Теперь исследователи из Пенсильванского университета определили одну причину колебаний: врожденную хаотичность скорости потока эритроцитов через крошечные кровеносные сосуды, называемые капиллярами. По мнению исследователей, эта случайность может иметь потенциальные последствия для понимания механизмов биологического накопления, лежащих в основе нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Они опубликовали свои выводы в PLOS Biology сегодня (15 июля).
«Эти колебания оксигенации также возникают в других тканях, например, в мышцах», – сказал Патрик Дрю, заслуженный доцент кафедры инженерных наук и механики, нейрохирургии и биомедицинской инженерии.?"У нас был вопрос: вызваны ли эти колебания нейронной активностью или чем-то другим?"?"
Колебания напоминают шум, подобный 1 / f, статистический образец, показывающий большие колебания, состоящие из множества небольших колебаний и естественным образом возникающие в различных явлениях, от биржевых цен до высот реки.
По словам Дрю, который также является заместителем директора Института неврологии Пенсильванского университета, исследователи исследовали колебания у мышей из-за сходства их мозга с мозгом человека.
Во-первых, исследователи отслеживали кровоток, оксигенацию и электрические сигналы, производимые мозговой активностью – по словам Дрю, впервые два последних были отслежены одновременно – у бодрствующих мышей. Они собирали данные, когда мыши двигались по сферической беговой дорожке до 40 минут за раз.
Затем, чтобы исследовать взаимосвязь между активностью мозга и колебаниями оксигенации, исследователи использовали фармакологические соединения, чтобы временно и обратимо заглушить нервные сигналы в мозге мышей.
Несмотря на молчание, колебания продолжались, показывая слабую корреляцию между нервной активностью и оксигенацией.
Однако прохождение красных кровяных телец говорит о другом. Используя двухфотонную лазерную сканирующую микроскопию, метод визуализации, используемый для визуализации клеток глубоко внутри живой ткани, исследователи могли визуализировать прохождение отдельных эритроцитов через капилляры.
"Это похоже на движение", – сказал Дрю. "Иногда проезжает много машин, и движение забивается, а иногда нет. И красные кровяные тельца движутся в любую сторону, когда приближаются к стыку, поэтому этот случайный поток может привести к узким местам и остановкам в сосуде."
Импорт экспериментальных данных в статистическую модель позволил исследователям проводить дальнейшие симуляции и делать выводы на основе огромных объемов данных, полученных с помощью модели. Исследователи обнаружили, что эти случайные остановки красных кровяных телец способствовали колебаниям оксигенации, дополнительно поддерживая связь между потоком красных кровяных телец через капилляры и крошечными изменениями оксигенации, которые сформировали более крупные тенденции.
По словам Дрю, лучшее понимание регуляции кровотока и последующего транспорта кислорода может помочь исследователям улучшить медицинские технологии и изучить причины таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера.
Хотя исследователи определили связь между транспортом красных кровяных телец и оксигенацией, необходимы дальнейшие исследования для изучения дополнительных факторов, влияющих на колебания оксигенации, которые могут играть роль в нейродегенеративных заболеваниях.
Кайл Герес, аспирант межвузовской магистерской программы по молекулярно-клеточным и интегративным биологическим наукам, также внес свой вклад в эту статью.
Цингуан Чжан, доцент кафедры инженерных наук и механики, был первым автором статьи. Работа поддержана Национальным институтом здоровья.