动中忽略的现象变得重要起来。因此，肝血窦内微流动效应对血流的影响是不能忽略的。截至目前，微流动效应对肝血窦血流影响的问题还尚不清楚，因此，研究肝脏内血流问题及微流动效应的影响对肝脏病变机理及生理功能的研究具有重要的科学意义。<br>　　本文研究了微流动效应对肝血窦内血流和细胞运动变形及功能的影响、特征和机理，主要内容包括：<br>　　1.提出了适用于肝血窦微流动的格子玻尔兹曼计算方法。基于格子玻尔兹曼数值方法耦合浸入边界法，通过引入三个外力项来模拟内皮层渗透性，肝绒毛和胶原蛋白层粗糙度以及红细胞变形对血流的作用。基于上述方法，本文建立了双通道体外肝芯片微流动模型，将数值计算结果与肝芯片实验结果进行对比，验证了计算模型和计算方法的精确性和有效性。进一步，数值结果显示下层通道壁面粗糙度的微流动效应引起流速偏移的现象，与肝芯片的实验结果一致。<br>　　2.建立了长直通道肝血窦血液微流动模型，重点研究肝绒毛壁面粗糙度以及狄氏间隙微小尺寸等微流动效应对血流的影响。结果表明，狄氏间隙内的血液流速很微小，内皮层渗透性决定了肝血窦内血液流速的分布。进一步，肝细胞和内皮细胞狄氏间隙一侧表面的血流剪切力会受内皮层渗透性和肝绒毛以及胶原蛋白层厚度的影响呈现双向性的现象，这一现象与狄氏间隙的微小尺寸有关。此外，本文推导了长直通道肝血窦血液微流动模型的解析解，与数值结果对比，验证了双向性结果的精确性和可靠性。最后，本文研究了肝血窦血液微流动对红细胞运动变形的影响，结果表明内皮细胞层渗透性明显影响红细胞的变形指数。<br>　　3.建立了双分支肝血窦血液微流动模型和肝血窦物质输运模型，研究分支结构对肝血窦血液微流动的影响以及血液微流动对肝细胞物质输运的影响。在肝纤维化以及肝硬化等病变条件下的肝血窦中，往往会发生旁路管路形成的现象。因此，本文建立了双分支肝血窦血流模型，研究更加复杂环境下的肝血窦血液微流动问题。计算结果表明，由于分支结构交汇处狄氏间隙的影响，血液流速随内皮层渗透性会呈现非单调的变化规律。本文进一步建立了肝血窦物质输运模型，研究肝血窦血液微流动对肝细胞脂质代谢的影响。本文模拟了肝细胞将游离脂肪酸转化为甘油三酯并以脂蛋白运送到肝血窦内的物质输运过程，讨论了内皮细胞层渗透性对肝血窦内脂质沉积的影响等问题。<br>　　综上所述，本文提出了适用于肝血窦微流动的格子玻尔兹曼计算方法，建立了双通道体外肝芯片模型、长直通道肝血窦血流模型、双分支肝血窦血流模型和肝血窦物质输运模型，研究了肝血窦正常和病变环境下的血流特征。通过模拟肝血窦生理环境下的血液微流动，获得了肝血窦内血流剪切力的双向性和血液流速的非单调性等结果。通过数值模拟与实验结果的对比，阐述了肝血窦内可能存在的肝绒毛粗糙度，胶原蛋白沉积以及狄氏间隙微尺寸等微流动效应对血流的影响。本文的结果为深入理解肝血窦血流特征和生理功能发挥的关系以及病变条件下，肝血窦血流变化和发病机制的关系提供帮助。