原創(chuàng) GabrielleStewart 阿爾茨海默病

充足的血流為大腦提供氧氣和營養(yǎng)，但氧合作用傾向于以一種獨特的、一致的方式波動。然而，人們對這種多樣化活動的根源知之甚少。賓夕法尼亞州立大學(xué)官網(wǎng)7月15日消息

現(xiàn)在，賓夕法尼亞州立大學(xué)（Pennsylvania State University，PSU）的研究人員已經(jīng)確定了波動的一個原因：紅細(xì)胞通過稱為毛細(xì)血管的微小血管的流速具有內(nèi)在的隨機性。據(jù)研究人員稱，這種隨機性可能對理解神經(jīng)退行性疾病（如阿爾茨海默?。┑纳飳W(xué)形成機制具有潛在意義。研究人員在《公共科學(xué)圖書館：生物學(xué)》 (PLOS Biology)上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

研究于2021年7月15日發(fā)表在《PLOS Biology》（最新影響因子：7.076）雜志上

“這些氧合波動（oxygenation fluctuations）也發(fā)生在肌肉等其他組織中，”工程科學(xué)與力學(xué)、神經(jīng)外科和生物醫(yī)學(xué)工程哈克杰出副教授Patrick Drew說，“我們的問題是：這些波動是由神經(jīng)活動還是其他原因引起的？”

波動類似于 1/f 噪聲，這是一種統(tǒng)計模式，顯示由許多小波動組成的大波動，就像從股票市場價格到波動高度的各種現(xiàn)象中自然發(fā)生。據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所副所長Drew說，研究人員調(diào)查了由于小鼠大腦與人類大腦相似而導(dǎo)致的波動。

首先，研究人員監(jiān)測了清醒小鼠大腦活動產(chǎn)生的血流、氧合和電信號——根據(jù)Drew的說法，這是第一次同時跟蹤后兩者。當(dāng)小鼠在球形跑步機上一次活動長達(dá) 40 分鐘時，他們收集了數(shù)據(jù)。

Patrick Drew

接下來，為了研究大腦活動與氧合波動之間的關(guān)系，研究人員使用藥理學(xué)化合物暫時和可逆地抑制小鼠大腦中的神經(jīng)信號。盡管沉默了，但波動仍在繼續(xù)，表明神經(jīng)活動與氧合之間幾乎沒有相關(guān)性。

然而，紅細(xì)胞的通過卻講述了一個不同的故事。使用雙光子激光掃描顯微鏡，一種用于可視化活組織內(nèi)部細(xì)胞的成像技術(shù)，研究人員可以可視化單個紅細(xì)胞通過毛細(xì)血管的通道。

“這就像交通，”Drew說，“有時有很多汽車經(jīng)過，交通堵塞，有時沒有。紅細(xì)胞在接近交匯處時會以任何方式移動，因此這種隨機流動會導(dǎo)致血管內(nèi)的交通出現(xiàn)瓶頸和停滯?！?/p>

將實驗數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)計模型使研究人員能夠運行進一步的模擬，并根據(jù)模型產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行推斷。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些隨機的紅細(xì)胞中斷導(dǎo)致了氧合的波動，進一步支持了紅細(xì)胞通過毛細(xì)血管的流動與形成更大趨勢的氧合的微小變化之間的關(guān)系。

研究人員發(fā)現(xiàn)，紅細(xì)胞“流量”（頂部灰色條）似乎有助于氧合波動（白線），這與小鼠大腦（右上）的神經(jīng)活動變化（底部藍(lán)色峰值）無關(guān)

Drew表示，更好地了解血液流動的調(diào)節(jié)和隨后的氧氣運輸可以幫助研究人員改進醫(yī)療技術(shù)并探索阿爾茨海默病等疾病的原因。雖然研究人員確定了紅細(xì)胞運輸和氧合之間的聯(lián)系，但還需要進一步研究來調(diào)查可能在神經(jīng)退行性疾病中起作用的氧合波動的其他因素。

分子細(xì)胞和綜合生物科學(xué)學(xué)院間研究生項目的研究生 Kyle Gheres 也對本文做出了貢獻(xiàn)。工程科學(xué)與力學(xué)助理研究教授Qingguang Zhang為該論文的第一作者。這項工作得到了美國國立衛(wèi)生研究院的支持。

創(chuàng)建于1855年的賓夕法尼亞州立大學(xué)

參考文獻(xiàn)

Source：Pennsylvania State University

Redblood cell 'traffic' contributes to changes in brain oxygenation

Reference：

QingguangZhang, Kyle W. Gheres, Patrick J. Drew. Origins of 1/f-like tissue oxygenationfluctuations in the murine cortex. PLOS Biology, 2021; 19 (7): e3001298 DOI:10.1371/journal.pbio.300129

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