一氧化氮(nitric oxide，NO)在脑缺血／缺氧性疾病中发挥着重要作用。尽管对NO在脑缺血／缺氧过程中的生理和病理已有大量的研究，然而对NO在脑缺血／缺氧中的确切机制目前还没有认识清楚，而认识清楚NO在脑缺血／缺氧过程中的作用机制对临床上治疗脑缺血／缺氧引起的神经损伤和脑缺血／缺氧防治药物的开发都具有重要指导意义。 本论文以培养的大鼠海马神经细胞为模型，利用生物医学工程的研究方法，如图像处理和数学建模仿真等来研究NO在单个大鼠海马神经细胞内的分布；并以缺氧缺糖(Oxygen and Glucose Deprive，OGD)为离体脑缺血／缺氧模型(即对培养的海马神经细胞进行缺氧缺糖)，对脑缺血／缺氧过程中NO的扩散反应进行了数学建模仿真和实验的研究。 最新的有关一氧化氮合酶(nitic oxide synthase，NOS)在细胞内分布的研究表明NOS是定向地分布于细胞的特定部位，通常定位于要作用的靶点附近。从方法学上，NOS特异性分布研究通常应用免疫组化的方法。而NOS的分布和NO信号强度是否一致?即由于NOS的不均匀分布，细胞的不同部位NO信号的强度是否也不一致，某些部位强，某些部位弱?有关这方面研究还未见报道。 本研究以离体培养的大鼠海马神经细胞为实验模型，利用特异性荧光染料DAF-2对胞内NO进行荧光标记，利用激光共聚焦进行实时扫描，采集图像。通过图像处理的方法对培养的单个海马神经细胞NO的分布进行了研究。实验的主要结果： 1，NO在培养的海马神经细胞内的浓度分布是不均匀的。胞体浓度分布最高，树突次之，轴突最低。这个结果于NOS分布的免疫组化实验结果相一致。因此用图像处理方法直接证明了神经细胞NO分布的不均匀性； 2、过对系列三维重建图像的分析发现，神经细胞在刺激后，不同部位NO的变化也是不一样的； 3、了验证荧光染料DAF一2是否对实验结果产生影响，通过利用NO供体和激光 共聚焦技术，证明在荧光染料DAF一2过饱和的条件下，胞内染料分布不影响 NO的分布研究。 NO在胞内产生后，作为自由气体分子，很快向胞外扩散，并在扩散的同时，和 许多化学物质发生反应。NO的反应和扩散是一个非常复杂的问题。由于目前还 缺乏有效的NO实时在体检测在技术和方法，因此，单从生物学角度无法进行深 入的研究，如NO通过扩散作用到靶点涉及到有效浓度(闭值)、有效浓度的维 持时间、作用范围以及NO与其他化学物质的相互反应等都有待进一步研究。数 学建模仿真的方法是研究许多复杂生物现象的有效方法。考虑到中风等脑缺血/ 缺氧疾病的高发病率，以及N0在脑缺血/缺氧性疾病中发挥着非常重要作用。 因此，我们从建模仿真的角度对脑缺血/缺氧过程中NO的扩散反应行为进行了 研究。 通过培养大鼠海马神经细胞，以OGD为离体脑缺血缺氧实验模型，利用荧光标 记和激光共聚焦实时扫描技术，对OGD状态下海马神经细胞NO、02一等的变化 进行了检测。并对OGD状态下NO的扩散以及OGD状态下NO的反应网络进 行了数学建模和仿真的研究。所得结果如下:1，关于血管内皮细胞和神经细胞在脑缺血/缺氧过程中NO合成动力学 血管内皮细胞和神经细胞在脑缺血/缺氧过程中NO都出现升高，但我们的研究发现，神经细胞NO的升高要早于血管内皮细胞。通过比较两者c扩+升高的不 同，提出了导致这种差异的可能机理。2，关于由神经细胞nNOS产生的NO的扩散过程建立了数学模型，对由神经细胞NOS产生的NO的扩散过程进行了仿真，结果 显示由NOS产生的NO有可能通过扩散作用到脑血管，因而由神经细胞NOS产 生的NO有可能具有神经保护功能。3，关于NO的反应网络模型 基于有关NO反应网络，建立了微分方程组数学模型，初步探讨了微分方程组的数值解法。为进一步的深入研究打下基础。因此，应用生物医学工程图像处理和数学仿真的方法，为NO在细胞内分布、胞外扩散以及胞内外的反应研究提供了一种新的研究方法。这些方法的应用有助于深入研究脑缺血等疾病NO的作用机制，为治疗和药物开发提供指导。