Informație

40.4: Reglarea fluxului sanguin și a tensiunii arteriale - Biologie


40.4: Reglarea fluxului sanguin și a tensiunii arteriale

Capitolul 1 - Modelare și control în fiziologie

Modelarea matematică și teoria controlului în fiziologie este un domeniu de cercetare destul de nou în comparație cu alte aplicații de control, cum ar fi procesele chimice, robotica și aerospațial. Cu toate acestea, recent au apărut câteva evoluții semnificative. Deoarece teoria controlului este în centrul medicinei viitoare și pentru a avea o mai bună înțelegere a acestor procese complexe, acest capitol prezintă un studiu cuprinzător al literaturii de specialitate a dezvoltărilor recente în modelarea matematică și controlul sistemelor fiziologice. Aceste noi investigații și rezultate sunt de mare importanță deoarece pot fi folosite de medici pentru a stabili un diagnostic, pentru a înțelege interrelația dintre variabilele fiziologice și pentru a prezice comportamentul dinamic al unor boli. În plus, corpul uman conține un proces de control natural și autonom care poate menține viața umană și, în multe cazuri, anumite eșecuri în procesul corpului necesită legi de control extern pentru a-și regla comportamentul natural prin intermediul unor organe artificiale comerciale și tehnologii de asistență. În acest capitol, mai mult de 200 de referințe în literatura deschisă sunt compilate pentru a oferi o imagine de ansamblu a acestui domeniu de aplicare în teoria controlului și pentru a dezvălui bogăția și semnificația acesteia. Provocările și tendințele viitoare bazate pe revizuirea acestui domeniu de cercetare sunt, de asemenea, extinse.


Începe testul: Biologie 40 Testul MCQ pentru sistemul circulator

Această imagine NASA este un compus din mai multe vederi ale Pământului bazate pe satelit. Pentru a realiza imaginea întregului Pământ, oamenii de știință de la NASA combină observațiile diferitelor părți ale planetei. (credit: NASA/GSFC/NOAA/USGS)

Privit din spațiu, Pământul nu oferă indicii despre diversitatea formelor de viață care locuiesc acolo. Se crede că primele forme de viață de pe Pământ au fost microorganisme care au existat de miliarde de ani în ocean înainte de apariția plantelor și animalelor. Mamiferele, păsările și florile atât de familiare nouă sunt toate relativ recente, având originea cu 130 până la 200 de milioane de ani în urmă. Oamenii au locuit pe această planetă doar în ultimii 2,5 milioane de ani și numai în ultimii 200.000 de ani oamenii au început să arate ca noi astăzi.

Capitolul 40: Sistemul circulator Test cu întrebări cu opțiuni multiple MCQ Banca de teste

40.1 Prezentare generală a sistemului circulator

40.2 Componentele sângelui

40.3 Inima și vasele de sânge ale mamiferelor

40.4 Reglarea fluxului sanguin și a tensiunii arteriale

Nume: Biologie 40 Sistemul circulator MCQ
Descărcare URL: Descărcați MCQ Quiz PDF eBook
Dimensiune carte: 12 pagini
Data drepturilor de autor: 2015
Limba: engleza SUA
Categorii: Materiale educaţionale

Întrebare: De ce sistemele circulatorii deschise sunt avantajoase pentru unele animale?

Ei folosesc mai puțină energie metabolică.

Ele ajută animalul să se miște mai repede.

Ele ajută la dezvoltarea insectelor mari.

Întrebare: Globule albe:

pot fi clasificate ca granulocite sau agranulocite

apără organismul împotriva bacteriilor și virușilor

se mai numesc si leucocite

Întrebare: În timpul fazei sistolice a ciclului cardiac, inima este ________.

Întrebare: stimulatorul cardiac intern al inimii bate după:

un implant intern care trimite un impuls electric prin inimă

excitarea celulelor musculare cardiace la nodul sinoatrial urmată de nodul atrioventricular

excitarea celulelor musculare cardiace la nodul atrioventricular urmată de nodul sinoatrial

Întrebare: Globulele roșii ale păsărilor diferă de celulele roșii ale mamiferelor deoarece:

sunt albi si au nuclee

Întrebare: În ce moment are loc formarea dopului trombocitar?

când megacariocitele mari se rup în mii de fragmente mai mici

când trombocitele sunt dispersate prin fluxul sanguin

când trombocitele sunt atrase de un loc de afectare a vaselor de sânge

Întrebare: Unele animale folosesc difuzia în loc de sistemul circulator. Exemplele includ:

Întrebare: Cum diferă arterele de vene?

Arterele au straturi mai groase de mușchi netezi pentru a se adapta schimbărilor de presiune din inimă.

Arterele au straturi și valve de mușchi netezi mai subțiri și mișcă sângele prin acțiunea mușchilor scheletici.

Arterele au pereți subțiri și sunt folosite pentru schimbul de gaze.

Întrebare: Cardiomiocitele sunt similare cu mușchiul scheletic deoarece:

sunt folosite pentru ridicarea greutăților

Întrebare: La om, plasma cuprinde ce procent din sânge?

Întrebare: Fluxul de sânge care este direcționat prin plămâni și înapoi către inimă se numește ________.


Dinamica fluxului de sânge reflectă gradul de bandă a tractului de ieșire în embrionii de pui Hamburger–Hamilton stadiu 18

S-a demonstrat că fluxul sanguin alterat în timpul dezvoltării embrionare cauzează defecte cardiace, cu toate acestea, mecanismele prin care forțele hemodinamice rezultate declanșează malformații cardiace sunt neclare. Acest studiu a folosit bandarea tractului de ieșire a inimii pentru a modifica hemodinamica normală într-un model de embrion de pui la HH18 și a caracterizat răspunsul imediat al fluxului de sânge față de gradul de strângere a benzii. Tomografia cu coerență optică a fost utilizată pentru a obține o structură longitudinală bidimensională și imagini cu viteza Doppler de la control (n = 16) și cu benzi (n = 25, 6–64% măsurată etanșeitatea benzii) embrioni, din care au fost extrase date structurale și de viteză pentru a estima măsurile hemodinamice. Viteza maximă a fluxului sanguin și rata de forfecare a peretelui (WSR) au crescut inițial liniar cu etanșarea benzii (p < 0,01), dar apoi viteza s-a stabilit între 40% și 50% etanșeitatea benzii și a început să scadă cu o constricție mai mare de 50%, în timp ce WSR a continuat să crească până la 60% constricție înainte de a începe să scadă odată cu creșterea etanșeității benzii. Timpul de curgere a scăzut cu o constricție mai mare de 20% (p < 0,01), în timp ce volumul vascular cerebral în embrionii cu bandă a rămas comparabil cu nivelurile de control pe întreaga gamă de constricție (p > 0,1). Dependența hemodinamică de gradul de banding dezvăluie adaptări imediate ale sistemului cardiovascular embrionar timpuriu și ar putea ajuta la elucidarea unei game de adaptări cardiace la creșterea treptată a sarcinii.

1. Introducere

Hemodinamica joacă un rol important în reglarea dezvoltării cardiovasculare precoce [1], iar studiile anterioare au arătat că condițiile modificate ale fluxului pot duce la defecte cardiace [2–8]. Interacțiunile dintre fluxul sanguin și țesuturile cardiace generează tensiuni și tensiuni biomecanice, care modulează cardiogeneza. Pe parcursul dezvoltării, tensiunea arterială determină cardiomiocite să-și modifice maturarea și proliferarea [7,9], iar tensiunile de forfecare (forțe de frecare exercitate de sângele care curge pe peretele lumen al inimii) declanșează răspunsuri biologice, inclusiv organizarea și semnalizarea celulelor endoteliale [5,10] ,11]. Deși defectele rezultate din fluxul sanguin anormal sunt cunoscute, mecanismele prin care forțele hemodinamice duc la boli cardiace congenitale nu sunt clare.

Acest studiu se concentrează asupra hemodinamicii în porțiunea tractului de ieșire (OFT) a inimii embrionare a puiului, care conectează ventriculul primitiv la sistemul vaselor arteriale în timpul dezvoltării timpurii la stadiul 18 de Hamburger și Hamilton (HH) [12]. În acest stadiu incipient, inima are o structură tubulară, cu atriul, ventriculul și OFT conectate în serie. OFT este frecvent studiat deoarece este foarte sensibil la modificările hemodinamice și mai târziu dă naștere aortei, trunchiului pulmonar, septului interventricular și valvelor semilunare, care sunt adesea implicate în malformații cardiace congenitale [3–5]. Embrionii de pui sunt utilizați în mod obișnuit ca model biologic de dezvoltare cardiacă, din cauza ușurinței de accesibilitate în ou și a asemănărilor de dezvoltare cu embrionii umani. Am folosit o intervenție chirurgicală, bandarea tractului de ieșire cardiacă (OTB), pentru a modifica condițiile hemodinamice prin inima embrionului de pui. În OTB (numită și „banding” aici pentru simplitate), o bandă de sutură este legată în jurul OFT pentru a reduce aria secțiunii transversale și a restricționa mișcarea peretelui OFT, rezultând o rezistență crescută la flux, presiune ventriculară de vârf [8, 13] și vitezele fluxului sanguin [14]. S-a demonstrat că condițiile de forfecare înaltă și de curgere de înaltă presiune introduse de OTB au ca rezultat un spectru larg de defecte cardiace la embrionul de pui [2,4,7,8,15].

Poziționarea OFT în ou în timpul etapelor incipiente de dezvoltare permite implementarea unei varietăți de modalități imagistice pentru a studia fluxul sanguin cardiac și a urmări progresia dezvoltării cardiace. Tomografia cu coerență optică (OCT) este o tehnică puternică de imagistică tomografică neinvazivă și fără contact, care oferă rezoluție înaltă, adâncimea de penetrare a țesuturilor și ratele de achiziție necesare pentru a capta mișcarea de bătaie a microstructurilor inimii în dezvoltarea timpurie a inimii puiului. OCT oferă o combinație de imagini structurale și Doppler cu aceeași rezoluție spațială și temporală, ceea ce face OCT o tehnică imagistică valoroasă pentru studiul hemodinamicii fluxului sanguin embrionar [14,16-19]. În plus, etanșeitatea benzii OTB poate fi măsurată direct din imaginile structurale OCT [13]. OCT detectează lumina reflectată înapoi de la o sursă de lumină cu coerență scăzută pentru a capta structura, iar viteza fluxului sanguin este apoi calculată din deplasarea frecvenței Doppler atunci când lumina retroîmprăștiată de la particulele în mișcare fie adaugă, fie scade frecvența Doppler fixă ​​[20]. Datele cardiace hemodinamice și funcționale pot fi măsurate cu ușurință din datele OCT structurale și ale fluxului Doppler pentru a evalua răspunsul la intervențiile chirurgicale menite să modifice condițiile fluxului sanguin, cum ar fi bandajul [14].

În acest studiu, am folosit OCT Doppler pentru a măsura viteza fluxului sanguin în OFT după OTB pe o gamă măsurată de constricții de bandă și în embrionii de control. Rata de forfecare a peretelui (WSR), volumul stroke (SV) și timpul normalizat de flux (procentul ciclului cardiac în care sângele curge prin OFT) au fost, de asemenea, calculate din viteza Doppler și datele structurale pentru a evalua răspunsul hemodinamic imediat la OTB. Acest studiu este nou, deoarece am evaluat răspunsurile hemodinamice variate datorate gradelor măsurate de constricție a benzii, dezvăluind modul în care sistemul în curs de dezvoltare reacționează la o serie de sarcini. Caracterizarea hemodinamicii induse de OTB va ajuta la elucidarea dacă spectrul larg de defecte cardiace observate după banding poate reprezenta parțial gama de modificări hemodinamice și, prin urmare, mecanismele potențial diferite prin care forțele biomecanice afectează dezvoltarea cardiacă. În timp ce WSR (care depinde de vitezele fluxului sanguin) este un declanșator major al răspunsului celulelor endoteliale cardiovasculare, SV și timpul de curgere servesc ca măsurători ale eficienței și funcției cardiace. Prezentăm aici, pentru prima dată, modul în care condițiile fluxului sanguin (viteza maximă a fluxului sanguin, WSR, SV și timpul de curgere) depind de gradul de etanșare a benzii.

2. Material și metode

2.1. Pregătirea embrionilor de pui și intervenția hemodinamică

Ouăle de găină de Leghorn alb fertilizate au fost incubate până la capăt la 37,5°C și 80% umiditate până au atins stadiul HH18 (aproximativ 3 zile) [12]. Pensele au fost folosite pentru a îndepărta o mică secțiune a cochiliei cu capătul tocit și apoi membrana interioară direct peste inima embrionului. Orice embrioni care au sângerat la îndepărtarea membranei, au avut defecte structurale evidente sau nu au fost în stadiul de dezvoltare corect au fost aruncați.

Au fost studiate trei grupuri de embrioni: (i) grup normal (NL), în care nu s-au efectuat intervenții (ii) grup de control (CON) în care o sutură de nailon 10-0 a fost trecută sub OFT, dar nu a fost strânsă și (iii) Grupul OTB, în care o sutură de nailon 10-0 a fost trecută sub OFT și legată într-un nod în jurul secțiunii mediane a OFT pentru a restrânge aria secțiunii transversale a lumenului (figura 1). O gamă de benzi libere până la benzi foarte strânse au fost studiate în grupul OTB. În urma intervențiilor, ouăle grupului CON și OTB au fost sigilate cu folie saran și incubate timp de încă 2 ore înainte de achiziționarea datelor OCT. Grupul OTB a fost fotografiat cu OCT imediat înainte de bandare și după 2 ore de bandă pentru a calcula etanșeitatea benzii:

Unde DA este diametrul extern maxim al OFT la locul benzii după bandă și Db este diametrul extern maxim al OFT la locația aproximativă a benzii înainte de bandare.

Figura 1. Bandarea OFT a inimii embrionului de pui la HH18. (A) Schiță care arată o parte a inimii tubulare embrionare la HH18: OFT este în aval de ventriculul primitiv și în amonte de sacul aortic. Banda este plasată în jurul secțiunii mediane a OFT. (b) Fotografia reprezentativă a unui embrion cu partea dreaptă în sus, imediat după bandă.

2.2. Achiziție de imagini prin tomografie cu coerență optică

În acest studiu a fost utilizat un sistem OCT personalizat. Sistemul are o configurație de domeniu spectral constând dintr-o diodă superluminiscentă centrată la 1325 nm de la Thorlabs Inc. (Newton, NJ, SUA) și o cameră de scanare în linie în infraroșu InGaAs de la Goodrich Inc. (1024 pixeli, 92 kHz). Charlotte, NC, SUA). Acest sistem a permis achiziționarea de imagini bidimensionale de 512 × 512 pixeli (512 scanări A) la aproximativ 140 de cadre pe secundă cu o rezoluție mai mică de 10 µm. În plus față de imaginile structurale, acest sistem poate genera imagini de fază Doppler simultane în post-procesare prin calcularea diferențelor de fază între două scanări A adiacente într-o scanare B. Grupul nostru a folosit anterior un sistem similar pentru a vizualiza mișcarea inimii embrionare a puiului de pui și dinamica fluxului sanguin [13,14,17,18]. Temperatura în timpul achiziției a fost menținută cu un tampon de încălzire controlat de termocuplu care înconjoară oul într-o cană de ceramică umplută cu apă, care a fost închisă într-o cutie de plastic. Acest aparat a menținut embrionul în apropierea temperaturii fiziologice normale de 37,5°C, astfel încât ritmul cardiac a rămas aproape de normalul HH18 de 400 ms bătaie -1 , cu variații de mai puțin de 40 ms bătaie -1 (aproximativ 10% din ciclul cardiac ).

Fiecare embrion a fost poziționat în cadrul sistemului OCT, astfel încât să se obțină o secțiune longitudinală în centrul OFT. S-a verificat că lumenul a umplut complet OFT la expansiune maximă și a făcut o formă asemănătoare nămolului în centrul OFT la contracție maximă [17,21]. Două sute de cadre de secțiune longitudinală B-scan secvențială au fost obținute pentru fiecare embrion (aproximativ trei până la patru cicluri cardiace).

2.3. Analize structurale și Doppler de imagini cu tomografie în coerență optică

Seturi de date structurale și de fază Doppler simultane au fost extrase din datele brute OCT achiziționate, folosind un cod Matlab personalizat (The MathWorks, Inc. Natick, MA, SUA), pentru a obține o vedere integrată a fluxului sanguin și a mișcării peretelui OFT (figura 2) . Procesul general de analiză este prezentat în figura 3. Standardele au fost fotografiate pentru a calibra conversia măsurătorilor pixelilor în măsurători de lungime pentru toate analizele structurale. O pompă cu seringă cu debit controlat a fost utilizată pentru a împinge laptele printr-un tub capilar de sticlă, care a confirmat viteze Doppler în 10,7% din valorile teoretice după ajustarea unghiului de curgere (date incluse în materialul electronic suplimentar).

Figura 2. Imagini OCT reprezentative ale inimii de pui HH18 OFT înainte și după bandă la expansiune maximă. (A) Imagine structurală a unui OFT normal. (b) Imagine de flux Doppler corespunzătoare a unui OFT normal. Locațiile etichetate 1, 2 și 3 împreună cu zona de eșantionare au fost alese pentru a compara debitul maxim pe tot parcursul OFT, cu valori comparabile (debitul maxim mediu de 3,8 ± 0,1 mm 3 s -1 ) obținute. Miocardul este conturat pe imaginea structurală și suprapus pe imaginea fluxului Doppler, în albastru. Zona aproximativă de eșantionare a vitezei este conturată de o casetă albă în imaginile de flux Doppler și suprapusă pe imaginile structurale. (c) Viteza verticală de-a lungul liniei de secțiune transversală întreruptă în (b) prezentând un profil de curgere de tip parabolic prin OFT în condiții normale. Datele experimentale sunt potrivite unei funcții polinomiale cu corespunzătoare R 2 -valoare. (d) Imagine structurală a aceluiași embrion la 2 ore după bandă. (e) Imaginea de flux Doppler corespunzătoare la 2 ore după bandă. (f) Viteza verticală de-a lungul liniei de secțiune transversală întreruptă în (e) care prezintă un profil de curgere asemănător parabolic prin OFT în condiții de bandă. Sunt date mai puține date experimentale pentru embrionii cu bandă, deoarece diametrul este redus în comparație cu înainte de bandare. (g) Graficul vitezei verticale în funcție de timp pe mai multe cicluri cardiace.

Figura 3. Diagramă de analiză a imaginii OCT. (A) Unghiul de curgere a fost măsurat prin conturarea mai întâi a pereților miocardului în imaginea structurală bidimensională la expansiune maximă, în albastru, pentru a calcula linia centrală OFT, în roșu. Urma a fost apoi suprapusă pe imaginea Doppler corespunzătoare și θ calculat. (b) A fost identificată secțiunea transversală OFT perpendiculară pe curgere la locul de măsurare a vitezei, prezentată ca linie întreruptă. (c) O imagine în modul M a fost extrasă din setul de date de scanare B de-a lungul liniei punctate perpendiculare pentru analiza WSR și SV. (d) Datele de viteză au fost extrase din setul de date Doppler bidimensional dintr-o zonă de 3 × 3 pixeli la locația de măsurare selectată. (e) Viteza verticală din fiecare cadru bidimensional a fost convertită în viteza absolută a curgerii folosind θ pentru a calcula vârful V.

Împachetarea de fază a fost evidentă în imaginile Doppler ale scanărilor longitudinale (scanări în modul B), când schimbarea de fază a depășit ±π, care corespundeau unor viteze verticale mai mari de ±23,4 mm s −1 . Deoarece profilul curgerii vitezei în OFT la HH18 este parabolic [14,18], cel mai rapid flux se înfășoară frecvent în centrul OFT (fază negativă închisă de faza pozitivă sau invers, în funcție de direcția curgerii), în timp ce fluxul cel mai lent/neînvelit este prezent în apropierea pereților (figura 2). Zonele cu flux înfășurat la vitezele de vârf ale sângelui în ciclul cardiac nu au fost alese pentru locația de măsurare pentru a evita erorile de mediere a pixelilor asociate cu înfășurarea de fază și algoritmii de despachetare corespunzători. Au fost identificate și utilizate regiuni de curgere neînvelite, localizate în mod constant, pentru compararea fluxului.

O zonă de eșantionare a vitezei a fost selectată în regiunea fluxului neînvelit de-a lungul liniei centrale OFT aproape de mijlocul OFT în toate grupurile de embrioni (figura 2). Geometria de îndoire „picior de câine” a OFT are o regiune de curgere „în sus” urmată de o regiune de curgere „în jos”, care creează o regiune perfectă pentru fluxul neînvelit în embrionii de control în apropierea poziției în care a fost plasată banda. în embrionii OTB. Prezența benzii în embrionii OTB a ridicat ușor OFT, astfel încât fluxul s-a apropiat de bandă într-un unghi, a trecut prin ea pe orizontală și apoi s-a scurs în aval, cu un flux de viteză verticală mare de fiecare parte a benzii. Această geometrie a creat din nou o regiune de curgere parabolică, neînvelită, chiar în amonte de bandă.Această locație de măsurare a vitezei a fost aleasă în grupul OTB pentru a fi cea mai reprezentativă dintre modificările datorate constrângerii benzii, precum și în concordanță cu locația din OFT în toate grupurile de embrioni. Am confirmat în continuare că tehnica de analiză măsoară debite similare pe toată lungimea OFT. De exemplu, embrionul normal prezentat în figura 2b are un debit maxim mediu de 3,8 ± 0,1 mm 3 s -1 măsurat din patru locații diferite de-a lungul liniei centrale. Pentru comparații între embrioni, totuși, vitezele dintr-o singură locație consistentă sunt comparate.

Pentru a calcula vitezele curgerii din datele de defazare (Δφ), Δ măsuratφ a fost convertit la componenta verticală a vitezei fluxului sanguin (Vz) [17,18]

A fost folosit un program Matlab personalizat pentru a măsura unghiul θ. In timp ce θ este stabilită în mod obișnuit prin estimarea operatorului, procedura noastră calculează unghiul calculând mai întâi tangenta la linia centrală curbă OFT la locația selectată de măsurare a vitezei într-un cadru de expansiune maximă. Fluxul Doppler și imaginile structurale arată că fluxul sanguin urmează conturul OFT într-un profil parabolic, cu viteza maximă în centrul axial al tubului, în concordanță cu Reynolds scăzut (Re < 6) și Womersley (W < 0,5) numere și forțe vâscoase care domină fluxul sanguin (figura 2). Pentru a obține linia centrală OFT, mai întâi pereții miocardului superior și inferior au fost conturați manual pe imaginea structurală și apoi linia centrală a fost calculată ca poziție de mijloc în z-direcția la fiecare pixel de-a lungul lungimii OFT în X-direcția (figura 3). Miocardul a fost conturat pentru calculul unghiului, deoarece este mai bine definit în cadre longitudinale și deoarece la expansiune maximă lumenul umple OFT și este aproximativ circular ca miocardul. Contururile structurale au fost apoi suprapuse pe imaginea de flux Doppler corespunzătoare pentru ca utilizatorul să selecteze poziția de măsurare a vitezei de-a lungul liniei centrale. În cele din urmă, unghiul liniei tangente la linia centrală în raport cu direcția verticală la locul de măsurare a fost calculat pentru a găsi θ si calculeaza V.

Diametrele caracteristice OFT au fost măsurate din analiza imaginii în modul M. Modurile M sunt folosite pentru a arăta mișcarea peretelui cardiac în timp, prin afișarea scalelor de gri dintr-o singură linie a fiecărui cadru structural în mod B dintr-un set de date. Această organizare are ca rezultat o structură cardiacă de-a lungul liniei selectate prezentată în direcția verticală față de timp în direcția orizontală (figura 3). Modurile M au fost generate dintr-o linie în punctul de-a lungul liniei centrale OFT care a fost ales pentru măsurarea vitezei sau măsurarea etanșeității benzii și la un unghi perpendicular pe linia centrală. Interfețele superioare și inferioare de miocard sau lumen în modul M au fost urmărite pentru a calcula diametrul OFT de interes pe întreg ciclul cardiac.

A fost apoi evaluată variația WSR de la viteza modificată OTB. Rata de forfecare la perete a fost calculată folosind

SV a fost măsurat pentru a evalua funcția cardiacă pe o gamă de strângere a benzii. SV a fost estimată utilizând viteza fluxului sanguin pe linia centrală pe un întreg ciclu cardiac și diametrul pereților lumenului din fiecare cadru la locul de măsurare selectat. Debitul volumetric corespunzător fiecărui cadru a fost calculat folosind o formă a ecuației Poiseuille derivată pentru un profil de curgere parabolic ca produsul dintre viteza medie a liniei centrale și aria secțiunii transversale a lumenului [29,30]

Pentru a caracteriza în continuare relația dintre fluxul sanguin și dinamica peretelui OFT, timpul de curgere a fost măsurat în toate grupurile de embrioni. Timpul de curgere a fost definit ca procentul mediu de timp din ciclul cardiac când sângele curgea prin locația de măsurare în OFT. Prezența fluxului a fost determinată din viteza fluxului sanguin în funcție de traseul timpului ca vârfuri clare deasupra nivelului de zgomot de fond.

2.4. Analize statistice și de incertitudine

Datele grupului de embrioni au fost analizate ca medie ± s.d. Semnificația statistică a fost determinată cu ajutorul unui student din două eșantioane t-test, raportare cu două cozi p-valori, şi asumarea semnificaţiei cu p-valori mai mici de 0,05.

Analiza bidimensională a imaginii OCT implică multe ipoteze care pot introduce eroare în estimările finale ale variabilelor. Eroarea maximă a fost calculată cu incertitudini pentru fiecare variabilă implicată în aproximarea pentru viteza maximă a fluxului sanguin, WSR și SV. Presupunând valori tipice și variația medie, eroarea maximă posibilă a fost estimată prin

3. Rezultate

Ambele grupuri de control NL și CON au fost comparabile, fără diferențe semnificative între toate măsurile (n = 8 pentru fiecare grup p-valori: 0,92 pentru viteza de vârf, 0,91 pentru WSR, 0,19 pentru SV, 0,83 pentru timpul de curgere), indicând că orice modificări după OTB sunt din constricția OFT și nu datorită manipulării chirurgicale. Constricția OTB a variat între 0 și 64% etanșeitate a benzii. Măsurătorile individuale ale embrionilor sunt rezumate în materialul electronic suplimentar.

3.1. Răspunsul la viteza maximă a fluxului sanguin la bandarea tractului de ieșire

Viteza maximă a fluxului sanguin prin OFT lângă locul benzii (figura 2) a fost analizată pentru toți embrionii (n = 41). Viteza medie de vârf a fluxului sanguin pentru grupurile NL și CON a fost de 40,2 ± 5,7 mm s -1 și respectiv 40,4 ± 3,1 mm s -1 , ceea ce corespunde valorilor publicate anterior la HH18 [17,18,31,32]. Viteza maximă a fost crescută la embrionii OTB, în concordanță cu studiile anterioare [14, 33], dar a fost, de asemenea, dependentă de gradul de strângere a benzii, cu cea mai mare creștere de 2,5 ori aproape de constricția benzii de 40%. Viteza maximă a crescut aproximativ liniar cu etanșarea benzii între 0 și 40% constricție (R 2 = 0,91), și apoi s-a întins aproape de 40-50% etanșeitate a benzii. Peste 50% constricție, viteza de vârf a scăzut odată cu etanșarea benzii, rămânând în același timp mai mare decât grupurile CON și NL (figura 4 și tabelul 1). Vitezele de vârf din toate intervalele de embrioni OTB testați au fost semnificativ mai mari decât grupurile de control (OTB n = 25 p-valoare = 2,2 × 10 −4 pentru mai puțin de 20% constricție, n = 6 p-valoare = 2,7 × 10 −18 pentru 20–40% constricție, n = 12 și p-valoare = 5,3 × 10 −6 pentru o constricție mai mare de 40%, n = 7). Figura 4b include în plus un embrion care a fost grav compromis cu 81% etanșeitate a benzii (OCT imagine imediat după OTB), pentru a demonstra că o bandă strânsă care a permis un flux mic de sânge prin lumen a cauzat scăderea vitezei de vârf sub cea a embrionilor de control.

Tabelul 1. Rezumatul parametrilor medii de debit OFT pentru grupurile de constricție NL, CON și OTB separate prin intervalul de etanșare a benzii. Datele prezentate ca medii ± s.d.

a Diferență semnificativă statistic față de grupurile de control cu p-valoare mai mică de 0,05.

Figura 4. Răspunsul la viteza maximă a fluxului de sânge la strângerea benzii. (A) Comparația vitezei de vârf medii a normalului (NL, n = 8), control (CON, n = 8) și grupul cu benzi (OTB) împărțit între acei embrioni cu benzi mai mici de 20% constricție (n = 6), 20–40% constricție (n = 12) și constricție mai mare de 40% (n = 7). Datele prezentate ca medie ± s.d. (b) Răspunsul la viteza maximă medie individuală într-un interval de 0-81% etanșeitate a benzii, cu grupurile NL și CON afișate cu etanșeitate a benzii 0%.

Luând în considerare incertitudinile în măsurători, eroarea maximă posibilă pentru calcularea vitezei de vârf a fluxului sanguin a fost de 18,6 mm s -1 , cu cea mai mare contribuție de eroare din partea θ estimare (tabelul 2 și ecuația (2.8)). De când θ estimarea în acest studiu s-a bazat pe conturul pereților miocardului din imaginile structurale OCT (în loc de procedurile standard de măsurare a unghiului cu ultrasunete în care θ este setată manual de către operator), estimările unghiului au fost probabil foarte consistente.

Tabelul 2. Rezumatul calculelor de eroare maximă pentru eroarea totală (dF) și fiecare componentă a erorii (δFX).

3.2. Răspunsul vitezei de forfecare a peretelui la benzile tractului de ieșire

WSR la viteza maximă a fluxului sanguin lângă locul benzii (figura 2) a fost calculată în intervalul de etanșare a benzii (n = 40). Media maximă WSR între embrionii NL și CON a fost de 302,1 ± 73,2 s-1 și, respectiv, 305,5 ± 33,2 s-1, ceea ce se încadrează în estimările modelului de dinamică fluidă experimentală și computațională publicate anterior în embrionul de pui OFT [17,34]. Rezultatele sunt rezumate în figura 5A și tabelul 1. Analiza propagării erorilor a arătat că cea mai mare contribuție de eroare la WSR a fost de la θ estimare (tabelul 2 și ecuația (2.8)). În timp ce eroarea ipotetică maximă ar putea fi mare (208,8 s -1) în comparație cu media embrionilor de control, abaterile standard calculate sunt relativ scăzute (24% și, respectiv, 11% din medie pentru grupurile NL și CON). Deoarece viteza este una dintre principalele variabile în această estimare (vezi ecuația (2.5)), WSR din grupul OTB urmează tendința generală a curbei vitezei față de etanșeitatea benzii (figura 5).A) dar nu începe să scadă până la constricția benzii de 60%. Estimările WSR în grupul OTB au fost semnificativ mai mari decât grupurile de control, în toate subdiviziunile OTB (OTB n = 24 p-valoare = 8,5 × 10 −4 pentru mai puțin de 20% constricție OTB, n = 6 p-valoare = 8,9 × 10 −10 pentru 20–40% constricție OTB, n = 11 și p-valoare = 2,1 × 10 −5 pentru o constricție OTB mai mare de 40%, n = 7). Gama de etanșeitate a benzii studiată a generat, prin urmare, o gamă de WSR pe țesuturile cardiace chiar în amonte de bandă la locația de măsurare aleasă (figura 2).

Figura 5. Măsuri hemodinamice în funcție de strângerea benzii în comparație cu răspunsul mediu la viteza maximă a fluxului sanguin într-un interval de constricție de 0-64%. (A) Răspuns WSR (s −1 ), OTB n = 24. (b) Răspuns SV (mm 3 /bătaie), OTB n = 24. (c) Timpul de răspuns al fluxului (%), OTB n = 25. Normal (NL, n = 8) și control (CON, n = 8) datele embrionare prezentate la 0% etanșeitate a benzii mediate împreună cu s.d. baruri.

3.3. Răspunsul volumului vascular la banda tractului de ieșire

SV a fost măsurat în intervalul de etanșeitate a benzii (n = 40). Valorile medii SV pentru grupurile NL și CON au fost de 0,51 ± 0,17 mm 3 bătaie -1 și, respectiv, 0,41 ± 0,10 mm 3 bătaie -1, ceea ce este comparabil cu datele publicate anterior estimate cu volumele ventriculare sferoide prolate [35] și fluxul aortic dorsal [35]. 36,37]. SV la embrionii OTB a rămas aproximativ constantă în intervalul grupurilor de control, fără diferențe semnificative în toate subdiviziunile OTB (OTB n = 24 p-valoare = 0,59 pentru mai puțin de 20% constricție OTB, n = 6 p-valoare = 0,91 pentru 20–40% constricție OTB, n = 11 și p-valoare = 0,18 pentru o constricție OTB mai mare de 40%, n = 7). Rezultatele sunt rezumate în figura 5b și tabelul 1. Luând în considerare incertitudinile în calculul SV, eroarea maximă pentru calculul SV a fost de 2,2 × 10 −2 mm 3 bătaie −1 , cu cea mai mare contribuție de eroare din estimarea diametrului OFT (a se vedea tabelul 2 și ecuația (2.8)) . Deși nu a fost măsurat într-un interval de constricție a benzii, alții au descoperit anterior că SV nu diferă în mod clar între embrionii de control și embrionii cu bandă [33,38].

3.4. Timpul de răspuns al fluxului la bandarea tractului de ieșire

Timpul de curgere a fost măsurat pentru toți embrionii care au avut perioade clar de debit de sânge în urma vitezei față de timp (n = 41). Timpul de curgere, procentul de timp din ciclul cardiac când sângele curgea, pentru grupurile NL și CON a fost aproximativ jumătate din ciclul cardiac, în concordanță cu observațiile noastre anterioare [17]. Diferențele de timp de curgere nu au fost semnificative între grupurile de control și embrionii OTB cu mai puțin de 20% etanșeitate a benzii (p-valoare = 0,86, n = 6). Embrionii OTB cu o etanșare a benzii mai mare de 20% au avut un timp de flux semnificativ mai mic (OTB n = 25 p-valoare = 3,3 × 10 −4 pentru 20–40% constricție OTB, n = 11 și p-valoare = 5,6 × 10 −6 pentru OTB mai mare de 40% constricție, n = 8). Figura 5c arată că timpul de curgere a scăzut odată cu creșterea etanșeității benzii, iar valorile medii sunt rezumate în tabelul 1.

Embrionii de control și cu benzi libere (mai puțin de 30% OTB) au avut în mod constant o creștere inițială a fluxului sanguin prin OFT înainte de fluxul principal al ciclului cardiac, prezentat în figura 6.A cu o săgeată. Creșterea inițială a fluxului nu a fost evidentă la embrionii OTB cu etanșeitate a benzii mai mare de 30%, în concordanță cu scăderea măsurată a timpului de curgere. Figura 6b arată relația dintre diametrul minim extern al OFT din ciclul cardiac la locul benzii (Dmin) și etanșeitatea benzii. În timp ce etanșeitatea benzii este măsurată din diametrele maxime OFT (vezi ecuația (2.1)), raportul dintre diametrul minim OFT după bandă în comparație cu înainte de bandare (Raportul A/B) a fost redusă în benzi mai strânse de constricție de 40%, indicând că OFT este restrâns dincolo de geometria sa normală de contracție cu benzi strânse. Intervalul de etanșare a benzii a scăzut Dmin a fost, de asemenea, în concordanță cu scăderea observată a timpului de curgere.

Figura 6. Timpul de curgere versus etanșeitatea benzii. (A) Urmărirea vitezei fluxului sanguin pe aproximativ patru cicluri cardiace pentru un exemplu de embrion NL. Săgeata desemnează creșterea inițială a fluxului văzută înainte de fluxul principal al ciclului cardiac la embrionii cu benzi libere. (b) OFT Dmin raporturile la locul de bandă (după/înainte de bandă) față de etanșeitatea benzii. Diametrele au fost măsurate numai din imagini în modul M care au arătat clar pereții miocardului superior și inferior (n = 18).

4. Discutie

Aceste rezultate arată răspunsul hemodinamic imediat datorat stimulilor mecanici OTB inițiali. Deoarece sistemul cardiovascular embrionar nu poate remodela complet în 2 ore, evaluarea noastră hemodinamică a inimilor embrionare cu bandă caracterizează modificările inițiale ale fluxului care s-au dovedit a stimula răspunsul stratului miocardic și endocardic și remodelarea țesuturilor pentru a provoca defecte cardiace [2,4,7,8] ,15]. Evaluarea hemodinamică este primul pas în elucidarea mecanismelor care determină modificarea fluxului sanguin pentru a duce la malformații cardiace. Am descoperit că viteza maximă a fluxului sanguin a crescut odată cu strângerea benzii până la aproape 40% constricție, unde viteza s-a platou și apoi a scăzut cu benzi foarte strânse, în timp ce WSR-ul corespunzător a urmat o tendință similară. SV a rămas constantă cu strângerea benzii, în timp ce timpul de curgere (procentul de timp cu fluxul sanguin în ciclul cardiac) a scăzut cu strângerea benzii mai mare de 20% constricție. Combinația acestor rezultate sugerează că adaptările imediate la OTB promovează păstrarea funcției cardiace.

Analizele OCT cu patru dimensiuni recente au fost folosite pentru a urmări cu acuratețe dinamica țesutului miocardic și a fluxului sanguin în timp, folosind sisteme OCT similare care achiziționează mai multe seturi de date transversale bidimensionale înainte de sincronizare și reconstrucție în patru dimensiuni [17,18,39] . În timp ce analizele în patru dimensiuni ale inimii permit generarea precisă a imaginilor în secțiune transversală bidimensională și vizualizarea dinamică a mișcării peretelui, imaginile longitudinale bidimensionale mai simple obținute în acest studiu permit comparații de viteză într-un grup mare de eșantion OTB într-un mod relativ ușor și drumul rapid. Achiziția bidimensională este semnificativ mai rapidă decât achiziția în patru dimensiuni și, prin urmare, poate fi utilizată în mod obișnuit pentru a scana embrioni înainte de a efectua alte analize (de exemplu, înainte de fixarea țesuturilor). Reproductibilitatea ridicată prezentată în grupurile de control a arătat că analizele noastre, deși nu sunt simple, au fost suficient de precise pentru a surprinde modificări subtile ale condițiilor hemodinamice dinamice care nu au fost raportate înainte.

4.1. Răspunsul la viteza maximă a fluxului sanguin la bandarea tractului de ieșire

Acest studiu completează lucrările recente de la Shi et al. [13], care a evaluat modificările tensiunii arteriale datorate unei game de constricții OTB. Studiul a arătat că, pe măsură ce rezistența la fluxul sanguin prin OFT a crescut odată cu strângerea benzii, la fel a crescut și tensiunea arterială în sistemul circulator. Nu numai că presiunile ventriculului, sacul aortic și aorta dorsală au crescut după OTB, dar au fost dependente de etanșeitatea relativă a benzii. Atât tensiunea arterială diastolică (presiune minimă), cât și amplitudinea presiunii pulsului (și, prin urmare, presiunea sistolica) au crescut oarecum liniar cu strângerea benzii până la aproape 40% constricție a benzii, moment în care măsurile de presiune au început să crească mai rapid decât liniar cu strângerea benzii. Etanșarea benzii de patruzeci la sută a corespuns, de asemenea, cu o scădere mai accentuată a timpului de tranzit al pulsului prin OFT și cu un platou în creșterea decalajului de timp pentru ca presiunea să ajungă la vârf după depolarizarea cardiacă (obținută din măsurători ECG). În acest studiu, etanșeitatea benzii de 40% reprezintă punctul din curba viteză față de etanșeitatea benzii, unde viteza maximă a fluxului sanguin încetează să crească odată cu etanșeitatea benzii. Creșterea mai rapidă a presiunii și scăderea timpului de tranzit al pulsului odată cu strângerea benzii pot fi legate de platoul vitezei fluxului sanguin din cauza unei combinații de efecte OTB, inclusiv scăderea contracției active a peretelui OFT la locul benzii și întinderea postsarcină a cardiomiocitelor ventriculare.

În condiții normale, sângele este împins prin OFT printr-o combinație de propagare a undelor de presiune după contracția ventriculară și contracția activă a OFT. Prezența contracției active prin OFT este susținută de mișcarea peretelui și datele de presiune sincronizate, unde presiunea sistolica ventriculară de vârf și presiunea maximă a sacului aortic apar chiar înainte de contracțiile maxime ale peretelui de intrare și respectiv ieșire ale OFT [13,17,40] . Fluxul de sânge generat exclusiv de contracția ventriculului, urmată de propagarea pasivă a undelor de presiune prin OFT, ar determina în schimb ca presiunea de vârf să apară în fază cu expansiunea maximă a OFT. În plus, am observat că inima HH18 OFT singură se contractă în soluția de sare echilibrată a lui Hanks încălzită după ce a fost îndepărtată din embrion și separată de ventricul. OTB crește viteza de propagare a undelor de presiune, în timp ce scade modelele de tip peristaltic ale mișcării peretelui OFT [13]. Sutura din OTB ancorează fizic OFT la țesuturile membranei înconjurătoare, făcând peretele mai rigid și mai puțin conform cu etanșeitatea crescută a benzii. Acest lucru scade capacitatea contractilă a cardiomiocitelor apropiate de bandă și astfel scade contracția activă a OFT. Efectul de diminuare pe care OTB îl are asupra contracției active a peretelui, împreună cu constricția crescută, poate contribui la platoul curbei de viteză față de etanșarea benzii aproape de 40% constricție. Vitezele de vârf ale fluxului sanguin în acest interval sunt încă mult mai mari decât cele măsurate la embrionii de control din cauza presiunii crescute și a vitezei de propagare a undelor de presiune, dar pot înceta să crească odată cu etanșarea benzii, parțial din cauza pierderii contracției active a peretelui față de o rezistență crescută la flux. .

Studiile anterioare sugerează că creșterea OTB a postsarcinii cardiace și a rezistenței la ejecția ventriculară poate prelungi timpul pentru generarea completă a forței miocardice și poate crește forța de contracție ventriculară rezultată [13,38]. Legea Starling stabilește că inima poate modifica forța generată de fibrele musculare contractile în funcție de cantitatea de suprapunere a miofilamentelor subțiri și groase, cu o forță redusă generată cu suprapunerea mai mult sau mai puțină a fibrelor decât lungimea optimă a sarcomerului [41,42] . Postsarcina crescută (rezistența la curgere) din cauza OTB poate crea forțe de contracție mai mari până la o anumită strângere a benzii, unde lungimea optimă a sarcomerului a fibrelor musculare ventriculare este depășită și sarcina suplimentară a ventriculului generează o forță de contracție diminuată. Astfel, se stabilește un echilibru în care rezistența crescută la curgere indusă de bandă este compensată de forța de contracție ventriculară crescută, rezultând viteze crescute printr-o zonă de lumen mai îngustă. Creșterile în postsarcina și generarea forței miocardului cu strângerea benzii, totuși, nu sunt proporționale, iar viteza maximă a fluxului sanguin se nivelează și începe să scadă cu o constricție mai mare de 40% etanșeitate a benzii.

4.2. Răspunsul vitezei de forfecare a peretelui la benzile tractului de ieșire

Au fost dezvoltate modele de dinamică fluidă computațională cu patru dimensiuni pentru a ține seama de geometria curbă și în mișcare a OFT în timpul fluxului pulsatil în ciclul cardiac [17], care nu este luată în considerare de estimarea noastră WSR folosind ecuația (2.5). Estimarea WSR calculată din imagini longitudinale bidimensionale din acest studiu compară doar valorile la o poziție OFT la un moment dat din ciclul cardiac. În plus, ecuația (2.5) presupune un lumen circular, care este o bună aproximare atunci când pereții OFT sunt complet extinși [17,21] și, prin urmare, este rezonabil să se calculeze WSR la viteza maximă a fluxului sanguin. Cu toate acestea, imaginile longitudinale bidimensionale sunt mai ușor de achiziționat și analizat decât mișcarea în patru dimensiuni a OFT, rezultând într-o procedură eficientă (și relativ simplu de implementat) pentru a monitoriza efectul constricției crescute a OTB asupra WSR endocardic.

Tendința WSR-ului maxim a urmat vag curba viteză față de etanșeitatea benzii. Acest lucru este oarecum de așteptat deoarece WSR este proporțional cu viteza și invers proporțional cu diametrul lumenului (vezi ecuația (2.5)). WSR a crescut odată cu etanșeitatea benzii și a început să scadă numai la constrângerile benzii foarte strânse, aproape de etanșeitatea benzii de 60%. Această scădere a avut loc după răspunsul la viteză redusă (figura 5A), când vitezele fluxului sanguin au scăzut dramatic. În timp ce curba viteză față de etanșeitatea benzii se situează aproape de 40% constricție, diametrul la viteza de vârf continuă să scadă odată cu etanșeitatea benzii, ceea ce explică creșterea continuă a WSR dincolo de 40% constricție și până la 60% etanșeitatea benzii.

4.3. Răspunsul volumului vascular la banda tractului de ieșire

Valorile SV raportate aici sunt probabil supraestimări, deoarece calculul presupune că OFT este un cilindru circular pe tot parcursul ciclului cardiac. În realitate, imaginile OCT în secțiune transversală ale OFT arată că miocardul suferă o îngustare și o lărgire concentrică pe parcursul ciclului cardiac, în timp ce lumenul are o formă asemănătoare unei elipse la expansiune maximă și o formă asemănătoare unei fante în timpul contracției [17,21]. În timp ce fluxul dinamic și complex prin OFT în mișcare este simplificat în această estimare, abordarea ține cont de schimbările de viteză și dimensiunea OFT de-a lungul ciclului cardiac și servește drept comparație între embrioni într-un interval de constricție a benzii.

SV a rămas constantă în condiții de constricție a benzii de 0-64%, chiar dacă diametrul minim OFT și timpul de curgere (porțiunea ciclului cardiac cu flux) au scăzut odată cu etanșarea benzii. Această conservare a SV indică faptul că sistemul cardiovascular embrionar timpuriu are o gamă largă de adaptare funcțională ca răspuns la postsarcina crescută impusă de bandă. Legea Starling a inimii poate fi parțial responsabilă pentru SV conservat pe o gamă largă de constricții ale benzilor prezentate în acest studiu. Generarea mai mare a forței ventriculare care rezultă din creșterea postîncărcării și prelungirea sarcomerului ar putea contribui la capacitatea uimitoare a inimii de a menține pomparea normală a sângelui chiar și cu OTB strâns. Conservarea SV normală la embrionii cu constricție a benzii mai mare de 50%, în ciuda scăderii vitezei de vârf și a timpului de curgere, este asociată cu un debit mediu crescut (date incluse în materialul electronic suplimentar). Studiile anterioare raportează o capacitate adaptativă similară a sistemului cardiovascular de a modifica SV după perfuzii cu volum final diastolic [38,43]. Faptul că inima în acest stadiu nu are valve, iar sistemul nervos nu a fost încă format, susține ideea că adaptarea cardiovasculară la condițiile de banding este în principal de natură mecanică.

Deși s-a demonstrat anterior că SV este similară în embrionii de control și cu benzi [33,38], nu a fost investigat înainte pe o gamă de etanșeitate măsurată a benzii. Keller et al. [38] au folosit OTB pentru a induce ocluzia acută a OFT folosind benzi foarte strânse alături de o procedură de perfuzie de volum și a calculat SV utilizând estimări ale volumului ventriculului elipsoid și bucle presiune-volum. Această măsură SV nu a demonstrat nicio diferență izbitoare între embrionii de control și OFT ocluși cu și fără perfuzie de volum la HH21. McQuinn et al. [33] au comparat mediile hemodinamice ale controlului și ale embrionilor cu benzi OFT cu biomicroscopia cu ultrasunete și nu au găsit nicio diferență în SV la HH24 și HH27 atunci când au fost calculate prin urmărirea mișcării particulelor în aorta dorsală. Acest studiu arată dovezi de compensare similară SV, în timp ce pe o gamă mai largă documentată de modificări hemodinamice decât raportate anterior.

4.4. Timpul de răspuns al fluxului la bandarea tractului de ieșire

Timpul de curgere (procentul de timp în care sângele curge prin OFT în fiecare ciclu cardiac) a scăzut semnificativ cu o constricție mai mare de 20% etanșeitate a benzii. Acest rezultat nu era evident a priori. Urmele vitezei față de timp au arătat o creștere inițială a fluxului în control și embrioni cu benzi slab (constricție mai mică de 30%) care nu a fost evidentă în benzile strânse (figura 6).A). Creșterea inițială poate fi cauzată de evenimentul de deschidere a pernelor OFT care permite sângelui să intre în OFT înainte de contracția ventriculului principal. Acest lucru ar putea fi explicat și printr-un model de pompare cu aspirație dinamică [44]. Mișcarea dinamică de bătaie a OFT poate introduce, de asemenea, un artefact în trasarea viteză în funcție de timp, deoarece este imaginea doar un plan longitudinal bidimensional staționar. Benzile strânse ancorează OFT la membranele și țesuturile înconjurătoare mai mult decât benzile libere, ceea ce poate duce la dispariția artefactului de supratensiune în datele OTB strânse. O analiză OCT în patru dimensiuni este necesară pentru a capta mișcarea longitudinală a OFT și pentru a determina dacă creșterea inițială a fluxului este prezentă în ciclul cardiac sau un artefact al poziționării probei. Cu toate acestea, absența creșterii în embrioni cu benzi strânse a contribuit la scăderea timpului de flux.

Diametrul maxim OFT a scăzut odată cu etanșeitatea benzii, în timp ce diametrul minim OFT a rămas relativ constant cu constricții de până la cca. 40% etanșeitate a benzii. La embrionii cu constricție a benzii mai mare de 40%, miocardul a fost restrâns dincolo de diametrul său minim înainte de bandare. Acest lucru se explică probabil prin mișcarea stratului de jeleu cardiac departe de regiunea restrânsă. Atunci când banda constrânge miocardul OFT dincolo de contracția sa normală, lumenul poate rămâne închis pentru o porțiune mai mare a ciclului cardiac și astfel contribuie la scăderea timpului de flux.

5. Concluzie

Am măsurat cu succes factorii declanșatori ai fluxului sanguin de remodelare a țesuturilor și a funcției cardiace pe o gamă identificată de constricții OTB utilizând imagini structurale și Doppler OCT. Viteza maximă a fluxului sanguin, WSR și timpul de curgere au fost afectate semnificativ de OTB cu dependență variată de etanșeitatea benzii, în timp ce SV normal a fost păstrat în embrionii cu bandă. Evaluarea răspunsului hemodinamic bazată pe gradul de strângere a benzii oferă o perspectivă nouă a ajustărilor funcționale și conservării sistemului cardiovascular embrionar timpuriu și avansează înțelegerea forțelor modificate care afectează dezvoltarea cardiacă. Conservarea SV chiar și într-un interval dramatic de etanșare a benzii evidențiază capacitățile de adaptare prezente în această etapă timpurie de dezvoltare. Mai mult, aceste rezultate sugerează că malformațiile cardiace cauzate de OTB [3-5] rezultă dintr-o combinație complexă de alterare a funcției ventriculare și rezistență la fluxul sanguin prin OFT. Mai mult, spectrul de malformații cardiace observate anterior după OTB poate fi parțial explicat prin strângerea diferită a benzii care a generat diverse condiții biomecanice și, prin urmare, efecte distincte de creștere și remodelare a țesutului cardiac. Vor fi necesare studii viitoare pentru a corela hemodinamica alterată inițială cu adaptările cardiace timpurii și diferitele tipuri de defecte cardiace care rezultă mai târziu în dezvoltare.


Sistemul respirator

Inspiră și ține-o. Așteptați câteva secunde și apoi lăsați-l să iasă. Oamenii, atunci când nu fac eforturi, respiră în medie de aproximativ 15 ori pe minut. Aceasta înseamnă aproximativ 900 de respirații pe oră sau 21.600 de respirații pe zi. La fiecare inspirație, aerul umple plămânii și, la fiecare expirație, se repezi înapoi. Acest aer face mai mult decât umflarea și dezumflarea plămânilor din cavitatea toracică. Aerul conține oxigen care traversează țesutul pulmonar, intră în fluxul sanguin și călătorește către organe și țesuturi. Acolo, oxigenul este schimbat cu dioxid de carbon, care este un deșeu celular. Dioxidul de carbon iese din celule, intră în sânge, se întoarce în plămâni și este expirat în afara corpului în timpul expirației.

Respirația este atât un eveniment voluntar, cât și involuntar. Cât de des se respira și cât de mult aer este inhalat sau expirat sunt reglementate de centrul respirator din creier, ca răspuns la semnalele pe care le primește despre conținutul de dioxid de carbon din sânge. Cu toate acestea, este posibil să anulați această reglare automată pentru activități precum vorbirea, cântatul și înotul sub apă.

În timpul inhalării diafragmă coboară creând o presiune negativă în jurul plămânilor și încep să se umfle, atrăgând aer din exteriorul corpului. Aerul intră în corp prin cavitatea nazală situată chiar în interiorul nasului (figura 1). Pe măsură ce aerul trece prin cavitatea nazală, aerul este încălzit la temperatura corpului și umidificat de umiditatea din membranele mucoase. Aceste procese ajută la echilibrarea aerului în condițiile corpului, reducând orice daune pe care le poate cauza aerul rece și uscat. Particulele care plutesc în aer sunt îndepărtate în căile nazale prin fire de păr, mucus și cili. Aerul este, de asemenea, prelevat chimic de simțul mirosului.

Din cavitatea nazală, aerul trece prin faringe (gât) și cel laringe (cutie vocală) în timp ce se îndreaptă spre trahee (figura 1). Funcția principală a traheei este de a canaliza aerul inhalat către plămâni și aerul expirat înapoi din corp. Traheea umană este un cilindru, lung de aproximativ 25 până la 30 cm (9,8–11,8 inchi), care se află în fața esofagului și se extinde de la faringe în cavitatea toracică până la plămâni. Este format din inele incomplete de cartilaj și mușchi neted. Cartilajul oferă rezistență și sprijin traheei pentru a menține pasajul deschis. Traheea este căptușită cu celule care au cili și secretă mucus. Mucusul prinde particulele care au fost inhalate, iar cilii mută particulele spre faringe.

Capătul traheei se împarte în două bronhii care intră în plămânul drept și cel stâng. Aerul intră în plămâni prin bronhiile primare. Bronhia primară se divide, creând un diametru din ce în ce mai mic bronhii până când pasajele sunt sub 1 mm (.03 in) în diametru când sunt numite bronhiole pe măsură ce se despart și se răspândesc prin plămân. Ca și traheea, bronhiile și bronhiolele sunt formate din cartilaj și mușchi neted. Bronhiile sunt inervate de nervi atât ai sistemului nervos parasimpatic, cât și ai sistemului nervos simpatic care controlează contracția musculară (parasimpatică) sau relaxarea (simpatică) în bronhii și bronhiole, în funcție de indicațiile sistemului nervos. Bronhiolele finale sunt bronhiolele respiratorii. Canalele alveolare sunt atașate la capătul fiecărei bronhiole respiratorii. La capătul fiecărui duct sunt saci alveolari, fiecare conținând 20 până la 30 alveole. Schimbul gazos are loc numai în alveole. Alveolele au pereți subțiri și arată ca niște bule mici în interiorul sacilor. Alveolele sunt în contact direct cu capilarele sistemului circulator. Un astfel de contact intim asigură difuzarea oxigenului din alveole în sânge. În plus, dioxidul de carbon va difuza din sânge în alveolele care urmează să fie expirate. Dispunerea anatomică a capilarelor și alveolelor subliniază relația structurală și funcțională a sistemelor respirator și circulator. Estimările pentru suprafața alveolelor din plămâni variază în jur de 100 m 2 . Această zonă mare este de aproximativ o jumătate de teren de tenis. Această suprafață mare, combinată cu natura cu pereți subțiri a celulelor alveolare, permite gazelor să se difuzeze cu ușurință în celule.

Figura 1. Aerul intră în sistemul respirator prin cavitatea nazală, apoi trece prin faringe și trahee în plămâni. (credit: modificarea lucrării de către NCI)

Care dintre următoarele afirmații despre sistemul respirator uman este falsă?


Un nou In vitro Model pentru evaluarea răspunsurilor diferențiale ale celulelor endoteliale la formele de undă simulate de forfecare arterială

Contribuție de către Divizia de Bioinginerie pentru publicare în JOURNAL OF BIOMECHANICAL ENGINEERING . Manuscris primit în decembrie 2001 manuscris revizuit primit în aprilie 2002. Editor asociat: C. Dong.

Blackman, B. R., García-Carden˜a, G. și Gimbrone, , M. A., Jr. (30 iulie 2002). "Un nou In vitro Model pentru a evalua răspunsurile diferențiale ale celulelor endoteliale la formele de undă simulate de forfecare arterială.” ASME. J Biomech ing. august 2002 124(4): 397–407. https://doi.org/10.1115/1.1486468

În circulație, celulele endoteliale sensibile la flux (EC) care căptușesc lumenul vaselor de sânge sunt expuse continuu la forțe hemodinamice complexe. Pentru a ne îmbunătăți înțelegerea răspunsului EC la aceste forțe dinamice de forfecare, un roman in vitro Modelul de flux a fost dezvoltat pentru a simula formele de undă pulsatile de forfecare întâlnite de endoteliu în circulația arterială. O formă de undă modificată modelată după modelele de flux în aorta abdominală umană a fost utilizată pentru a evalua răspunsul biologic al EC-urilor venei ombilicale umane la acest nou tip de stimul. Fluxul pulsatil arterial timp de 24 de ore a fost comparat cu o tensiune de forfecare laminară constantă medie echivalentă în timp, folosind condiții de cultură fără flux (static) ca linie de bază. În timp ce ambii stimuli de flux au indus modificări comparabile în forma și alinierea celulelor, au fost observate modele distincte de răspunsuri în distribuția fibrelor de stres de actină și a complexelor de adeziune asociate vinculinului, a caracteristicilor migratorii intrinseci și a expresiei ARNm și proteinei eNOS. Aceste rezultate dezvăluie astfel o capacitate de răspuns unică a EC la o formă de undă arterială și încep să elucideze capacitățile complexe de detectare ale endoteliului la caracteristicile dinamice ale fluxurilor prin arborele vascular uman.


Monitorizarea continuă a tensiunii arteriale ca bază pentru viața asistată în mediu (AAL) - Revizuirea metodologiilor și a dispozitivelor

Tensiunea arterială (TA) este un semnal biofiziologic care poate oferi informații foarte utile cu privire la sănătatea generală a omului. Tensiunea arterială ridicată sau scăzută sau fluctuațiile rapide ale acesteia pot fi asociate cu diferite boli sau afecțiuni. În zilele noastre, hipertensiunea arterială este considerată un factor important de risc pentru sănătate și o cauză majoră a diferitelor probleme de sănătate la nivel mondial. Hipertensiunea arterială poate precede boli grave de inimă, accident vascular cerebral și insuficiență renală. Măsurarea și monitorizarea precisă a tensiunii arteriale joacă un rol fundamental în diagnosticarea, prevenirea și tratamentul acestor boli. Tensiunea arterială este de obicei măsurată în spitale, ca parte a unei rutine medicale standard. Cu toate acestea, există o cerere din ce în ce mai mare pentru metodologii, sisteme, precum și dispozitive precise și discrete, care vor permite măsurarea și monitorizarea continuă a tensiunii arteriale pentru o mare varietate de pacienți, permițându-le să-și desfășoare activitățile zilnice fără nicio perturbare. Progresele tehnologice din ultimul deceniu au creat oportunități de utilizare a diferitelor dispozitive ca parte a vieții asistate ambientale pentru îmbunătățirea calității vieții oamenilor în mediul lor natural. Scopul principal al acestei lucrări este de a oferi o revizuire cuprinzătoare a diferitelor metodologii pentru măsurarea continuă a tensiunii arteriale fără manșetă, precum și să evidențieze dispozitivele și sistemele dezvoltate recent pentru măsurarea continuă a tensiunii arteriale care pot fi utilizate în aplicațiile de viață asistată în mediu.

Aceasta este o previzualizare a conținutului abonamentului, accesat prin instituția dumneavoastră.


Rezultate

Secreție mare de vWF indusă de sare: celule endoteliale ale venei ombilicale umane.

vWF este esențial pentru dezvoltarea trombozei venoase atunci când fluxul sanguin este restricționat de stenoză la șoareci (18). Tromboza depinde de nivelul vWF. Astfel, șoarecii cu vWF knock-out nu dezvoltă trombi, iar șoarecii care au vWF scăzut au tromboză redusă. Am emis ipoteza că tromboza care apare în timpul hipernatremiei ar putea fi cauzată și de secreția crescută de vWF, deși din celulele endoteliale intacte, ca răspuns la NaCl crescut în sânge.

Pentru a testa dacă NaCl ridicat afectează producția de vWF, am expus celulele endoteliale ale venei ombilicale umane (HUVEC) în cultură la intervalul de NaCl care apare la oameni în timpul hipernatremiei. Am adăugat până la 55 mmol/L de NaCl, ridicând osmolalitatea medie de la 270 mosmol/kg (limită inferioară a intervalului fiziologic normal) la până la 380 mosmol/kg (hipernatremie severă). HUVEC-urile se adaptează bine până la cel puțin 380 mosmol/kg, menținând un aspect normal (Fig. S2).A) și creșterea logaritmică (Fig. 1A), timp de săptămâni. NaCl ridicat crește reversibil secreția de vWF (Fig. 1B), iar rata de secreție rămâne crescută până la 5 săptămâni, cu condiția ca NaCl să rămână crescut (Fig. S2).B). Colorația imunofluorescentă demonstrează că HUVEC-urile secretă șiruri lungi de multimeri vWF în timp ce sunt expuse la NaCl ridicat, dar, atunci când nu sunt expuse la NaCl ridicat, păstrează cea mai mare parte din vWF depozitat compact în corpurile Weibel-Palade (Fig. 1).C). Când NaCl este crescut, nivelul vWF intracelular nu se schimbă mult (Fig. 1D), indicând faptul că vWF nou sintetizat este secretat aproape la fel de repede cum este produs.Rata de secreție revine la nivelul bazal la scurt timp după ce NaCl este scăzut, demonstrând că creșterea dependentă de sare este reversibilă (Fig. 1).B). NaCl ridicat crește, de asemenea, reversibil ARNm vWF, în concordanță cu creșterea transcripției (Fig. 1F).

NaCl ridicat crește producția și secreția de vWF din celulele endoteliale vasculare. (AD și F) HUVEC-urile au fost expuse la medii în care NaCl a fost crescut timp de 4 zile la osmolalitatea totală indicată în panourile figurilor. (A) HUVEC-urile se adaptează la intervalul de NaCl crescut care apare în hipernatremie, menținând creșterea logaritmică (vezi și Fig. S2).A pentru imagini ale celulelor). (B) NaCl ridicat crește secreția de vWF, dar atunci când NaCl crescut este scăzut la nivelul de control (270 mosmol/kg) pentru 2 zile, secreția de vWF revine la nivelul său de control (media ± SEM, *P < 0,05, t Test, n = 5, dependent liniar de concentrația de NaCl, P = 0.0009). (C) La 270 mosmol/kg multimerii vWF sunt depozitați compact în corpurile Weibel-Palade (săgeată), dar atunci când NaCl este crescut timp de 4 zile, celulele eliberează fibre lungi de multimeri vWF necondensați (săgeată). Verde, albastru vWF, nuclee colorate cu DAPI. Panoul inferior este o mărire mai mare a panoului superior. (D) NaCl ridicat are un efect redus asupra nivelului proteinei intracelulare vWF. (Superior) Imagine reprezentativă Western blot. (Inferior) Cuantificare, relativ la 270 mosmol/kg, normalizată la tubulină (media ± SEM, *P < 0,05, t Test, n = 3). (F) NaCl ridicat crește ARNm vWF în HUVEC. Nivelul ARNm al vWF revine la nivelul bazal atunci când NaCl este scăzut timp de 2 zile (media ± SEM, *P < 0,05, t Test, n = 5, dependent liniar de concentrația de NaCl, P < 0,0001). (E) Proteina vWF este mai mare în medula renală, unde NaCl interstițial este foarte mare, decât în ​​cortexul renal, unde concentrația interstițială de NaCl este similară cu cea din sângele sistemic. Colorație imunohistochimică pentru vWF (maro). Vezi, de asemenea, Fig. S2C pentru colocalizare cu colorarea CD31 (marker de celule endoteliale).

După ce am găsit o creștere dependentă de sare a secreției vWF din HUVEC, ne-am întrebat dacă sare mare produce același efect asupra celulelor endoteliale in vivo. Rinichiul a fost un organ convenabil pentru început din cauza gamei largi de NaCl prezent în mod normal în diferitele părți ale rinichiului. Nivelul de NaCl din sângele care perfuzează cortexul rinichiului este același cu cel din sângele sistemic, în timp ce sângele care perfuzează medularul renal conține în mod normal NaCl foarte mare. De fapt, vWF este mai mare în medulele renale interne și externe ale șoarecilor decât în ​​cortexul renal (Fig. 1).E şi Fig. S2C). Această constatare susține concluzia că o creștere mare dependentă de sare a producției de vWF de către celulele endoteliale are loc in vivo, precum și în cultura celulară.

Rolul factorului de transcripție reglat osmotic NFAT5 în secreția vWF indusă de mare sare.

NaCl este o substanță dizolvată impermeabilă funcțional, astfel încât creșterea NaCl extracelulară este hipertonică. NaCl ridicat determină efluxul osmotic de apă din celule, ducând la scăderea volumului celular și la creșterea puterii ionice intracelulare. Răspunsurile celulare adaptive sunt activate pentru a compensa deshidratarea și consecințele acesteia. NFAT5 este factorul de transcripție principal care este activat de hipertonicitate. Hipertonicitatea crește expresia ARNm și proteinei NFAT5, crește activitățile transcripționale și transactivatoare ale NFAT5 și mediază transcripția multor gene țintă NFAT5 care sunt implicate direct sau indirect în adaptarea la NaCl ridicat (19).

Prin urmare, am testat dacă vWF este o genă țintă NFAT5 în HUVEC. NaCl ridicat crește mARN vWF, ceea ce este în concordanță cu creșterea transcripției (Fig. 1F). Promotorul vWF conține un element de răspuns osmotic (20) (site de legare ORE, NFAT5) aproape de locul de începere a transcripției (Fig. 2).D). În HUVEC, NaCl ridicat crește ARNm NFAT5 (Fig. 2C) și proteina NFAT5 (Fig. 2A) în corelație cu creșterile dependente de sare ale mRNA vWF și secreția de proteine ​​(Fig. 1 B și F). În plus, ținta NFAT5, aldoza reductaza, crește de asemenea (Fig. 2B), în concordanță cu reglarea în sus a activității transcripționale NFAT5. În cele din urmă, analiza ChIP confirmă legarea NFAT5 la ORE din promotorul genei vWF proporțional cu nivelul de NaCl (Fig. 2).D). Aceste rezultate indică faptul că creșterea ridicată a activității NFAT5 indusă de NaCl contribuie la creșterea producției de vWF în celulele endoteliale.

(AC) Secreția ridicată de vWF indusă de NaCl din HUVEC este însoțită de exprimarea crescută a factorului de transcripție osmoreglat NFAT5. HUVEC-urile au fost expuse la NaCl ridicat, ca în figura 1. (A) NaCl ridicat crește proteina NFAT5. (Superior) Western blot reprezentativ. (Inferior) Cuantificare, relativ la 270 mosmol/kg, normalizată la tubulină (media ± SEM, *P < 0,05, t Test, n = 4, dependent liniar de concentrația de NaCl, P < 0,0001). (B) NaCl ridicat crește expresia aldoze reductazei (AR), care este o țintă transcripțională a NFAT5. Western blot, analizat ca în A (media ± SEM, *P < 0,05, t Test, n = 3, dependent liniar de concentrația de NaCl, P = 0.006). (C) NaCl ridicat crește ARNm NFAT5. Cuantificarea este relativă la 270 mosmol/kg (media ± SEM, *P < 0,05, t Test, n = 5, dependent liniar de concentrația de NaCl, P < 0,0001). ARNm NFAT5 revine la nivelul bazal atunci când NaCl este scăzut timp de 2 zile. (D) NaCl ridicat crește legarea NFAT5 la elementul ADN care este un situs de legare a NFAT5 în promotorul genei vWF. (Superior) Diagrama care arată locația situsului de legare a NFAT5 în amonte de situsul de pornire a transcripției (TSS) al genei vWF și pozițiile primerilor care au fost utilizați pentru a analiza legarea NFAT5 de către ChIP. (Inferior) Rezultate ChIP, relativ la 270 mosmol/kg (media ± SEM, *P < 0,05, t Test, n = 3).

Deshidratare și semnalizare hipertonică la șoareci.

Apoi am testat dacă hipernatremia are ca rezultat creșterea producției de vWF în celulele endoteliale in vivo. Am ales deshidratarea ca model pentru a crește NaCl in vivo. Deshidratarea este definită ca pierderea netă de apă din corp rezultată din scăderea aportului de apă sau din creșterea pierderii de apă. Deshidratarea duce la o osmolalitate crescută a plasmei și a altor fluide extracelulare (21).

Am controlat cantitatea de apă pe care o consumau șoarecii hrănindu-i cu hrană în gel care conținea 30% apă ca singura sursă de aport de apă sau, ca control, hrănind aceeași hrană, dar cu acces liber la apă de băut (Fig. 3).A). Pentru a evalua gradul de deshidratare, am măsurat osmolalitatea urinei, greutatea corporală, sodiul seric, osmolalitatea serică și concentrația proteinelor plasmatice. Restricția apei a crescut osmolalitatea urinei, indicând activarea mecanismului de concentrare renală pentru conservarea apei (Fig. 3).B). Șoarecii cu restricție de apă nu au slăbit, dar creșterea lor a fost întârziată, așa că au cântărit cu aproximativ 2% mai puțin decât șoarecii de control până la sfârșitul celor 9 zile de restricție de apă (Fig. 3).E). Concentrația proteinei plasmatice a fost neschimbată (Fig. 3D). Deshidratarea șoarecilor noștri cu restricții de apă este de o magnitudine recunoscută a fi destul de ușoară (22). Cu toate acestea, sodiul seric și osmolalitatea serică au crescut (Fig. 3C). Astfel, modelul nostru a produs o creștere mică a sodiului plasmatic în intervalul fiziologic. În ciuda faptului că creșterea sodiului seric și a osmolalității (Fig. 3C și Tabelul S1) au fost foarte modeste, am detectat activarea unui răspuns hipertonic în mai multe țesuturi, așa cum evidențiază expresia crescută a NFAT5 și a țintei sale transcripționale, aldozo reductază (Fig. 3).F).

Restricția de apă crește sodiul seric și activează semnalizarea hipertonică în țesuturile de șoarece. Pentru a crește NaCl in vivo, șoarecii au fost supuși la restricție de apă timp de 9 zile. (AE) Restricția de apă a produs o ușoară deshidratare subclinică (media ± SEM, n = 5, *P < 0,05, t Test). (A) Design experiment. Pentru a limita cantitatea de apă, șoarecii au fost hrăniți cu hrană în gel care conținea 30% apă și nu au primit apă suplimentară. Grupul de control a fost hrănit cu aceeași hrană cu gel, dar a avut acces liber la apă. (B) Restricția de apă a crescut osmolalitatea urinei. (C) Restricția apei a crescut sodiul seric (cu 5 mmol/L) și osmolalitatea serică. Consultați și Tabelul S1 pentru alți parametri serici. (D) Restricția de apă nu a modificat concentrația proteinelor plasmatice. (E) Restricția de apă a întârziat creșterea, dar nu a redus în mod acut greutatea. (F) Restricția apei a crescut ARNm al NFAT5 și al țintei sale transcripționale, aldoza reductază (AR) în mai multe țesuturi de șoarece.

Deshidratare, secreție vWF și tromboză la șoareci.

În HUVEC, NaCl ridicat crește producția de vWF (Figurile 1 și 2). Pentru a vedea dacă deshidratarea ușoară, cauzată de restricția de apă, afectează producția de vWF de către celulele endoteliale în țesuturile de șoarece, am analizat ARNm și proteina vWF în țesuturile șoarecilor cu restricții de apă. Restricția ușoară de apă crește semnificativ ARNm vWF în ficat și plămâni și, de asemenea, îl crește în unele alte țesuturi, dar nu într-o măsură semnificativă statistic (Fig. 4).A). Am măsurat proteina vWF în celulele endoteliale prin imunohistochimia secțiunilor de țesut hepatic. Restricția ușoară de apă crește semnificativ vWF în celulele endoteliale ale ficatului (Fig. 4). B și C şi Fig. S3). vWF aparent crește în celulele endoteliale, așa cum este evidențiat prin corelarea colorării pentru vWF cu colorarea pentru markerul de celule endoteliale CD31 (Fig. S4).

Restricția de apă crește vWF în celulele endoteliale ale șoarecilor (media ± SEM, n = 5, *P < 0,05, t Test). Apa a fost restricționată timp de 9 zile. (A) mRNA vWF a crescut în ficat și plămân. (B și C) Restricția de apă a crescut proteina vWF în celulele endoteliale din ficat. (B) Imagini reprezentative de la colorarea imunohistochimică pentru proteina vWF (maro) în secțiunile de țesut hepatic. Vezi Fig. S4 pentru modelul capilarelor sanguine din ficat (aceleași secțiuni colorate pentru markerul de celule endoteliale CD31). (C) Cuantificarea vWF în secțiuni de țesut. Vedea Materiale și metode şi Fig. S3 pentru detalii despre analiza imaginii.

Am emis ipoteza că creșterea indusă de deshidratare a secreției vWF din celulele endoteliale in vivo ar putea crește vWF în sânge și ar putea promova tromboza. Pentru a evalua efectul restricției de apă asupra coagulării, am analizat unii dintre factorii reprezentați în Fig. 5.A. Interacțiunea vWF cu trombocitele activează trombina și transformă fibrinogenul plasmatic solubil în polimeri de fibrină insolubili, reticulați, care stabilizează cheaguri de sânge (trombi) (5, 10). Concomitent, cheagurile sunt degradate prin activarea altor factori, în principal plasmina protează. Degradarea polimerilor de fibrină de către plasmină duce la apariția produselor de degradare a fibrinei (FDP) în sânge. D-dimerul este FDP al cărui nivel este utilizat ca indicator clinic al coagulării în curs. D-dimerul crește în condiții trombotice, cum ar fi coagularea intravasculară diseminată, tromboza venoasă profundă și embolia pulmonară (5, 10, 23). Am analizat nivelurile de vWF și D-dimer din sângele de șoarece și numărul de microtrombi din ficat. Restricția de apă crește vWF și D-dimerul în plasmă (Fig. 5B), precum și numărul de microtrombi din capilarele hepatice (Fig. 5 D și E). În plus, inhibitorul 1 al activatorului de plasminogen (PAI-1) crește și el (Fig. 5C), care limitează activarea plasminei și favorizează tromboza. Astfel, restricția ușoară de apă crește secreția de celule endoteliale a vWF suficient pentru a crește nivelul de vWF în sânge și pentru a promova tromboza la șoareci.

Restricția de apă crește vWF în sângele șoarecilor și activează trombogeneza (media ± SEM, n = 5, *P < 0,05, t Test). Apa a fost restricționată timp de 9 zile. (A) Prezentare generală a coagulării sângelui. Creșterea vWF determină activarea și agregarea trombocitelor, ducând la coagulare și formarea de cheaguri de fibrină (trombi). Activarea concomitentă a fibrinolizei începe degradarea cheagurilor, ceea ce crește D-dimerul în sânge. (Rețineți că măsurarea D-dimerului este, de asemenea, un test clinic pentru trombogeneză.) (B) Restricția de apă crește vWF și D-dimerul în plasma șoarecilor. (Superior) Western blot. (Inferior) Cuantificare, normalizată la control. (C) Restricția de apă crește PAI-1 în plasma șoarecilor. Rețineți că PAI-1 inhibă fibrinoliza, care întârzie degradarea cheagurilor de fibrină. (D) Imagini reprezentative ale colorării imunohistochimice (maro) a secțiunilor de țesut hepatic pentru fibrină și pentru markerul de celule endoteliale CD31. Colorația pentru fibrină identifică microtrombi (săgeți) în interiorul capilarelor hepatice. (E) Cuantificarea microtrombilor în secțiuni de țesut din ficat. Restricția apei crește numărul de microtrombi pe milimetru pătrat.

Asocierea pozitivă a concentrației de sodiu seric cu nivelul sanguin al vWF și riscul de accident vascular cerebral la om.

Pentru a accesa relevanța descoperirilor noastre pentru oameni, am analizat dacă sodiul seric și vWF au o asociere pozitivă la om, folosind date din Studiul ARIC. ARIC este un studiu al bolilor cardiovasculare într-o cohortă de 15.792 de persoane cu vârste cuprinse între 45 și 64 de ani, prelevate din patru comunități din SUA în perioada 1987-1989 (24). Am folosit rezultatele examinării clinice de bază a participanților în timpul primei lor vizite.

Pentru a evalua efectul Na asupra vWF, am efectuat o analiză de regresie multiplă cu următoarele variabile predictoare: sodiu seric, glucoză și rata de filtrare glomerulară estimată (eGFR) (Fig. 6).A). Vedea SI Materiale si Metode, Fig. S5 și Tabelele S2–S7 pentru motivele pentru care au fost selectate variabilele respective, informații despre statisticile descriptive de bază pentru variabile, corelații de ordin zero între variabile și coeficienți de regresie. Modelul general este semnificativ statistic [F(3, 14,675) = 210, P < 0,001] cu toate variabilele contribuind semnificativ la prezicerea nivelului plasmatic al vWF (P < 0,001) (Fig. 6A și Tabelele S4 și S5). Coeficientul de regresie pozitiv pentru Na + seric indică faptul că creșterea Na + este însoțită de creșterea vWF, în concordanță cu constatările generale ale studiului nostru. În plus, o diagramă 3D a nivelului de vWF în sânge în raport cu concentrația de sodiu seric și vârsta demonstrează că niveluri mai mari de vWF apar la participanții cu concentrații mai mari de sodiu seric (Fig. 6).B). Același lucru este valabil și pentru riscul de accident vascular cerebral la 10 ani (Fig. 6C). Riscul de accident vascular cerebral la prima vizită a fost calculat retrospectiv pentru fiecare participant la Studiul ARIC pe baza rezultatelor studiului și inclus în seturile de date ARIC (25). Analiza de regresie multivariabilă a riscului de accident vascular cerebral la 10 ani cu sodiu, glucoză și eGFR ca variabile predictoare demonstrează că sodiul plasmatic contribuie semnificativ la predicția accidentului vascular cerebral (Tabelul S6). Diabetul și boala cronică de rinichi (CKD) duc la creșterea nivelurilor de VWF (26, 27). În mod constant, există o corelație semnificativă de ordinul zero a glucozei plasmatice și eGFR cu nivelul vWF (Tabelul S3). Pentru a evalua dacă o asociere pozitivă a sodiului plasmatic cu vWF și riscul de accident vascular cerebral este încă prezentă la participanții fără diabet și CKD, am efectuat analiza pe o cohortă de participanți fără diabet și fără CKD (eGFR >60 mL⋅min −1 ⋅1,73 m). −2 ) care aveau greutate normală [indicele de masă corporală (IMC) = 18,5–25 kg/m 2 ]. În această cohortă „sănătoasă” (n = 3345), niveluri mai mari de vWF și risc de accident vascular cerebral apar și la participanții care au concentrații mai mari de sodiu plasmatic (Fig. 6).D și Tabelul S7). Pe scurt, analizele indică faptul că sodiul seric este asociat pozitiv cu nivelul vWF și riscul de accident vascular cerebral la om.

Sodiul plasmatic este asociat pozitiv cu nivelul sanguin al vWF și cu riscul de accident vascular cerebral la 10 ani în Studiul ARIC. (A) Analiza de regresie liniară multiplă a fost utilizată pentru a evalua efectul sodiului seric asupra nivelului de vWF. Rezultatele demonstrează că Na+ seric, precum și glucoza și eGFR contribuie în mod semnificativ la prezicerea nivelului de vWF. Vedea SI Materiale si Metode, Fig. S5 și Tabelele S2–S5 pentru detalii despre analiză. (BD) Diagrame tridimensionale de plasă, vizualizarea nivelului de vWF și a riscului de accident vascular cerebral, în funcție de concentrația de sodiu seric și de vârstă. (B și D) Nivelul vWF este mai mare la participanții cu niveluri mai mari de sodiu seric, atât în B [toți participanții ARIC (n = 14.679)] și în D [cohorta de 3.345 de participanți fără diabet, care au avut eGFR >60 mL⋅min −1 ⋅1,73 m −2 și greutate normală (IMC = 18,5–25 kg/m 2 )]. (C) Riscul de accident vascular cerebral pe zece ani este crescut la participanții cu un nivel mai ridicat de sodiu seric. Toți participanții ARIC au fost incluși în analiză. Vezi și tabelele S6 și S7.


A avea testicule coborâte este o caracteristică derivată în monotremele mamiferelor, iar Afrotheria (inclusiv elefanții) păstrează toate starea de caracter ancestral (Kleisner, et al., 2010) 2 . Printre acele mamifere cu testicule coborâte, acestea pot fi ascrotale sau scrotale. Coborârea testiculară se presupune că a avut loc o singură dată în cadrul mamiferelor, cu Laurasiatheria ascrotală. Testiculele ascrotale coborâte se găsesc la cetacee, foci focide, hipopotami, tapiri, rinoceri și unii lilieci. Testiculele scrotale coborâte se găsesc la cai, porci, cămile și carnivore.

Deoarece mamiferele bazale ar trebui să regleze temperatura testiculară la fel de mult ca și mamiferele derivate, ipoteza de reglare a temperaturii pare să nu reziste. Deci adevărata întrebare este: de ce să ai scrot? O ipoteză are de-a face cu evoluția locomoției rapide (de exemplu, galop).

Potrivit lui Frey (1991, 40) 4:

Flexiile si extensiile puternice ale coloanei vertebrale in timpul galopului ar trebui sa provoace fluctuatii intense ale presiunii intraabdominale. Fluctuațiile presiunii intra-abdominale împiedică sever fluxul continuu de sânge în venele abdominale. Drenajul venos redus periodic, rezultând fluctuații ale presiunii intratesticulare, ar afecta procesul de spermiohistogeneză, care depinde de o presiune absolut constantă în testicul.

Chance (1996) 5 sugerează că ipoteza temperaturii ar putea reprezenta o adaptare secundară:

Deoarece la bărbatul uman, testiculele scrotale funcționează optim la temperaturi mai mici decât cele ale corpului, s-au făcut multe speculații și o cantitate considerabilă de cercetări în încercarea de a vedea ce avantaj (metabolic) ar putea obține din această temperatură mai scăzută, fără a lua în considerare posibilitatea. că aceasta este o adaptare secundară la o poziție externă forțată.


Discuţie

Acesta este primul studiu care examinează diferențele rasiale în BP brahială în urma unei perioade acute de exerciții aerobe de intensitate moderată, cu și fără blocaj histaminic, la bărbați și femei BL și CA normotensivi.Descoperirile noastre majore noi au fost următoarele: (1) DBP a fost mai mare după exercițiul în BL decât în ​​CA fără blocarea receptorilor histaminei, fără diferențe între grupuri în ceea ce privește debitul cardiac (2) Au existat creșteri mai mari ale DBP brahial după exercițiul în timpul H1R și H2R. starea de blocaj comparativ cu starea de control. DBP brahial a fost, de asemenea, mai mare în BL în comparație cu CA în starea de blocare H1R și H2R după exercițiu. Datele noastre arată că BL prezintă un control alterat al TA nu numai în repaus (care a fost demonstrat în studiile anterioare), ci și după exerciții fizice, care este în concordanță cu un risc crescut de hipertensiune arterială. Grupul BL din studiul nostru a fost, de asemenea, mai puțin apt decât CA. Cu toate acestea, după ajustarea nivelurilor de fitness cardiorespiratorie, niciunul dintre rezultate nu a fost modificat, ceea ce sugerează că constatările noastre nu au fost determinate de diferențele dintre nivelurile de fitness cardiovasculare, de asemenea, în concordanță cu cercetările anterioare în CA [28].

Răspunsuri fără blocaj histaminic

Hipotensiunea post-efort este bine documentată în CA, dar mai multe studii au raportat fie neschimbate, fie creșterea TA după exercițiul în BL [15, 16]. Enweze şi colab. [16] nu a găsit nicio PEH la femeile tinere, normotensive BL, la 1 oră după încetarea a 30 de minute de exercițiu de ciclism de intensitate moderată. Mai mult, Pescatello et al. [15] au monitorizat TA în timpul zilei prin monitorizare ambulatorie a TA după 40 de minute de exercițiu de intensitate moderată pentru ciclism vertical. TAS medie pe timpul zilei după exercițiu a crescut atât la femeile BL normotensive, cât și la cele hipertensive, în timp ce nu s-a găsit nicio modificare a DBP. În schimb, exercițiile fizice au scăzut TAS și TAD la femeile hipertensive CA, dar nu a avut niciun efect asupra TAS sau TAD la CA normotensive. Astfel, studiile anterioare susțin ideea că BL nu prezintă PEH în urma exercițiilor de anduranță de intensitate moderată. Datele noastre oferă sprijin pentru aceste constatări, deoarece DBP brahial a crescut în BL, dar nu și în CA după exercițiu. Acest lucru este, de asemenea, în concordanță cu ideea că un răspuns BP indus de stres mai mare în BL în comparație cu CA, deoarece BL s-a demonstrat că prezintă hiperreactivitate cardiovasculară la stres cu un răspuns exagerat al tensiunii arteriale la simpatia excitației comportamentale și fiziologice [4].

TA post-efort este modulată de modificări ale rezistenței vasculare periferice și ale CO [5, 6]. Hemodinamica centrală nu a contribuit la răspunsurile diferențiale DBP, deoarece modificările CO după exercițiu nu au fost diferite între BL și CA. Astfel, modificările diferențiale ale rezistenței/conductanței vasculare periferice sau sistemice au cauzat probabil o creștere mai mare a DBP în BL.

Deși studiile anterioare au demonstrat contribuția semnificativă a membrelor inferioare în mediarea modificărilor TA post-efort [7, 23, 24], vasodilatația femurală nu pare să contribuie la diferențele rasiale în modificările TA după exercițiu în studiul nostru. Am observat creșteri ale conductanței vasculare sistemice după efort, dar nu a existat o creștere semnificativă a conductanței vasculare femurale nici în BL sau CA, chiar dacă ambele grupuri au avut diametrul arterial femural crescut. Spre deosebire de ipoteza noastră, conductanța vasculară femurală și sistemică nu au fost, de asemenea, diferite între BL și CA după exercițiu și atât BL cât și CA au crescut conductanța vasculară sistemică. Deoarece conductanța vasculară nu a fost diferită statistic între CA și BL în studiul nostru, nu poate explica DBP mai mare la subiecții BL. Headley și colegii [29] au sugerat că creșterea rezistenței vasculare sistemice în BL și scăderea rezistenței vasculare sistemice la femeile CA după exerciții fizice s-au datorat probabil unor niveluri mai ridicate de renine și substanțe vasoactive din aval la femeile de vârstă mijlocie hipertensive BL. Discrepanța dintre studiul lor și al nostru se datorează probabil populației diferite de subiecte. Subiecții noștri erau tineri și normotensivi. De asemenea, nu am măsurat nivelurile de renina sau endotelina-1 în studiul nostru, dar s-a dovedit că nivelurile de endotelină-1 sunt mai mari în BL hipertensivi comparativ cu normotensivii din aceeași rasă [30]. Prin urmare, cercetările viitoare în BL și CA hipertensivi sunt justificate.

Deși s-a sugerat că circulația splanhnică, renală sau cutanată are o contribuție limitată la reglarea TA post-exercițiu în CA, contribuția lor potențială la PEH în BL este necunoscută. Cercetările anterioare nu au arătat diferențe între pacienții hipertensivi BL și CA în ceea ce privește caracteristicile hemodinamice ale circulației splanhnice sau renale [31, 32]. Cu toate acestea, pacienții cu BL au arătat o corelație pozitivă semnificativă între nivelurile presiunii arteriale medii și rezistența vasculară renală, în timp ce nu a fost găsită o astfel de corelație în CA [31]. În plus, la orice nivel de presiune arterială medie sau rezistență periferică totală, fluxul sanguin renal a fost semnificativ mai mic, iar rezistența vasculară renală a fost semnificativ mai mare la pacienții cu BL [31]. În studiul nostru, atât BL, cât și CA au avut funcție renală normală, deoarece eGFR în ambele grupuri au fost cu mult peste valorile normale. Prin urmare, este mai puțin probabil ca fluxul sanguin renal redus în BL să contribuie la creșterea DBP după exercițiu.

Diferența rasială în DBP nu a fost probabil din cauza diferențelor în starea de hidratare sau stimulul exercițiului, deoarece aportul de apă și HR în timpul exercițiului nu au fost diferite între CA și BL. Indiferent de cauză, creșterea mai mare a DBP în BL este o constatare intrigantă și merită urmărită în studiile viitoare. Creșteri ale DBP de

10 mmHg sau mai mult imediat după efort (până la 5 minute) au fost considerate un răspuns anormal al TA, deoarece reprezintă o formă instabilă de hipertensiune arterială și poate fi asociată cu boala coronariană (Akhras și colab., 1985). Semnificația clinică a identificării pacienților cu risc ridicat prin creșterea DBP după exercițiul în BL trebuie interpretată cu prudență, deoarece amploarea creșterii în studiul lui Akhras și colab. a fost mai mare în comparație cu studiul nostru (10)

15mmHg vs. 5mmHg) [33]. Prin urmare, utilizarea unui test de efort ca mijloc de predicție precoce a hipertensiunii arteriale în BL necesită încă dezvoltare metodologică și confirmare.

În concordanță cu rapoartele anterioare, se pare că scăderea SBP sa datorat probabil creșterilor VC sistemice, în ciuda unei creșteri mici a CO [8, 12]. Cu toate acestea, scăderea TAS, deși relativ mică (

2 mmHg) a fost semnificativă la 60 de minute după exercițiu. Este puțin probabil ca acesta să fie rezultatul unui stimul insuficient de exercițiu, deoarece intensitatea și durata exercițiului s-au dovedit că provoacă în mod constant PEH în studiile anterioare [6, 12, 34]. PEH mai puțin pronunțat din studiul nostru se poate datora naturii populației noastre tinere și sănătoase. Acest lucru este în acord cu literatura care sugerează că amploarea PEH este mai mare la subiecții cu un nivel inițial de TA mai ridicat [35, 36] și mai multe studii au sugerat chiar că PEH a fost observată numai la bărbați tineri cu hipertensiune arterială, dar nu și la cei normotensivi de vârstă egală. bărbați [37, 38].

În mod surprinzător, nu am reușit să observăm scăderi ale MAP în CA până la 90 de minute după exercițiu, ceea ce este în contrast cu studiile anterioare [24, 28, 39]. În general, scăderea MAP cu 4-5 mmHg a fost observată după 60 de minute de exercițiu de ciclism de intensitate moderată la indivizi tineri normotensivi până la 90 de minute în timpul recuperării [24, 28, 39], în timp ce au existat, de asemenea, dovezi ale scăderii cu 1,2 mmHg a TA în indivizi tineri și sănătoși după 120 de minute de alergare de intensitate moderată [40]. Discrepanțele în constatările dintre studiile anterioare și ale noastre se pot datora „efectului placebo”, un fenomen observat adesea în studiile farmacologice ale hipertensiunii [41]. Subiecților din prezentul studiu li s-au administrat capsule identice fie cu placebo, fie cu blocare a receptorilor de histamină în două zile separate de studiu. Ingestia de noi capsule (chiar și placebo) poate provoca răspunsuri simpaticoexcitatoare și TA crescută. Subiecții din studiul nostru pot prezenta, de asemenea, o reactivitate cardiovasculară mai mare în urma expunerii la diferite măsurători de testare în laborator. Deși poate părea a fi o limitare a studiului nostru, trebuie remarcat faptul că reactivitatea cardiovasculară experimentată în laborator este corelată cu reactivitatea cardiovasculară în câmp [42]. În cele din urmă, un punct forte al studiului nostru a fost o dimensiune mai mare a eșantionului (n = 50) în comparație cu majoritatea celorlalte studii [24, 28, 39].

Influența antagoniștilor H1R și H2R

Deși studiile anterioare au demonstrat contribuția semnificativă a receptorilor de histamină în mediarea modificărilor TA post-exercițiu [7, 23, 24], în studiul nostru blocarea H1R și H2R nu a afectat TAS sau MAP brahială post-exercițiu. Au existat creșteri mai mari ale DBP brahială în urma exercițiului în timpul stării de blocare H1R și H2R în comparație cu starea de control, posibil determinate de creșteri diminuate ale SVC, în ciuda unei creșteri reduse a CO în starea de blocare. DBP brahial a fost, de asemenea, mai mare în BL în comparație cu CA în starea de blocare H1R și H2R după exercițiu.

Acțiunile vasodilatatoare ale histaminei pot fi cel puțin parțial dependente de oxidul nitric (NO) [43]. NO este eliberat tonic din celulele endoteliale (CE) și este esențial pentru menținerea tonusului vasodilatator și a homeostaziei, care sunt afectate negativ de factorii de risc cardiovascular [44]. Folosind tehnici invazive, BL s-a dovedit că a redus bioactivitatea NO în microcirculația antebrațului, cuplată cu un răspuns redus al vasodilatatorului muscular neted la donatorii de NO [45]. Fluxul sanguin al antebrațului este, de asemenea, atenuat semnificativ la tinerii BL în comparație cu bărbații CA în urma diferitelor perfuzii farmacologice, inclusiv izoproterenol, metacolină, acetilcolină și nitroprusiat de sodiu [46-49]. Dovezi suplimentare din modelele de cultură celulară in vitro efectuate în celule endoteliale ale venei ombilicale umane, de la donatori BL și CA, susțin, de asemenea, răspunsuri diferențiate între rasă [50]. BL pare să aibă un fenotip EC caracterizat prin stres oxidativ crescut și capacitate antioxidantă redusă [51]. Având în vedere diferențele notabile în disfuncția vasculară dependentă de endotelial și independentă de endoteliu în BL în comparație cu CA, este posibil ca NO să joace un rol crucial în medierea efectelor diferențiale ale antagoniștilor H1R și H2R între BL și CA.

Interesant, diferențele inițiale între BL și CA în ceea ce privește volumul vascular și conductanța vasculară sistemică au fost evidente după administrarea blocării H1R și H2R, dar nu în timpul stării placebo. Antagoniştii receptorilor de histamină nu par să provoace efecte cardiovasculare nespecifice în absenţa stimulului de efort în CA. Perfuzia intravenoasă de antagonist H1R (hidroxizină) sau H2R (cimetidină) sau o combinație a ambilor antagonişti nu a modificat HR sau TA la subiecții CA [52]. Ingestia orală a unui antagonist H1R (540 mg fexofenadină) sau antagonist H2R (300 mg ranitidină) nu a modificat nici CO, HR, BP, fluxul sanguin la nivelul picioarelor sau fluxul sanguin al pielii în condiții normale de repaus [23, 24]. Mecanismul responsabil pentru volumul vascular cerebral mai mic și conductanța vasculară sistemică în repaus în BL după blocarea H1R și H2R în studiul nostru actual nu este clar. Este posibil ca BL să răspundă mai mult la blocarea H1R și H2R în comparație cu CA. S-a demonstrat că infuzia de histamină crește contractilitatea cardiacă, deoarece scurtarea fracțională cardiacă procentuală a crescut de la 38,2 ± 4,1 la 53,5 ± 3,6% și viteza medie de scurtare a fibrelor a crescut de la 1,31 ± 0,19 la 1,99 ± 0,22 cm/s. Aceste modificări au fost atât mult reduse de blocarea H2R împreună cu blocarea H1R [53]. BL poate avea contractilitatea cardiacă scăzută ca răspuns la blocajele H1R și H2R chiar și în repaus, fără perfuzie de histamină suplimentară, iar hiper-reactivitatea la blocarea H1R și H2R a rămas în timpul recuperării post-efort. Acest lucru poate explica volumul vascular cerebral mai mic observat în BL în comparație cu CA în timpul recuperării de la efort în timpul studiului H1R și H2R blocat în studiul nostru.

Limitări

Recunoaștem potențialele limitări ale studiului de față. Nu am reușit să identificăm țările de origine la participanții noștri de culoare neagră și caucazienă și ar putea exista diversitate în cadrul populațiilor de descendență potențial asociate cu influențe genetice dispersate. În ciuda acestei limitări, studiul nostru a arătat diferențe rasiale în răspunsurile cardiovasculare în urma exercițiilor acute și blocării histaminei.

În concluzie, o perioadă acută de exercițiu aerobic provoacă o creștere a DBP în perioada post-exercițiu la tinerii afro-americani, dar nu și la persoanele de origine europeană. Mai mult, DBP este, de asemenea, crescută în BL după exerciții fizice cu blocarea receptorilor de histamină. Cu toate acestea, blocarea H1R și H2R a provocat răspunsuri diferențiate în funcția cardiacă între BL și CA după exercițiu, sugerând un rol potențial al receptorilor de histamină în medierea BP post-exercitare în BL. Răspunsurile crescute ale TA și vasculare la stimulul efortului sunt în concordanță cu riscul mai mare de BCV în BL.


Priveste filmarea: Oxigenoterapia (Ianuarie 2022).