爆炸致颅脑创伤（bTBI）已成为现代军事战争中的“标志性创伤”。创伤后数小时内即可诱发一系列病理学特征,如脑水肿、颅内出血和颅内高压等,具有高死亡率和高致伤率的特点。血脑屏障损伤作为诱发上述病理特征的起源之一,是bTBI诊断、治疗和防护的关键目标。因此,迫切需要深入认识其损伤机制以制定更为有效的治疗和防护策略。目前,bTBI中血脑屏障损伤机制的研究多关注于血脑屏障损伤后的继发性病理结果,缺乏对血脑屏障冲击过程的认识,尤其对其微观尺度的损伤机制的认识仍然有限。因此,本文基于水通道蛋白模型、磷脂膜模型和紧密连接蛋白模型,逐步构建了复杂组分的血脑屏障模型,采用多尺度模拟方法深入研究了冲击波对血脑屏障特征结构的物理损伤机制与阈值。本文主要研究工作及结论如下:（1）获得了过氧化磷脂膜的冲击损伤阈值及其与正常磷脂膜阈值差异本质原因。炎症细胞膜的磷脂分子具有高度过氧化的特点,研究发现过氧化磷脂膜的冲击损伤阈值（膜中形成孔洞时的冲击速度up值）低于正常磷脂膜的阈值,并随着过氧化水平的升高而降低。与过氧化水平相比,过氧化磷脂的分布情况对损伤阈值的影响更为显著。其本质原因是高过氧化水平的磷脂膜具有更低的拉伸模量（κs）和弯曲模量（κb）,这是由于过氧化磷脂在尾部引入极性亲水基团增强了尾部的亲水性,使磷脂的尾部向膜-水界面弯曲,从而导致过氧化磷脂的堆积更加松散,降低膜的模量。上述结论,表明炎症细胞更易受到冲击波的损伤,这对于拓展冲击波在医学领域的应用具有指导意义。（2）发现了冲击波诱导水通道蛋白-4（AQP4）的门控机制。研究结果表明,单纯冲击波会关闭AQP4通道;而冲击诱导空化效应产生的纳米射流则会扩张其螺旋结构,从而打开通道。与正常状态相比,扩张后通道的平均半径增大了约2.6倍,水通量增加了 22倍。基于此,提出一种新的冲击诱导AQP4三级结构变化的门控机制,即由冲击诱导纳米射流驱动AQP4跨膜螺旋整体扩张运动改变水通道的状态,这可能是爆炸冲击致脑水肿的潜在机制。（3）阐明了冲击波诱导拉伸效应在血脑屏障紧密连接蛋白（claudin-5）失效中的关键作用。研究结果表明,单纯冲击波不会破坏claudin-5蛋白;但其诱导的空化效应（气泡破裂）可以对claudin-5蛋白产生两种损伤。一是冲击诱导空化产生的纳米射流直接作用于claudin-5蛋白,导致claudin-5蛋白发生明显挤压破坏（空化损伤）。二是纳米射流推动两个内皮细胞膜的相对运动,导致claudin-5蛋白的拉伸损伤。这种拉伸损伤来自于冲击波超压的时空分布不均,可能是一种更普遍的血脑屏障物理损伤起源。（4）探索了血脑屏障冲击损伤阈值的影响因素（空化效应和血脑屏障内皮细胞质膜结构、组分）,并建立了空化气泡尺寸与血脑屏障损伤压力阈值之间的定量关系模型。研究结果表明血脑屏障中特殊的紧密连接结构是其冲击损伤阈值与其他多组分磷脂膜差异的主要原因。当血脑屏障内皮细胞质膜通过紧密连接蛋白连接时,冲击损伤孔洞面积减少了48.6%。此外,空化气泡尺寸对血脑屏障冲击损伤的压力阈值影响明显。本文给出了血脑屏障损伤临界压力随气泡尺寸变化的数学模型,与实验结果吻合良好,为后续进一步研究更大尺度范围下的血脑屏障损伤阈值提供了理论基础,对冲击波损伤防护具有重要的指导意义。