肾血液流动的重要功能是肾小球滤过、肾小管重吸收和分泌等,其自身调节机制主要是肌源性调节MR(myogenic response)与管球反馈TGF(tubuloglomerular feedback)。肌源性调节与管球反馈机制都作用于入球小动脉,引起该肾单位肾小球滤过率SNGFR(Single Nephron Glomerular Filtration Rate)的改变。SNGFR决定了流入肾髓质直小血管和管周毛细血管网的血流量,其结果直接影响髓质逆流倍增器的形成,以及肾小管各段对水和溶质的重吸收和分泌。因此,肾脏皮质的滤过过程、肾小管的重吸收过程通过肌源性调节、管球反馈等机制紧密联系在一起,应当在数学模型中全面考虑。本文以哈根—泊苏叶定律和对流-扩散方程为基础,应用正常生理及某些病理状态的血流灌注量、血管管径、肾小管溶质浓度等参数,构建了耦合肌源性调节、管球反馈机制和小管系统的数学模型。论文主要工作:1.构建了肾脏管球反馈、肌源性调节机制及肾小管系统的耦合数学模型。在肾髓质,对小管系统水分和溶质的重吸收进行了一维扩散-传质模型的构建;髓袢、集合管、直小血管的流量计算基于水的守恒;模型的所有参数,包括渗透系数、小管与小血管内径和各小管入口处的流量都取自实验数据。2.研究了正常状态下肾脏滤过功能自身调节、重吸收和血液分配。由于入球小动脉肌源性调节响应的不同,本文对两种肾单位,浅表肾单位和近髓肾单位分别进行考虑。在正常循环血量/灌注量和血钠浓度条件下,模拟了当肾动脉压在较大范围内变化时的肾小球压、SNGFR、出球小动脉流量和血浆蛋白浓度。然后,分别得到了肾小管系统长袢、短袢、集合管内小管液的流量、Na~+浓度、尿素浓度和渗透浓度,并讨论了抗利尿状态下肾髓质各处渗透浓度的变化及其生理意义。最后模拟了肾单位在肾皮质-外髓质-内髓质-肾盂处的血流量。在一定范围内,无论动脉压P_A和灌注量J_A相对偏大或偏小,入球小动脉的肌源性调节功能使肾小球压在相对较小范围内变化,维持了有效滤过压和SNGFR的相对稳定。肾单位的血流量可间接反映全肾血液分配:皮质约88.5%,髓质约10.3%,肾乳头部约1.2%,基本与实验结果定量地吻合。3.进行了病理状态下的肾脏血流分配与其它重要参数的模拟。对于病理生理状态,首先模拟了肾单位灌注量变化时的肾小球压和SNGFR,并讨论了相应的肾脏血液重分配。然后模拟了灌注量增加和血钠浓度降低,即水利尿状态的集合管小管液流量、Na~+浓度、尿素浓度和渗透浓度,讨论并与抗利尿状态进形比较。最后模拟了水利尿状态的肾脏血液重分配。血流量的增加引起皮质相对充血,增加了直小血管与肾小管流量,降低了逆流倍增效应和肾髓质形成的渗透梯度,减小了由肾小管和小血管壁重吸收到间质组织水分的比例。水利尿状态尿液流量较大,其含有的钠盐和尿素浓度较低,渗透浓度也较低;皮质、外髓质、肾盂处血流分布为90.1%,8.0%和1.9%,皮质血液比例比正常时略有增加。论文主要特色:1.首次综合考虑了肾血流自身调节的肌源性调节(myogenic response,MR)与管球反馈(tubuloglomerular feedback,TGF)两种调节机制,构建了肾管球反馈、肌源性调节机制及肾小管系统的耦合数学模型。2.应用所构建的耦合数学模型,分别研究了正常状态和病理状态下肾滤过功能自身调节、重吸收和血液分配。模型较好反映肾脏的自身调节功能和血流分配,为临床提供了可借鉴的肾功能定性、定量评价方法。