充足的血流為大腦提供氧氣和營養(yǎng)，但氧合往往以獨特、一致的方式波動。然而，人們對這種多樣化活動的根源知之甚少。
現(xiàn)在，賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員已經(jīng)確定了波動的一個原因：紅細(xì)胞通過稱為毛細(xì)血管的微小血管的流速具有內(nèi)在的隨機(jī)性。據(jù)研究人員稱，這種隨機(jī)性可能對理解神經(jīng)退行性疾病(如阿爾茨海默病)的生物學(xué)形成機(jī)制具有潛在意義。他們今天(7 月 15 日)在PLOS Biology上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。
“這些氧合波動也發(fā)生在肌肉等其他組織中，”哈克工程科學(xué)與力學(xué)、神經(jīng)外科和生物醫(yī)學(xué)工程的杰出副教授帕特里克·德魯說。“我們的問題是：這些波動是由神經(jīng)活動還是其他原因引起的別的?”
波動類似于 1/f 類噪聲，這是一種統(tǒng)計模式，顯示由許多小波動組成的大波動，并且自然發(fā)生在從股票市場價格到河流高度的各種現(xiàn)象中。據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所副所長德魯說，研究人員調(diào)查了由于小鼠大腦與人類大腦相似而導(dǎo)致的波動。
首先，研究人員監(jiān)測了清醒小鼠大腦活動產(chǎn)生的血流、氧合和電信號——根據(jù)德魯?shù)恼f法，這是第一次同時跟蹤后兩者。當(dāng)老鼠在球形跑步機(jī)上一次移動長達(dá) 40 分鐘時，他們收集了數(shù)據(jù)。
接下來，為了研究大腦活動與氧合波動之間的關(guān)系，研究人員使用藥理學(xué)化合物暫時和可逆地抑制小鼠大腦中的神經(jīng)信號。盡管沉默了，但波動仍在繼續(xù)，表明神經(jīng)活動與氧合之間幾乎沒有相關(guān)性。
然而，紅細(xì)胞的通過卻講述了一個不同的故事。使用雙光子激光掃描顯微鏡，一種用于可視化活組織深處細(xì)胞的成像技術(shù)，研究人員可以可視化單個紅細(xì)胞通過毛細(xì)血管的通道。
“這就像交通，”德魯說。“有時有很多汽車經(jīng)過，交通堵塞，有時沒有。當(dāng)紅細(xì)胞接近交叉路口時，它們會向任一方向移動，因此這種隨機(jī)流動會導(dǎo)致交通瓶頸和失速。血管。”
將實驗數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)計模型使研究人員能夠運行進(jìn)一步的模擬，并根據(jù)模型產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些隨機(jī)的紅細(xì)胞中斷導(dǎo)致了氧合的波動，進(jìn)一步支持了紅細(xì)胞通過毛細(xì)血管的流動與形成更大趨勢的氧合的微小變化之間的關(guān)系。
德魯表示，更好地了解血液流動的調(diào)節(jié)和隨后的氧氣輸送可以幫助研究人員改進(jìn)醫(yī)療技術(shù)并探索阿爾茨海默氏癥等疾病的原因。雖然研究人員確定了紅細(xì)胞運輸和氧合之間的聯(lián)系，但還需要進(jìn)一步研究來調(diào)查可能在神經(jīng)退行性疾病中起作用的氧合波動的其他因素。
分子細(xì)胞和綜合生物科學(xué)學(xué)院間研究生項目的研究生 Kyle Gheres 也對本文做出了貢獻(xiàn)。工程科學(xué)與力學(xué)助理研究教授張慶光為該論文的第一作者。這項工作得到了美國國立衛(wèi)生研究院的支持。
標(biāo)簽： 紅細(xì)胞流量
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