Η διαστολή των αγγείων ελέγχει τη ροή μεταβολιτών στον εγκέφαλο – αποκαλύπτει ευφυές θεωρητικό μοντέλο

Τα πάρα πολύ μικρά αιμοφόρα αγγεία του εγκεφάλου σχηματίζουν ένα ιδιαίτερα πολύπλοκο δίκτυο, όμοιο με ιστό, που μεταφέρει μεταβολίτες και άλλες ουσίες συμπεριλαμβανομένων θρεπτικών ουσιών και ορμονών. Όμως, αυτό το ιδιαίτερο μοτίβο του δικτύου επηρεάζει το πώς επιτελεί αυτόν το ζωτικό του ρόλο; Η Karen Alim, του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου και οι συνεργάτες της σχεδίασαν να απαντήσουν στο ερώτημα αυτό αναπτύσσοντας ένα θεωρητικό μοντέλο της ροής των μεταβολιτών σε ένα δίκτυο όμοιο με αυτό του εγκεφάλου. Αυτό που βρήκαν είναι ότι η ιδιαίτερη αρχιτεκτονική του δικτύου δεν έχει σημασία όταν επέρχεται τοπική μεταβολή στην παροχή μεταβολιτών στο εγκέφαλο. Μάλλον, η διαστολή των αγγείων δρα ως «διακόπτης ελέγχου» μεταβολιτών.

Οι ερευνητές οργάνωσαν το δίκτυό τους με βάση το μοτίβο αγγείων του εγκεφάλου τρωκτικού. Στη συνέχεια μελέτησαν τον τρόπο που παράμετροι όπως η ταχύτητα ροής του αίματος και ο ρυθμός πρόσληψης των μεταβολιτών μέσω των τοιχωμάτων του αγγείου έλεγχαν τη μεταφορά των μορίων από ένα ξεχωριστό αγγείο στον περιβάλλοντα ιστό. Η ομάδα βρήκε ότι η βέλτιστη μεταφορά μεταβολιτών συμβαίνει όταν η διεργασία διέπεται από συμμεταφορά. Σε αυτό το καθεστώς, όταν αυξάνεται η ροή του αίματος – κάτι που συμβαίνει όταν ένα αιμοφόρο αγγείο διαστέλλεται – το αυτό κάνει η μεταφορά του μεταβολίτη, με ένα 10% διαστολή να οδηγεί σε μια 10% αύξηση στην παροχή του μεταβολίτη. Όμως παραδόξως, λέει η Alim, βρήκανε ότι η τοπική αρχιτεκτονική του δικτύου γύρω από ένα συγκεκριμένο αγγείο δεν έπαιζε ρόλο στην αύξηση της παροχής μεταβολίτη κατά μήκος αυτού του αγγείου: το μόνο που είχε σημασία ήταν κατά πόσο το ίδιο το αγγείο διαστάλθηκε.

Οι αλλαγές στη ροή του αίματος χρησιμοποιούνται σαν διαμεσολαβητής για τη νευρική δραστηριότητα στις τεχνικές απεικόνισης του εγκεφάλου όπως η λειτουργική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού. Η Alim λέει ότι το μοντέλο τους προσφέρει ένα εργαλείο για την καλύτερη ποσοτικοποίηση αυτής της διαδικασίας και δυνητικά συνδέει τη διαστολή ενός απλού αγγείου με μια αιχμή στην τοπική εγκεφαλική δραστηριότητα.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Robust Increase in Supply by Vessel Dilation in Globally Coupled Microvasculature. Physical Review Letters.