紅細(xì)胞“流量”對(duì)腦氧合變化的幫助
充足的血流為大腦提供氧氣和營(yíng)養(yǎng),但氧合作用傾向于以一種獨(dú)特的、一致的方式波動(dòng)。然而,人們對(duì)這種多樣化活動(dòng)的根源知之甚少。
賓夕法尼亞州立大學(xué)官網(wǎng)7月15日消息
現(xiàn)在,賓夕法尼亞州立大學(xué)(Pennsylvania State University,PSU)的研究人員已經(jīng)確定了波動(dòng)的一個(gè)原因:紅細(xì)胞通過(guò)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(duì)理解神經(jīng)退行性疾病(如阿爾茨海默。┑纳飳W(xué)形成機(jī)制具有潛在意義。研究人員在《公共科學(xué)圖書(shū)館:生物學(xué)》 (PLOS Biology)上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。
研究于2021年7月15日發(fā)表在《PLOS Biology》(最新影響因子:7.076)雜志上
“這些氧合波動(dòng)(oxygenation fluctuations)也發(fā)生在肌肉等其他組織中,”工程科學(xué)與力學(xué)、神經(jīng)外科和生物醫(yī)學(xué)工程哈克杰出副教授Patrick Drew說(shuō),“我們的問(wèn)題是:這些波動(dòng)是由神經(jīng)活動(dòng)還是其他原因引起的?”
波動(dòng)類似于 1/f 噪聲,這是一種統(tǒng)計(jì)模式,顯示由許多小波動(dòng)組成的大波動(dòng),就像從股票市場(chǎng)價(jià)格到波動(dòng)高度的各種現(xiàn)象中自然發(fā)生。據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所副所長(zhǎng)Drew說(shuō),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(dòng)。
首先,研究人員監(jiān)測(cè)了清醒小鼠大腦活動(dòng)產(chǎn)生的血流、氧合和電信號(hào)——根據(jù)Drew的說(shuō)法,這是第一次同時(shí)跟蹤后兩者。當(dāng)小鼠在球形跑步機(jī)上一次活動(dòng)長(zhǎng)達(dá) 40 分鐘時(shí),他們收集了數(shù)據(jù)。
接下來(lái),為了研究大腦活動(dòng)與氧合波動(dòng)之間的關(guān)系,研究人員使用藥理學(xué)化合物暫時(shí)和可逆地抑制小鼠大腦中的神經(jīng)信號(hào)。盡管沉默了,但波動(dòng)仍在繼續(xù),表明神經(jīng)活動(dòng)與氧合之間幾乎沒(méi)有相關(guān)性。
然而,紅細(xì)胞的通過(guò)卻講述了一個(gè)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內(nèi)部細(xì)胞的成像技術(shù),研究人員可以可視化單個(gè)紅細(xì)胞通過(guò)毛細(xì)血管的通道。
“這就像交通,”Drew說(shuō),“有時(shí)有很多汽車經(jīng)過(guò),交通堵塞,有時(shí)沒(méi)有。紅細(xì)胞在接近交匯處時(shí)會(huì)以任何方式移動(dòng),因此這種隨機(jī)流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致血管內(nèi)的交通出現(xiàn)瓶頸和停滯!
將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)計(jì)模型使研究人員能夠運(yùn)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(dòng),進(jìn)一步支持了紅細(xì)胞通過(guò)毛細(xì)血管的流動(dòng)與形成更大趨勢(shì)的氧合的微小變化之間的關(guān)系。
研究人員發(fā)現(xiàn),紅細(xì)胞“流量”(頂部灰色條)似乎有助于氧合波動(dòng)(白線),這與小鼠大腦(右上)的神經(jīng)活動(dòng)變化(底部藍(lán)色峰值)無(wú)關(guān)
Drew表示,更好地了解血液流動(dòng)的調(diào)節(jié)和隨后的氧氣運(yùn)輸可以幫助研究人員改進(jìn)醫(yī)療技術(shù)并探索阿爾茨海默病等疾病的原因。雖然研究人員確定了紅細(xì)胞運(yùn)輸和氧合之間的聯(lián)系,但還需要進(jìn)一步研究來(lái)調(diào)查可能在神經(jīng)退行性疾病中起作用的氧合波動(dòng)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(xiàng)目的研究生 Kyle Gheres 也對(duì)本文做出了貢獻(xiàn)。工程科學(xué)與力學(xué)助理研究教授Qingguang Zhang為該論文的第一作者。這項(xiàng)工作得到了美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的支持。
參考文獻(xiàn)
Source:Pennsylvania State University
Redblood cell 'traffic' contributes to changes in brain oxygenation
Reference:
QingguangZhang, Kyle W. Gheres, Patrick J. Drew. Origins of 1/f-like tissue oxygenationfluctuations in the murine cortex. PLOS Biology, 2021; 19 (7): e3001298 DOI:10.1371/journal.pbio.300129
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