在基于血液动力学的直径适应下,动脉廊和附带物回归:计算和数学分析

科学领域:

• 心血管生理学心血管生理学
• 生物物理学的生物物理.
• 数学生物学 数学生物学

背景情况:

• 动脉段半径变化很大,通常归因于适应壁切应力 (WSS).
• 动脉重塑,其中细分根据WSS调整半径,是血管适应的关键因素.
• 真正的动脉网络具有复杂的结构,如廊,抵押品和循环,与简单的树木不同.

研究的目的:

• 在壁剪应力 (WSS) 控制下,研究动脉网络中循环结构的稳定性.
• 确定WSS驱动的适应机制是否可以解释动脉网络中循环的持久性.
• 用模拟模型和数学分析分析动脉循环的固有稳定性.

主要方法:

• 开发了具有循环结构的小型动脉网络的模拟模型.
• 模拟的动脉细分适应随着半径变化与参考WSS的偏差成比例.
• 整合了一个包括其他血液动力学因素 (如流量和速度) 的通用模型.
• 分析了已发表的冠状动脉和脑动脉数据.

主要成果:

• 模拟始终预测了动脉循环的回归或损失.
• 在WSS-only模型和通用血液动力学模型中都发生了循环损失.
• 观察到不稳定性和循环损失,无论初始条件,模型参数,适应率或动态条件如何.
• 数学分析证实循环不稳定是基尔霍夫电路定律的结果.

结论:

• 循环的损失是动脉网络适应局部血液动力学的固有结果.
• 仅靠WSS驱动的适应性就不足以维持复杂的动脉循环.
• 额外的调节机制,可能涉及连接的动脉段之间的通信,可能是必要的,以解释循环的存在体内.