Что делать при микроинсульте: Реабилитация и восстановления после микроинсульта

ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ ПРИ ИНСУЛЬТЕ | Наука и жизнь

‹

›

Первое, что нужно сделать, если у больного появились симптомы, позволяющие заподозрить острое нарушение мозгового кровообращения, — вызвать бригаду скорой медицинской помощи. Больного нельзя тревожить. Поэтому попросите удалиться тех родственников и близких людей, кто реально помочь не может.

Уложите больного так, чтобы голова и верхняя часть туловища были приподняты, расстегните воротник для облегчения дыхания. Необходимо обеспечить доступ свежего воздуха, открыть форточку. Если у больного возникла рвота, поверните его голову набок и очистите полость рта платком или марлей.

Одним из проявлений острого инсульта может быть эпилептический припадок. Человек теряет сознание, и через несколько секунд у него начинаются судороги, которые продолжаются несколько минут. Иногда судорожные припадки повторяются, следуя один за другим. Что делать в этом случае? Поверните больного на бок, подложите ему под голову подушку (если это случилось дома), свернутую в валик одежду или сумку (если это произошло вне дома). Придерживая голову руками, постоянно вытирайте платком выделяющуюся изо рта пену, чтобы она не попала в дыхательные пути. Для того чтобы больной не прикусил язык, между зубами вставьте расческу или палочку, обернутые платком. Ни в коем случае нельзя с силой удерживать руки и ноги, пытаться разжать сведенные судорогой пальцы, а тем более наваливаться на больного всем телом. Это может привести к усилению припадка, случайным вывихам и переломам. Руки и ноги больного следует лишь слегка придерживать, чтобы он не травмировал себя и окружающих. Категорически запрещается пользоваться нашатырным спиртом! Он может вызвать остановку дыхания, а пролитый в спешке, по неосторожности — тяжелые ожоги.

Нельзя переносить больного во время приступа. Если у него не прощупывается пульс, остановилось сердце и прекратилось дыхание, немедленно начните непрямой массаж сердца и искусственное дыхание «рот в рот» или «рот в нос». Все остальное — задача скорой медицинской помощи.

Если больной по каким-то причинам остался дома, главное — обеспечить правильный уход. Постель должна быть ровной, без складок. Для профилактики образования контрактур (тугоподвижности) парализованные конечности укладывают определенным образом. Руку кладут на подушку, выпрямляют и отводят в сторону так, чтобы она и плечевой сустав находились на одном уровне в горизонтальной плоскости. Кисть поворачивают ладонью вверх, пальцы выпрямляют и разводят. Чтобы удержать руку в таком положении, применяют мешочки с песком и лонгетки. Под коленный сустав парализованной ноги подкладывают валик из ваты. Стопу удерживают под углом 90 градусов при помощи резиновой тяги или упора в деревянный ящик. Если больной лежит на здоровом боку, то руку располагают вдоль туловища или сгибают под углом 90 градусов на подушке. Ногу сгибают в тазобедренном и коленном суставах, под нее подкладывают подушку. Положение больного на боку и на спине меняют каждые 2 часа.

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ИНСУЛЬТА:

• повышенное артериальное давление
• заболевания сердца
• сахарный диабет
• нарушения реологических свойств крови
• курение
• злоупотребление алкоголем
• малоподвижный образ жизни, избыточный вес
• стрессы
• отягощенная наследственность (инсульт, инфаркт миокарда, артериальная гипертония у ближайших родственников)

См. в номере на ту же тему ст. ИНСУЛЬТ — ПРОБЛЕМА СОЦИАЛЬНАЯ И МЕДИЦИНСКАЯ

Инсульт у кошек — симптомы, первая помощь, лечение и реабилитация

Симптомы инсульта у кошек

Обычно инсульт развивается молниеносно, и, если кошка находится у вас перед глазами, пропустить первые признаки будет невозможно. Особенно если все они проявятся одновременно. Однако в некоторых случаях симптомы инсульта могут нарастать в течение нескольких часов или даже дней и проявляться незначительно.

Признаки инсульта у кошки могут быть следующими:

– Внезапная вялость. Некогда активная и игривая кошка может стать медлительной и отстраненной: не реагировать на игрушку, не интересоваться кормом, избегать контакта с хозяином, вздрагивать и прятаться в темных углах комнаты. При стремительном развитии инсульта животное может резко застыть на месте и даже потерять сознание.

– Неестественный наклон головы. В первые минуты после инсульта кошка может запрокинуть голову на бок или качать ей из стороны в сторону. Иногда эти симптомы сохраняются за животным на протяжении нескольких недель после удара.

– Отказ конечностей. При инсульте кошка начинает прихрамывать или подволакивать передние или задние лапы за собой. Обычно потеря двигательной функции распространяется только на одну пару конечностей, в то время как вторая остается подвижной.

– Нетипичное выражение морды. Одна сторона морды кажется обвисшей, зрачки глаз приобретают разный размер, рот может быть чуть приоткрыт, язык высунут наружу.

– Слюнотечение. Кошка не контролирует выделение слюны. Обычно слюна стекает со стороны, где произошло повреждение.

– Потеря слуха. Животное перестает слышать на одно или оба уха: теряет ориентацию в пространстве, становится беспокойным, прячется в углу комнаты.

– Потеря зрения. Животное слепнет на один или оба глаза: постоянно натыкается на предметы, становится неуклюжим или падает, когда спускается с возвышенностей.

Заметить ухудшение зрения у кошек бывает непросто. Животные активно пользуются другими органами чувств и, привыкнув к слепоте, могут перемещаться по знакомому им помещению довольно уверенно.

– Непроизвольное мочеиспускание или дефекация. Если нарушения затронули брюшные мышцы, кошка может начать ходить под себя или добегать до лотка, но ходить мимо.

– Потеря координации движений. Кошка двигается неуверенной походкой, раскачивается из стороны в сторону, припадает на одну лапу, постоянно меняет направление движение, как будто не понимает, где находится.

– Потеря аппетита. Если нарушения затронули лицевые мышцы, кошка начинает испытывать проблемы с пережевыванием пищи и ее проглатыванием. В результате аппетит снижается: кошка перестает есть и пить.

– Судороги. При инсульте тело сжимается в мышечных сокращения, которые нарастают по силе и периодичности с течением времени.

– Изменение поведения. Животное может проявлять немотивированную агрессию и страх, не узнавать хозяев и дом, в котором живет.

Обратите внимание. Обычно симптомы инсульта проявляются одновременно в момент удара. Если же признак только один, вероятно, проблема не в инсульте, а другом заболевании. Например, в инфекции, вирусе, сбое в работе нервной системы или онкологических процессах головного мозга.

Первая помощь при инсульте у кошки

При первых симптомах инсульта незамедлительно сделайте следующее:

Первая помощь при инсульте / Липецкая городская стоматологическая поликлиника №1

Под таким медицинским понятием, как инсульт, скрывается нарушение функций головного мозга, имеющее скоротечный характер. Причиной этого сбоя является нарушение кровоснабжения вследствие ишемии, закупорки сосудов или наличия тромбов или атеросклеротических бляшек. А результатом инсульта становится отмирание мозговых клеток. Пораженный участок не может нормально функционировать, поэтому одна из сторон тела человека может оказаться парализованной. Перед оказанием первой помощи при инсульте нужно по характерным признакам определить вид этого состояния.

Предынсультное состояние

Опасным является не только инсульт, но и состояние, которое ему предшествует. Отсутствие первой помощи даже в таком случае часто влечет за собой последствия, которые приводят к таким же проблемам со здоровьем. Признаками предынсультного состояния являются: сильная головная боль; тошнота; рвота; головокружение; резкое повышение или снижение кровяного давления; ощущения шума в ушах; ухудшение зрения; мелькание «мушек» в глазах; сильное сердцебиение и учащенное дыхание; появление «кривой» улыбки; сильный прилив крови к лицу; нарушение речи; онемение руки или ноги; окружающие предметы видятся красноватыми. Первая медицинская помощь при инсульте зависит от его вида. Это заболевание может быть: Ишемическим, отмечается в 75% случаев и называется еще инфарктом мозга. Причиной является нарушение прохождения по артериям крови из-за сужения стенок или закупорки. После этого инсульта наблюдаются параличи, трудно поддающиеся лечению и геморрагическим- представляет собой кровоизлияние в мозг, наблюдается при разрыве кровеносного сосуда. Причиной часто становится физическое или эмоциональное переутомление. Симптомы, указывающие на каждый из 2 видов инсульта, отличаются. Признаки ишемического нарастают постепенно и даже могут появиться за несколько дней. Человек при этом последовательно начинает ощущать: головокружение; слабость и недомогание в одной стороне тела; приступы головной боли; помутнение в глазах; нарушение речи; судороги; постепенное онемение конечностей; помутнение рассудка; тошноту и рвоту. Иначе проявляется себя геморрагический инсульт. Он проявляется внезапно вследствие разрыва стенок сосуда при высоком давлении на них. Часто больной начинает чувствовать головную боль в конце дня, которая сопровождается подташниванием. Затем все окружающие предметы начинают видеться красноватыми. Кроме этих самых первых симптомов инсульта у человека могут наблюдаться: потеря ориентации; искажение речи; редкий и напряженный пульс; усиленное слюноотделение; резкое повышение температуры и давления; появление пота на лбу; состояние легкой оглушенности; резкая потеря сознания; громкое дыхание с хрипами; рвота; паралич с одной стороны тела; непроизвольное движение здоровых конечностей; сильный пульс на шее; отклонение глаз­ в сторону поражения.

Первая доврачебная помощь

В тех областях мозга, где нет притока крови, нейроны погибают всего за 10 минут. Если кровоснабжение меньше 30%, то это время увеличивается до 1 часа. Если же процент находится в границах от 30 до 40%, то за 3-6 часов нейроны еще можно восстановить. По этой причине первая помощь при инсульте должна быть оказана не позднее 3 часов с момента наступления этого состояния. Иначе не избежать необратимых изменений в мозге. Врачи все же увеличивают так называемое терапевтическое окно для первой помощи до 4,5 часов. Это максимальный период, который человек может находиться без тромболитической терапии. В течение 6 часов еще есть те клетки среди погибших от ишемии, которые поддаются восстановлению при условии возвращения им нормального кровоснабжения. Даже при таком условии первая медицинская помощь при острой сердечной недостаточности и инсульте все равно требует оказания не позднее 3 часов. Отдельным и эффективным методом первой помощи в случае инсульта является кровопускание. Процедура представляет собой проколы на пальцах. Когда у больного отмечается искривление рта, можно то же самое сделать на мочках ушей, предварительно помассировав их до покраснения. Делать это вы можете после основных мероприятий первой помощи, особенно если пострадавший не приходит в сознание.

При ишемическом инсульте первым делом сразу вызовите неврологическую бригаду скорой помощи, сообщив им о подозрении на инсульт. Затем уже полностью сосредоточьтесь на пострадавшем, выполняя следующие действия: уложите больного так, чтобы голова и плечи были приподняты. Угол должен быть около 30 градусов. При помощи ваты, смоченной в винном уксусе или нашатырном спирте, приводите больного в сознание. Не давайте языку пациента западать – постоянно следите за дыханием. Каждые полчаса спрыскивайте лицо и шею человека холодной водой. С помощью мягкой щетки или полотенца растирайте конечности и тело пострадавшего. Обеспечьте ногам человека тепло, приложив грелку и укрыв одеялом.

Геморрагический инсульт. Первая помощь при инсульте геморрагического характера проводится практически по той же технике, что и при ишемическом, но имеет и свои нюансы. Важно оказать ее очень быстро, ведь этот вид заболевания отмечается стремительным развитием, вследствие чего велик риск последствий, опасных для жизни, и даже летального исхода. По этой причине мероприятия первой помощи от инсульта должны быть срочными. Выполняйте их в следующем порядке: Уложите больного на кровать, на пол или землю с приподнятым плечами и головой. Обеспечьте пострадавшему покой и полное обездвиживание. Снимите или расстегните всю сдавливающую одежду, чтобы дыханию ничего не препятствовало. Если есть протезы во рту – снимите их. Голову слегка наклоните набок. Очищайте рот от рвоты при помощи натуральной ткани, например, марли. Любой холодный продукт приложите к той стороне головы, в которой нет онемения. Держите в тепле ноги пострадавшего. Растирайте конечности при помощи смеси из 1 части спирта и 2 частей масла. Вызвать скорую помощь нужно при первых же признаках инсульта. По приезду медики проводят комплекс мероприятий, которые направлены на восстановление или поддержание дыхательной и сердечной деятельности.

Тяжесть микроинсультов зависит от местной топологии сосудов и исходной перфузии.

1 Резюме

Кортикальные микроинфаркты вызваны нарушениями кровотока и связаны с такими патологиями, как церебральная амилоидная ангиопатия и деменция. Несмотря на их значимость для прогрессирования заболевания, микроинфаркты часто остаются невыявленными, а наименьший масштаб нарушения еще не определен. Мы используем моделирование кровотока в реалистичных микрососудистых сетях коры головного мозга мыши, чтобы количественно оценить влияние окклюзии отдельных капилляров.Мы обнаружили, что на тяжесть микроинсульта сильно влияет топология сосудов и исходная скорость кровотока в закупоренном капилляре. Наибольшие изменения скорости потока наблюдаются в капиллярах с двумя входящими и двумя выходными потоками. Интересно, что эта конкретная топологическая конфигурация встречается только с частотой 8%, в то время как большинство капилляров, вероятно, предназначены для эффективного снабжения кислородом и питательными веществами. Взятые вместе, микроинсульты, вероятно, вызывают каскад локальных нарушений в окружающей ткани, которые могут накапливаться и локально ухудшать энергоснабжение.

2 Введение

Поскольку запасы энергии в мозге ограничены, постоянное снабжение кислородом и питательными веществами имеет решающее значение для предотвращения локального повреждения тканей. Соответственно, нарушение кровотока даже на уровне отдельных сосудов может привести к поражению корковой ткани, так называемым микроинфарктам [1-5]. В последние десятилетия стало очевидно, что микроинфаркты связаны с различными патологиями, например церебральная амилоидная ангиопатия (CAA), когнитивные нарушения, болезнь Альцгеймера (AD) и деменция [6-10].Например, посмертные невропатологические исследования показали, что 62% пациентов с сосудистой деменцией также страдали корковыми микроинфарктами [11]. Более того, предполагаемое общее количество микроинфарктов на человека может достигать нескольких тысяч [12, 13].

Микроинфаркты могут быть ишемическими (микроинсульт) или геморрагическими (микрокровоизлияние, микрокровоизлияние в мозг) [7-9, 14]. Размер образовавшегося поражения ткани сопоставим с микроинсультами и микрокровоизлияниями [7]. В зависимости от серьезности и степени нарушения кровотока диаметр задокументированных микроинфарктов колеблется от 50 мкм до нескольких миллиметров [2, 4, 5, 7, 9-11].Этот небольшой размер затрудняет обнаружение in vivo микроинфарктов. Более точно, было высказано предположение, что у людей только микроинфаркты> 1 мм могут быть обнаружены in vivo с помощью магнитно-резонансной томографии высокого разрешения (МРТ) или диффузионно-взвешенной МРТ [9]. В исследованиях ex vivo обнаружению микроинфартов препятствует a priori неизвестное местоположение микроинфаркта. Этот аспект вносит свой вклад в трудности количественной оценки бремени микроинфаркта всего мозга.

Для решения этих проблем были созданы различные модели на животных, которые позволяют более детально изучить этиологию микроинфарктов [7]. Путем окклюзии отдельных или множественных сосудов посредством фототромбоза [1-5, 15-19] или путем инъекции микроэмболов [20-25] можно вызвать микроинсульты и изучить их влияние на кровоток и окружающую нервную ткань. В центре внимания большинства существующих исследований находится окклюзия проникающих сосудов. Вероятно, это связано с тем, что из-за их одномерной топологии [26-28] проникающие сосуды были идентифицированы как «узкое место перфузии» [1].Следовательно, окклюзия одного проникающего сосуда вызывает значительное повреждение тканей [1-5, 16], а также функциональный дефицит и когнитивные нарушения [2, 5]. Кроме того, появление этих микроинфарктов сравнимо с микроинфарктами у людей [2], и было высказано предположение, что микроинфаркты человека часто сосредоточены вокруг проникающих артериол [29, 30]. Таким образом, окклюзия отдельных проникающих артериол оказалась подходящей моделью на животных для изучения воздействия и прогрессирования микроинфарктов.

Меньше внимания уделялось окклюзии ответвлений нисходящей артериолы (DA) и капилляров. В то время как окклюзия отростков DA вызывает максимальный объем инфаркта 0,8 нл (в 275 раз меньше, чем при окклюзии DA), при окклюзии капилляров> 2 ответвлений от DA не может быть обнаружено никакого повреждения ткани [2]. Однако влияние анестезии на эти результаты остается неизвестным. Это связано с тем, что анестезия может действовать как сосудорасширяющее средство и имеет тенденцию увеличивать поток эритроцитов (эритроцитов) и оксигенацию тканей [31, 32].Важно отметить, что также было показано, что окклюзия одиночного капилляра вызывает реверсирование потока и снижение скорости эритроцитов до 90% в сосудах ниже закупоренного капилляра [16].

Кроме того, окклюзия одного капилляра может вызвать образование и изменить морфологию бляшек бета-амилоида (Aβ) [17], которые связаны с AD и CAA. Интересно, что отложения Aβ часто наблюдаются в ядре более крупных микроинфарктов [33, 34] и связаны с нарушениями кровотока, что в конечном итоге может привести к микрокровоизлияниям [6].Более того, более высокая распространенность Aβ, как было показано, отрицательно влияет на клиренс тканей через периваскулярную систему [35-37] и, таким образом, может еще больше усугублять накопление отложений Aβ. Взятые вместе, даже если окклюзия отдельного капилляра не может напрямую привести к локальному повреждению ткани, она нарушает местный кровоток и очищение ткани и, таким образом, может быть важным фактором в развитии и прогрессировании более серьезных нарушений и патологий.

Дальнейшие исследования изучали эффект одновременной закупорки нескольких капилляров или нескольких микрососудов большего калибра [15, 25].Underly et al. [15] показали, что закупорка ~ 10 проксимальных капилляров посредством фототромбоза приводит к ухудшению гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Кроме того, в ответ на инъекцию ~ 1500 микросфер полистирола (10 или 15 мкм) через сонную артерию Lam et al. [25] временно наблюдали небольшие гипоксические области и локальную обрезку синапсов. Накопление закупоренных капилляров также может влиять на общую перфузию кортикальной сосудистой сети. В модели мышей с БА Cruz Hernandez et al.[38] показали, что при закупорке 2% капилляров корковый церебральный кровоток снижается на ~ 5%.

Эти аспекты подчеркивают критическую необходимость в углубленной количественной оценке изменений кровотока в ответ на окклюзию одного капилляра, чтобы лучше понять роль этих небольших нарушений кровотока в развитии вышеупомянутых патологических состояний. Более того, важно определить наименьший масштаб нарушения, вызывающего реакцию в тесно связанных сосудах и проксимальной части нервной ткани.Количественная оценка наименьшего масштаба нарушения является предпосылкой для правильной интерпретации нарушений и изменений, наблюдаемых в более крупном масштабе. Также важно отметить, что, глядя на минимально возможный масштаб окклюзии, можно получить ценную информацию об устойчивости перфузии и расширить наши знания о топологических характеристиках кортикальных капилляров.

Здесь мы используем моделирование кровотока в реалистичных микрососудистых сетях коры мышей [28, 39, 40], чтобы изучить влияние окклюзии отдельных капилляров на перфузию кортикальных микрососудов.Использование подхода in silico дает несколько преимуществ. Прежде всего, сложно отслеживать изменения кровотока in vivo с разрешением одного сосуда в нескольких сосудах или даже целых сосудистых сетях одновременно. Эта проблема становится еще более заметной, если основное внимание уделяется изменениям кровотока в капиллярном русле, которое сильно взаимосвязано [26, 28, 39, 41-43] и в котором поле потока сильно неоднородно и колеблется [39, 40 , 44-47]. Для данной установки численного моделирования известно поле течения в каждом судне в любой момент времени.Во-вторых, исследования in silico позволяют изолированно исследовать влияние одиночных окклюзий капилляров. Это контрастирует с анализом in vivo , где закупорка капилляров всегда будет сопровождаться ответом со стороны непосредственно соседних клеток (например, эндотелиальных клеток, настенных клеток, микроглии).

Изучая изменения кровотока в ответ на закупорку 96 различных капилляров, мы обнаружили, что тяжесть микроинсульта сильно зависит от местной топологии сосудов и базовой скорости кровотока в закупоренных капиллярах.Точнее, в худшем случае скорость потока падает на 80% в непосредственной близости от закупоренного капилляра. Кроме того, микроинсульт локально уменьшает количество доступных путей потока между DA и восходящими венулами (AV). Этот аспект также может играть важную роль в повышении регуляции кровотока во время нейронной активации, поскольку способность микрососудов адаптироваться к локальным изменениям потребности в энергии может быть нарушена в поле нарушенного потока. Наши результаты также показывают, что разные локальные сосудистые топологии не только важны для тяжести микроинсульта, но и что разные топологии могут фактически выполнять разные функциональные задачи.Мы постулируем, что существует топологическое различие между капиллярами, ответственными за распределение крови, и капиллярами, ответственными за доставку кислорода и питательных веществ в кортикальную ткань.

Таким образом, наша работа обеспечивает углубленную количественную оценку изменений кровотока в ответ на окклюзию отдельных капилляров и выявляет новые топологические характеристики кортикальной микрососудистой сети. Наши результаты дают ценную информацию о роли микроинфарктов, которая актуальна для будущих исследований in vivo , а также для прогрессирования различных патологий в целом.

3 Результаты

Следующие результаты основаны на усредненном по времени моделировании кровотока в реалистичных микрососудистых сетях (MVN). Реалистичные MVN и структура моделирования были представлены в предыдущих публикациях [28, 39, 48]. Краткое описание обоих приведено в разделе «Методы». В общей сложности мы выполнили 96 симуляций микроинсульта, чтобы исследовать влияние микроинсульта на местную перфузию и выявить ключевые факторы, влияющие на тяжесть микроинсульта. Чтобы вызвать микроинсульт, мы сужаем диаметр капилляра микроинсульта (MSC) до 0.01 мкм, что снижает скорость потока в MSC до <10 ⁻¹⁰ мкм ³ мс ⁻¹⁰ . Подробности относительно выбора МСК и расчета относительных изменений потока Δ q _ij приведены в Методиках и в дополнительной таблице 1.

3.1 Тяжесть микроинсульта определяется местной топологией сосудов

Бифуркации микрососудов бывают расходящимися или сходящимися. Таким образом, в зависимости от типов бифуркации в исходной и целевой вершине MSC, в MSC возможны четыре топологические конфигурации (рис. 1a-d).Чтобы исследовать влияние топологической конфигурации на серьезность микрохода, мы выполняем восемь симуляций микрохода для каждой конфигурации. На основе усредненного по времени поля потока до и после удара мы вычисляем пороговое относительное изменение потока Δ q _ij для каждого сосуда (методы).

Влияние местной сосудистой топологии на тяжесть микроинсульта. a) -d) Иллюстрация четырех возможных топологических конфигураций капилляра микроинсульта (MSC).Для каждой топологической конфигурации представлена ​​схема (вверху слева) и реалистичный пример (внизу справа). Изображены МСК (темный) и прилегающие к нему сосуды (серые, поколения -1 и 1). Стрелки показывают направление потока. e) -f) Среднее относительное изменение скорости потока для Δq _ij капилляров до и после MSC. Для каждой топологической конфигурации было вычислено поле течения для восьми микроударов. Среднее относительное изменение за поколение для каждого из восьми симуляций изображено сферами с цветовой кодировкой.Обратите внимание, что количество судов выше и ниже по течению на поколение варьируется в зависимости от MSC. Коробчатые диаграммы основаны на данных для каждого поколения.

На первом этапе мы анализируем относительные изменения потока Δ q _ij в сосудах до пяти поколений до и после MSC. На рис. 1e-g показано, что относительные изменения больше для МСК, питаемых двумя сосудами выше по потоку, и для МСК, питающих два сосуда ниже по потоку. Для наихудшего сценария , т.е.е. МСК со сходящейся бифуркацией вверх по течению и расходящейся бифуркацией вниз по течению ( 2-in-2-out , рис. 1a и e), среднее относительное изменение все еще составляет> 20% в поколении ± 3 от места окклюзии. В отличие от наилучшего сценария , т. Е. MSC с расходящейся бифуркацией вверх по течению и сходящейся бифуркацией вниз по течению (1-в-1-выход , рис. 1d и h), среднее относительное изменение ниже 10% при генерации ± 3. Различия между 2-in-2-out и 1-in-1-out еще более выражены для судов поколения ± 1.Здесь среднее относительное падение кровотока достигает 80% для 2-in-2-out , в то время как оно составляет только 15% и 40% для поколений -1 и 1 соответственно для 1-in-1-. из .

2 входа 1 выход и 1 вход 2 выхода являются промежуточными типами MSC (рис. 1 b-c и f-g). Например, на стороне входа 2-in-1-out происходят относительные изменения, сравнимые с 2-in-2-out , в то время как на стороне вниз по потоку тенденции соответствуют тенденциям, наблюдаемым для 1-in-1. -выход .Примечательно, что для данного примера изменения на стороне входа меньше, чем для 2-в-2-выхода , и больше на стороне выхода по сравнению с 1-в-1-вых .

Анализ изменений направления потока показывает, что окклюзия 2-in-2-out в основном приводит к изменению направления потока в одном из двух сосудов в поколении -1 и 1 (дополнительный рисунок 1a). Это правдоподобно, потому что с точки зрения динамики жидкости есть только два возможных исхода для окклюзии 2-в-2-вых .Во-первых, наблюдаемое изменение направления потока при генерации ± 1. Вторым было бы полное прекращение кровотока в поколении ± 1, что привело бы к значительно большему объему инфаркта и, таким образом, увеличило бы тяжесть микроинсульта. Прекращение потока в генерации ± 1 наблюдалось только один раз после 2-в-2-вых и дважды перед 2-в-1-вых . Во всех трех сценариях очень специфическая топология была идентифицирована в поколении 1 ( 2-in-2-out ) / — 1 ( 2-in-1-out ), где два резервуара поколения ± 1 подключены к Судно того же поколения ± 2 (дополнительный рисунок 1b).Мы пришли к выводу, что прекращение потока в сосудах, прилегающих к MSC, встречается редко и что менее серьезное реверсирование потока встречается чаще. Интересно отметить, что закупорка капилляра 1-in-1-out не вызывает никаких изменений направления потока.

Для прогнозирования поступления кислорода и питательных веществ в ткани вокруг МСК важно учитывать изменения в капиллярах, которые находятся в непосредственной близости от МСК, но не непосредственно перед или после МСК. Поэтому мы определяем аналитическую рамку вокруг MSC и вычисляем его общий приток до и после инсульта (рис. 2a-d, методы).Начальный объем аналитического бокса установлен на 200000 мкм ³ и выбран таким образом, чтобы каждый MSC вписывался в начальный объем бокса и чтобы бокс имел не менее пяти входов. Объем ящика постепенно увеличивается, а относительная разница притока пересчитывается. Этот анализ позволяет нам прокомментировать снижение перфузии объема ткани вокруг капилляра МСК. Кроме того, он обеспечивает оценку объема ткани, на которую влияет снижение перфузии в ответ на микроинсульт.

Уменьшение потока в аналитическом боксе вокруг капилляра микроинсульта (MSC). a) -d) Относительная разница притока для увеличивающегося объема бокса вокруг MSC для четырех типов MSC. а) 2 входа 2 выхода , б) 2 входа 1 выход , в) 1 вход 2 выхода и г) 1 вход 1 выход . Начальный объем коробки, т.е. объемный коэффициент = 1, составляет 200 000 мкм ³ . Относительная разница притока рассчитывается путем сложения притоков через границы прямоугольника для базовой линии и моделирования хода (методы).д) Верхняя панель: Схема для ознакомления с концепцией сосудов, параллельных MSC (методы). Нижняя панель: реалистичный пример кромок в коробке объемом 1 000 000 мкм ³ , т.е. объемный коэффициент = 5. США: вверх по потоку. DS: нисходящий поток. f) -h) Относительная общая разница потоков для увеличивающегося объема бокса вокруг 2-in-2-out MSC для сосудов вверх и вниз по потоку (f), параллельных сосудов (g) и удаленных сосудов (h). Относительная общая разница расхода рассчитывается путем сложения взвешенного по длине расхода для базовой линии и моделирования хода (методы).Восемь микро штрихов на топологическую конфигурацию изображены сферами с цветовой кодировкой. Коробчатые диаграммы основаны на данных для каждого поколения.

В соответствии с относительными изменениями потока в емкостях выше и ниже по потоку (Рис. 1e-h) мы наблюдаем наибольшее сокращение притока для 2-in-2-out (Рисунок 2a). Для начального объема бокса, то есть объемного коэффициента 1,0, медианное сокращение притока достигает -19%. При объемном коэффициенте 1,5 среднее снижение притока уже падает до -5.5%. Однако только после достижения объема 600 000 мкм ³ (объемный коэффициент: 3,0) среднее сокращение притока приближается к 0%. Для MSC-типа 2-in-1-out среднее сокращение притока для объемного фактора 1,0 составляет -12% (рисунок 2b). Ткань вокруг MSC-типов 1-в-2-из и 1-в-1-из не претерпевает значительных изменений в общем притоке. Здесь для всех объемных факторов разница медианного притока меньше 5%.

Важно отметить, что на результирующее сокращение притока в бокс анализа также влияет топологическая связность вокруг MSC и перераспределение потока в ответ на микромеханический удар.Эти аспекты становятся очевидными, если мы сравним относительные изменения потока в судах с различным топологическим положением относительно MSC. Мы различаем три топологических положения: 1) суда, которые находятся непосредственно вверх и вниз по течению от MSC, 2) суда, идущие параллельно MSC, и 3) суда, которые не принадлежат к первым двум категориям, то есть удаленные суда (Рисунок 2e, Дополнительные Рисунок 2e, Методы).

Дополнительный рисунок 2a показывает, что при объемном коэффициенте до 2,5 более 50% сосудов в боксе для анализа находятся непосредственно перед или после MSC.В этих сосудах наблюдается значительное сокращение потока (рис. 2е). Напротив, в сосудах, которые идут параллельно MSC, мы наблюдаем увеличение потока (рис. 2g). Это ясно указывает на то, что во время микроинсульта поток перераспределяется по путям, параллельным МСК. Однако только приблизительно 20% капилляров параллельны в боксе для анализа (дополнительный рисунок 2b), и, следовательно, мы все еще наблюдаем общее снижение потока в боксе для анализа. В третьей категории судов, удаленных сосудах, средняя относительная разность потоков составляет менее 2% для всех объемных факторов (рис. 2h).Этот результат подтверждает, что воздействие микроинсульта наиболее выражено в сосудах, которые напрямую связаны с МСК.

Недостаток заключается в том, что для объема ткани 600 000 мкм ³ (т.е. объемный коэффициент = 3) по крайней мере 40% сосудов находятся на расстоянии и параллельны в боксе для анализа (дополнительный рисунок 2d). Эта топологическая конфигурация может быть полезной для устойчивости перфузии объема ткани вокруг MSC. Потому что, даже если общий приток уменьшается в объеме ткани вокруг МСК, всегда есть часть сосудов в боксе для анализа, на которые не оказывает значительного влияния микроинсульт (дальние сосуды), и сосуды, которые испытывают увеличение потока в ответ на микроинсульт (параллельные сосуды).Таким образом, можно избежать еще большего падения общей перфузии и обеспечить минимальную остаточную перфузию.

3.2 Базовая скорость потока МСК увеличивает площадь воздействия микроинсульта.

Наши результаты показывают, что локальная сосудистая топология играет решающую роль в тяжести микроинсульта. Чтобы определить дополнительные структурные и функциональные характеристики, относящиеся к уровню изменения потока в ответ на микроинсульт, мы повторяем наш анализ для восьми дополнительных подмножеств сосудов.Мы смотрим на влияние базовой скорости потока в MSC (случай 5), глубины коры (случаи 8-12) и расстояния до проникающих сосудов (случай 6-7). Обзор критериев выбора для каждого подмножества сосудов представлен в дополнительной таблице 1. Для каждого случая было выполнено восемь симуляций микроходов. В этом исследовании мы фокусируемся на MSC 2-in-2-out , потому что здесь мы ожидаем самых больших изменений.

Из всех дополнительно протестированных случаев только базовая скорость потока в MSC влияет на тяжесть микроинсульта.Хотя относительные изменения до поколения ± 3 не отличаются существенно для низкого и высокого базового расхода потока, относительное изменение в поколении ± 5 все еще составляет ~ 10% для MSC с высоким базовым расходом (дополнительный рисунок 3a-b). ). Этот результат подтверждается анализом изменения общего притока в аналитическую коробку вокруг MSC (дополнительный рисунок 3c-d). При среднем снижении притока -37% для начального объема бокса уменьшение притока почти вдвое больше для капилляров с высоким исходным потоком.Более того, среднее снижение притока все еще составляет -14% для объема бокса 600 000 мкм ³ , то есть объемный коэффициент 3.

Только очень небольшие различия могут наблюдаться для окклюзии МСК на разной глубине кортикального слоя. (Дополнительный рисунок 4a-d). Эти различия, вероятно, можно объяснить общим уменьшением скорости потока по глубине и более однородным полем потока для более глубоких корковых слоев [39, 46, 49, 50]. Более того, наши результаты предполагают, что положение МСК на пути между DA и AV не играет значительной роли в тяжести микроинсульта (дополнительный рисунок 5).

3.3 MSC-тип

Существенное влияние различных топологических конфигураций на тяжесть микроинсульта вызывает вопросы о частоте наличие и распределение различных типов MSC в реалистичном MVN. Обратите внимание, что следующие исследования основаны на двух реалистичных MVN, которые вместе охватывают объем ткани ∼3,6 мм ³ и содержат 31 400 сосудов.

Интересно, что сценарий наихудшего случая , то есть MSC-тип 2-in-2-out , встречается только с частотой 8%, в то время как сценарий наилучшего случая , то есть MSC-тип 1- in-1-out , составляет 43% всех возможных MSC (рис. 3b). Более того, средний поставляемый объем ткани 1-на-1-на выходе на 79% больше, чем предоставленный объем ткани 2-на-2-на выходе (рис. 3c, Методы). Следовательно, всего 53% ткани снабжается капиллярами 1-в-1-вых и только 6% снабжается капиллярами 2-в-2-вых .Это также становится очевидным на рисунке 3f, где объем ткани реалистичного MVN1 имеет цветовую кодировку в зависимости от типа MSC, с помощью которого он поставляется. Различия в среднем объеме поставляемой ткани частично вызваны большей средней длиной сосуда — капилляров 1-in-1-out (дополнительный рисунок 6b).

Характеристики четырех топологических конфигураций капилляра микроинсульта (MSC). а) Схема четырех топологических конфигураций в MSC. MSC имеет цветовую кодировку в соответствии с рисунками b) -f).б) Частота появления четырех типов MSC. c) Медиана предоставленного объема ткани для четырех типов MSC (методы). г) Средний расход для четырех типов MSC. д) Среднее количество уникальных путей, ведущих через МСК от нисходящей артериолы (DA) к восходящей венуле (AV). е) сеточное представление ткани, в которую встроена реалистичная микрососудистая сеть (MVN). Точки ткани имеют цветовую кодировку в зависимости от ближайшего типа MSC. Сокращения четырех типов MSC: 2-2: 2-in-2-out , 2-1: 2-in-1-out , 1-2: 1-in-2-out , 1-1: 1-в-1-из .Статистика основана на всех капиллярах, которые соответствуют общим критериям отбора, описанным в Методиках. Пятый критерий отбора менее строг для текущего анализа, то есть капилляр должен находиться только на одном сегменте от DA / AV, а шестой критерий не применяется. В результате получается 4818 и 8544 капилляров для анализа на MVN1 и MVN2 соответственно. Сначала вычисляется медиана внутри каждого MVN, а затем — среднее значение по двум MVN.

Небольшое количество капилляров 2-in-2-out и небольшое снижение потока для частого MSC-типа 1-in-1-out предполагают, что кортикальные микрососуды по своей природе устойчивы к окклюзии одного капиллярный.Значительные различия в поставляемом объеме ткани еще раз подчеркивают этот аспект.

На рис. 3d показано, что средняя скорость потока в капилляре 2 входа 2 выхода в 2,3 раза больше, чем в капилляре 1 вход 1 выход . Поскольку более высокая базовая скорость потока увеличивает площадь воздействия микрохода, мы заключаем, что эти различия вносят дополнительный вклад в серьезность микроинсульта в конфигурации 2-in-2-out . Мы предполагаем, что разные локальные топологические конфигурации могут выполнять разные задачи в микрососудистом кровоснабжении.В то время как капилляры 2-in-2-out могут быть более подходящими для распределения крови в кортикальных микрососудах, капилляры 1-in-1-out , вероятно, предназначены для надежной доставки кислорода и питательных веществ в кортикальную ткань. Эта гипотеза подкрепляется количеством уникальных путей, идущих от DA к AV через различные типы MSC (рис. 3e, методы). В то время как для 1-in-1-out у нас есть только 8 уникальных путей, соединяющих DA и AV, для 2-in-2-out у нас есть 75 уникальных путей.Наблюдаемые тенденции согласуются между двумя MVN (дополнительный рисунок 7). Однако следует отметить, что общая средняя скорость потока больше в MVN2, а количество путей на сосуд значительно больше в MVN1. Последнее, вероятно, вызвано более высокой плотностью проникающих сосудов в MVN2, что уменьшает количество сильно взаимосвязанных путей потока через капиллярный слой.

Впоследствии мы спросили, варьировалась ли частота MSC-типов по глубине коры (дополнительная таблица 2) или по пути между DA и AV (дополнительная таблица 3).Последнее исследование было выполнено путем изменения ограничения на минимальное расстояние между MSC и DA и AV, соответственно. Для обоих исследований не удалось обнаружить существенных различий в частоте MSC-типа. Как упоминалось ранее, средняя скорость потока значительно снижается по глубине кортикального слоя (-66% и -80% для MVN1 и MVN2, соответственно). Это согласуется со всеми типами MSC (дополнительный рисунок 8f-j). Максимальная разница в среднем объеме поставляемой ткани между анализируемыми слоями (AL) составляет 36%.Однако не может быть выявлено последовательной тенденции изменения объема поставляемой ткани по глубине (дополнительный рисунок 8k-o). Важно отметить, что самый большой поставляемый объем ткани обнаружен для капилляров 1-в-1-из во всех AL, и относительный объем поставляемой ткани (дополнительный рисунок 8p-t) существенно не меняется с глубиной. Следовательно, наш вывод состоит в том, что капилляров 1-в-1-из могут быть ключевыми капиллярами для разряда питательных веществ и кислорода.

Для дальнейшего выяснения распределения четырех типов MSC вдоль капиллярного пути мы вычисляем минимальное и среднее расстояние для каждого капилляра до главной ветви DA и AV (дополнительный рисунок 6).Имейте в виду, что почти для всех капилляров существует несколько путей, ведущих к DA и AV. Здесь мы анализируем минимальное и среднее расстояние для набора всех доступных путей. Как минимальное, так и среднее расстояние показывают, что 1-в-2-вых имеет тенденцию быть типом MSC, ближайшим к DA, а 2-в-1-выход — ближайшим к AV. С топологической точки зрения это правдоподобно, потому что кровь распределяется в капиллярное русло ( 1-на-2-на выходе, ) рядом с DA и собирается на венульном конце капиллярного русла ( 2-на-выходе). 1-из ).Примечательно, что 76,5% всех путей между DA и AV содержат каждый тип MSC хотя бы один раз (MVN1: 92%, MVN2: 61%). Тип MSC, 2-in-2-out , — это тот, который наиболее часто отсутствует на пути между DA и AV.

3.4 Микроход локально уменьшает количество доступных путей потока

Для дальнейшего исследования перераспределения потока во время микрохода мы анализируем количество путей потока, ведущих от DA к AV. С этой целью мы следуем за потоком вниз по потоку от основной ветви DA, пока он не достигнет главной ветви AV (рис. 4b, Методы).Важно отметить, что из-за конечного размера MVN различные пути потока не начинаются в DA или не заканчиваются в AV. Эти пути потока не рассматриваются (Методы).

Изменения в путях прохождения потока в ответ на микроинсульт в MVN1. а) Схема четырех топологических конфигураций капилляра микроинсульта (MSC). MSC имеет цветовую кодировку в соответствии с рисунками c) и e). b) Схема для представления DA-AV-пар конечных точек и концепции потоковых путей через MSC. Проиллюстрированный пример имеет 15 потоковых путей, проходящих через MSC, и 6 пар DA-AV-оконечных точек .Показаны только пути через MSC. c) Относительное количество (отн. №) путей потока через МСК, которые соединяют нисходящую артериолу (DA) с восходящей венулой (AV). Относительное число вычисляется по отношению к базовому случаю (Методы). Гистограмма отображает медианное значение для каждой конфигурации MSC. Сферы показывают относительное количество путей потока для восьми микроударов для каждого типа MSC. d) Схема для представления трех категорий пар DA-AV-конечных точек (методы).Каждый из подзаголовков показывает все пути потока между одной парой DA-AV-оконечных точек . Пути потока, которые не проходят через MSC, отмечены пунктирной линией. e) Соотношение количества путей потока между DA-AV-парами конечных точек разных категорий (см. d) и для разных типов MSC. Каждый маркер представляет соотношение для уникальной пары DA-AV-оконечных точек . Отношение получается путем деления количества путей потока между парой DA-AV-конечных точек и до хода на количество путей после хода (методы).Необработанные данные для каждой категории всех восьми случаев микроинсульта для каждого типа MSC показаны точками разброса и суммированы на прямоугольной диаграмме справа от нее. Треугольники: DA-AV-пара конечных точек категории 1, то есть по крайней мере один путь через MSC до и после удара. Квадраты: DA-AV-endpoint-pair категории 2, то есть только перед штрихом DA-AV-endpoint-pair соединена путем через MSC. Круги: DA-AV-конечные точки категории 3, т.е.е. ни один из путей, соединяющих конечные точки DA и AV, не проходит через MSC. 0,08% данных не отображаются (коэффициент> 3). Сокращения четырех типов MSC: 2-2: 2-in-2-out , 2-1: 2-in-1-out , 1-2: 1-in-2-out , 1-1: 1-в-1-из .

Чтобы изучить роль отдельных капилляров в распределении потока, мы подсчитываем количество путей потока, проходящих через заранее определенный капилляр (рис. 4b). Как и ожидалось, общее количество путей потока, проходящих через MSC, значительно снижается во время хода для всех типов MSC, за исключением типа 1-in-1-out (рисунок 4c).Обратите внимание, что в большинстве случаев некоторые пути потока через MSC остаются. Однако, как упоминалось ранее, скорость потока в MSC падает ниже 10 ⁻¹⁰ мкм ³ мс ⁻¹⁰ после хода, и, следовательно, оставшиеся пути несут незначительный поток. Поскольку нет значительного падения общего количества уникальных путей потока через MVN, мы делаем вывод, что микроудар в основном влияет на тесно связанные сосуды MSC, но не на общее поле потока MVN (дополнительный рисунок 9b).

Затем мы проанализировали изменение количества уникальных путей потока, проходящих через: 1) капилляры перед и после MSC (до поколения 3), 2) параллельно MSC и 3) удаленные от MSC (рис. 2e. , Методы). Основываясь на результатах, представленных на рис. 2f-h, где мы обнаружили повышенный поток в параллельных сосудах, мы ожидали увидеть увеличение количества путей, проходящих через параллельные сосуды. Однако для трех различных категорий судов не наблюдалось никакой последовательной тенденции (дополнительный рисунок 9c).Это говорит о том, что увеличение потока не обязательно вызывает увеличение количества путей потока через соответствующий капилляр.

Чтобы еще больше расширить наше понимание перераспределения потока в ответ на микроинсульт, мы теперь исследуем количество возможных путей потока между заданной DA- и AV-конечной точкой до и после инсульта. На первом этапе мы сравниваем общее количество возможных комбинаций конечных точек DA-AV ( пар конечных точек DA-AV ). Хотя мы наблюдаем некоторые различия в количестве уникальных пар DA-AV-конечных точек (дополнительный рисунок 9d), общее изменение невелико (<1.1%) по отношению к общему количеству возможных пар конечных точек DA-AV (2,380 пар конечных точек DA-AV на исходном уровне).

Чтобы изучить пути потока между данной парой DA-AV-конечных точек s, мы вводим три категории для классификации DA-AV-пара конечных точек s (рис. 4d): 1) до и после удара имеется как минимум один путь, который ведет от DA- к конечной точке AV через MSC, 2) только перед штрихом есть по крайней мере один путь, который ведет от DA- к конечной точке AV через MSC и 3) ни один из путей между данная пара DA-AV-оконечных точек проходит через MSC.Только для MSC-типа 2-in-1-out мы наблюдаем уменьшение потоков между DA-AV-парами конечных точек категории 1 (рисунок 4e). Для типов MSC 2-в-2-вых и 1-в-2-вых , как увеличивается, так и уменьшается количество путей потока, и, следовательно, медиана отношения путей потока близка к 1. Однако важно отметить, что только небольшая часть пар DA-AV-оконечных точек принадлежит к категории 1 (дополнительный рисунок 9e).Чтобы быть более точным, только ~ 1/3 пар DA-AV-оконечных точек , которые соединены путем через MSC во время базовой линии, также имеют путь через MSC во время хода. Остальные 2/3 теряют свой путь через MSC и, следовательно, относятся к категории 2 DA-AV-endpoint-pair s.

Для пар DA-AV-оконечных точек категории 2 тенденции между типами MSC более согласованы. Здесь мы четко отмечаем уменьшение количества доступных путей потока между соответствующими парами DA-AV-оконечных точек .Уменьшение количества путей между DA-AV-парами конечных точек категории 2 показывает, что микроинсульт локально уменьшает количество доступных путей и что поток по своей природе не перераспределяется таким образом, чтобы сохранить количество путей потока. Никакой тенденции не наблюдалось для изменений в DA-AV-парах конечных точек категории 3 и для всех DA-AV-пар конечных точек MSC-типа 1-in-1-out .

Взятые вместе, наши результаты показывают, что микроинсульт локально вызывает уменьшение количества доступных путей потока между DA и AV.Однако, как показано в предыдущих разделах, скорость потока, вероятно, увеличивается на некоторых из оставшихся путей.

3.5 Минимальное расстояние между точкой капилляра на стороне артериолы и точкой капилляра на стороне венулы в среднем составляет 58 мкм

Хорошо известно, что парциальное давление кислорода в капиллярах сразу после DA выше, чем в капиллярах непосредственно перед AV [ 50, 51]. Более того, было высказано предположение, что ткань, снабжаемая капиллярами на стороне венул, может быть более восприимчивой к гипоксии в случае нарушений кровотока или во время нейронной активации [51-53].Следовательно, расположение капилляров со стороны артериол и венул относительно друг друга может быть важным топологическим признаком надежности снабжения кислородом и питательными веществами. Удобный способ избежать локальной гипоксии может быть получен с помощью топологической структуры, в которой капилляры со стороны артериолы и со стороны венулы расположены в непосредственной близости друг от друга.

Чтобы исследовать расположение капилляров на стороне артериолы и на стороне венулы относительно друг друга, мы вводим AV-фактор .AV-фактор для каждого капилляра вычисляется путем идентификации всех путей, ведущих от капилляра ко всем возможным конечным точкам DA и ко всем возможным конечным точкам AV. Затем AV-фактор вычисляется из среднего расстояния до всех DA / AV-конечных точек (методы). AV-фактор близок к 0, если капилляр близок к DA, и близок к 1, если капилляр находится рядом с AV. Мы определяем капилляры со стороны артериол как капилляры с AV-фактором <0.5 и венулосные капилляры с AV-фактором > = 0,5. Следующие исследования были выполнены в MVN1 и MVN2.

При первоначальном анализе мы вычисляем кратчайшее расстояние между точкой капилляра со стороны венулы и точкой капилляра со стороны артериолы. Интересно отметить, что среднее кратчайшее расстояние до капилляра со стороны артериол составляет 58 мкм. При этом кратчайшее расстояние между капилляром на стороне венулы и капилляром на стороне артериолы всего на ~ 8 мкм больше, чем среднее расстояние между двумя капиллярами [51, 54].Затем мы проанализировали средний AV-фактор вокруг капиллярной точки со стороны венулы. Для 44% всех капиллярных точек со стороны венулы средний AV-фактор в сфере с радиусом 50 мкм был меньше, чем AV-фактор в ее центральной точке. Это означает, что рядом с этими точками расположено несколько точек со стороны артериол, которые потенциально действуют как резервные для снабжения кислородом и питательными веществами. Относительная разница между AV-фактором центральной точки и средним значением всех точек на сфере 50 мкм составляла -4.1%.

В совокупности кратчайшее расстояние 58 мкм до артериального капилляра и среднее снижение среднего AV-фактора в сфере 50 мкм вокруг точки капилляра со стороны венулы предполагают, что капилляры со стороны артериол хорошо распределены по всей сети. Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования, чтобы оценить, помогают ли проксимальные капилляры со стороны артерий избежать участков гипоксической ткани в непосредственной близости от капилляров со стороны венул во время нарушений кровотока.Более того, следует иметь в виду, что в сосудистой сети коры грызунов количество АВ превышает количество ДА [26]. Это контрастирует с сосудистой сетью приматов, где DA примерно в два раза чаще, чем AV [26, 46, 55, 56]. Таким образом, текущий вывод необходимо проверить для разных видов.

4 Обсуждение

Выполняя моделирование кровотока в реалистичных MVN для большого количества одиночных окклюзий капилляров, мы показываем, что серьезность микроинсульта зависит от местной топологии сосудов и от базовой скорости потока в закупоренном капилляре.Наибольшее влияние наблюдается при закупорке капилляров с двумя входами и двумя выходами ( 2-в-2-вых, ). Здесь изменения расхода выше 50% все еще наблюдаются через два поколения от MSC. Напротив, изменения скорости потока остаются ниже 30% для всех капилляров в MSC с расходящейся бифуркацией вверх по потоку и сходящейся бифуркацией вниз по потоку ( 1-in-1-out ). Соответственно, окклюзия капилляра 2-in-2-out снижает перфузию почти на 20% в объеме ткани 200000 мкм ³ .Для окклюзии капилляра с примерно в четыре раза большей базовой скоростью потока, 20% падение перфузии все еще может наблюдаться для объема ткани 500 000 мкм ³ . Помимо местного снижения перфузии, окклюзия отдельного капилляра также вызывает уменьшение количества доступных путей потока в непосредственной близости от МСК.

Наше наблюдение о том, что на тяжесть микроинсульта влияет базовая скорость кровотока в закупоренных сосудах, согласуется с предыдущими наблюдениями in vivo и in silico для окклюзии проникающих сосудов [2, 4, 16, 28 ].Кроме того, Nishimura et al. [16] сообщают о снижении скорости эритроцитов в ответ на окклюзию одиночных капилляров на 93% и 55% в нижних сосудах поколения 1-2 и 3-4 соответственно. Хотя снижение скорости in vivo немного выше, в целом они хорошо сравниваются с нашими результатами для окклюзии 2-в-2-вых и 1-в-2-вых MSC. Однако Nishimura et al. [16] не наблюдают реверсирования потока и снижения скорости в предшествующих и параллельных сосудах.Эти различия, вероятно, связаны с тем, что многие из закупоренных сосудов у Nishimura et al. [16] являются прямыми ответвлениями основной ветви DA. Из-за значительно большей скорости потока в главной ветви DA не следует ожидать снижения скорости и реверсирования потока перед местом окклюзии.

Следует отметить, что для всех типов MSC эффекты окклюзии отдельных капилляров пространственно ограничены. Точнее, не наблюдается значительного снижения скорости потока в 5 поколениях от МСК и в объеме ткани 0.3 нл (300 000 мкм ³ ) вокруг МСК, перфузия снижается максимально на 10% для всех типов МСК. Это контрастирует с окклюзией DA, когда скорость потока не восстанавливается полностью до 10 ^-го нижнего сосуда и где объем инфаркта достигает 220 нл [1, 2, 28]. Наши результаты качественно согласуются с предыдущими наблюдениями, в которых мы изучали влияние 10% -ного расширения отдельных капилляров [40]. Поскольку это изменение значительно меньше, чем полная окклюзия капилляра, изменения потока в ответ на дилатацию ограничиваются даже капиллярами, непосредственно прилегающими к расширенному сосуду.

Так как поставляемый объем ткани для MSC 1-in-1-out составляет 0,056 нл (56 000 мкм ³ ), что примерно в 15 раз меньше, чем объем инфаркта, наблюдаемый при окклюзии ответвления DA [2 ], мы постулируем, что окклюзия отдельных капилляров не вызывает прямого повреждения тканей. Эта гипотеза согласуется с результатами Shih et al. [2]. Тем не менее, наши результаты ясно показывают, что одиночная закупорка капилляра оказывает сильное влияние на локальное поле потока.Таким образом, кажется правдоподобным, что измененное поле потока является возможным механизмом, с помощью которого можно влиять на отложение и клиренс Aβ [17] или клиренс растворенных веществ через периваскулярное пространство в целом [35]. Местные нарушения в поле потока и клиренсе растворенных веществ могут накапливаться и вызывать дополнительные разрывы сосудов [6] или окклюзии, которые впоследствии могут еще больше затруднять клиренс [37, 57], а также подачу кислорода и питательных веществ в увеличивающуюся область вокруг MSC. Важно отметить, что в настоящее время ключевые механизмы, вызывающие различия в отложении Aβ в ответ на закупорку капилляров, еще полностью не изучены.

Для окклюзии сосудов большего калибра было показано, что проксимальные микроинфаркты могут сливаться [2], и что серьезная утечка ГЭБ и внутрисосудистая агрегация тромбоцитов [4] также наблюдаются за пределами микроинфаркта. Более того, Summers et al. [5] сообщают о дефиците нейрональной активности и функциональной вазодинамики в ответ на окклюзию DA, которая затрагивает область, в ~ 12 раз большую, чем ядро ​​микроинфаркта. Эти аспекты подчеркивают, что патологические нарушения не ограничиваются ядром микроинфаркта.Однако остается неизвестным, могут ли сравнимые эффекты быть вызваны окклюзией одного капилляра. Точно так же мы не знаем, вызывает ли окклюзия одиночного капилляра локальную гипоксию ткани или проксимальные сосуды компенсируют отсутствие перфузии в закупоренном капилляре. Мы предполагаем, что из-за значительного воздействия на локальное поле потока окклюзия отдельных капилляров может привести к локальному падению оксигенации тканей, что может спровоцировать каскад последовательных реакций в пораженной ткани.Остальные неизвестные ясно подчеркивают необходимость углубленной количественной оценки in vivo воздействия одиночной окклюзии капилляра. Основываясь на наших результатах, мы предполагаем, что в будущих исследованиях микроинсульта in vivo следует сосредоточить внимание на оксигенации тканей, отложении Aβ и долгосрочных изменениях в непосредственной близости от МСК. В этих исследованиях важно помнить, что на тяжесть микроинсульта влияет местная топология сосудов и исходная перфузия МСК.Следовательно, следует позаботиться о том, чтобы эффекты анализировались в соответствии с типом MSC.

Как указывалось ранее, тяжесть микроинсульта зависит от местной сосудистой топологии. Следует отметить, что мы наблюдаем существенные различия в частоте и характеристиках локальных сосудистых топологий (MSC-типы). 1-в-1-из , безусловно, является наиболее частым типом МСК и обеспечивает самый большой объем тканей. В то же время он характеризуется наименьшей средней скоростью потока и наименьшим количеством уникальных путей, соединяющих DA и AV.В отличие от 2-in-2-out является самым редким типом MSC и содержит наибольшее количество путей потока, соединяющих DA и AV. Мы постулируем, что MSC-тип 2-in-2-out отвечает за распределение крови в капиллярном ложе и что MSC-тип 1-in-1-out разработан для обеспечения эффективного разряда кислорода и питательных веществ в ткани. .

Частота MSC 2-in-2-out низкая и в объеме 200 000 мкм ³ вокруг MSC, 27% сосудов не показывают уменьшения потока после микроинсульта.Эти две особенности предполагают, что капиллярное русло обеспечивает присущий уровень устойчивости к одиночной капиллярной окклюзии, и они хорошо согласуются с сильно взаимосвязанной природой капиллярного русла, которая позволяет эффективно перенаправлять кровоток [26, 28, 41-43, 58 , 59].

Тем не менее, значительные различия между характеристиками MSC-типов вызывают дополнительные вопросы относительно происхождения и тяжести микроинсультов. Прежде всего: будет ли микроинсульт более вероятным в MSC 1-in-1-out? Эта идея основана на более низком среднем расходе в MSC 1-in-1-out , что означает, что сосуд может быть легче заблокирован.Однако, чтобы ответить на этот вопрос, нам необходимо улучшить наше понимание механизмов, вызывающих окклюзию капилляров. Кажется вероятным, что окклюзии, вызванные обструкцией, часто возникают в капиллярах с низким потоком. Однако, если причиной окклюзии капилляров являются отложения бляшек или активность настенных клеток, тогда ситуация менее ясна. Во-вторых: из-за большего объема поставляемой ткани, может ли окклюзия MSC 1-in-1-out быть более серьезной для подачи кислорода и питательных веществ, в то время как окклюзия MSC 2-in-2-out имеет большее влияние на поле течения? Здесь in vivo исследования , отслеживающие оксигенацию тканей в ответ на закупорку капилляров или комбинированное моделирование кровотока и транспорта кислорода, могут дать представление о наиболее критическом типе МСК для снабжения кислородом и питательными веществами.

Кроме того, на воздействие микроинсульта на оксигенацию тканей может влиять уровень кислорода в закупоренном капилляре и местное расположение капилляров на стороне артериолы и венулы относительно друг друга. Мы предположили, что артериальные капилляры с высоким содержанием кислорода могут быть удобно распределены по сосудистой сети для повышения надежности доставки кислорода по ткани. Действительно, Nishimura et al. [18] предоставили подтверждающие доказательства этой гипотезы, показав, что капилляры с различными топологическими расстояниями до DA могут находиться в пространственной близости.Однако для подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие исследования парциального давления кислорода в капиллярах микрососудистых сетей.

Изолированное изучение эффекта окклюзии отдельных капилляров в нашей модели in silico выгодно, с одной стороны, но ограничено, с другой стороны. Например, наша имитационная модель не учитывает динамические реакции сосудистой сети. Было показано, что одиночная окклюзия DA вызывает неоднородный ответ в капиллярном ложе, включающий расширение и сужение капилляров [4, 18].Тем не менее, подход in silico позволяет нам проводить углубленное изучение динамических изменений жидкости в ответ на закупорку одного капилляра, отделенного от внешних и внутренних воздействий. Более того, наши наблюдения можно удобно связать с топологией окружающих сосудов. Эти данные могут быть впоследствии использованы для различения изменений, наблюдаемых в исследованиях in vivo .

Вместе взятые, мы показываем, что для 57% всех капилляров окклюзия значительно снижает скорость потока в соседних капиллярах.Следовательно, мы предполагаем, что одиночная окклюзия капилляра может быть отправной точкой каскада небольших последовательных нарушений, которые могут иметь отношение к развитию более крупных микроинфарктов и прогрессированию патологий. Важно отметить, что устранение малейшего масштаба нарушения не только важно для улучшения нашего понимания развития микроинфаркта, но и может в конечном итоге предложить новые возможности для терапевтического лечения и профилактики.

5 Методы

Представленные результаты основаны на вычислительной модели для моделирования кровотока в реалистичных MVN.Модель была опубликована ранее [39] и здесь вкратце исправлена. Мы начнем с краткого описания числовой структуры для моделирования кровотока в реалистичных MVN с отслеживанием дискретных эритроцитов [39, 48]. Впоследствии мы предоставим более подробную информацию об анализах, использованных в текущем исследовании моделирования.

5.1 Моделирование кровотока с дискретным отслеживанием эритроцитов

Микрососудистая сеть представлена ​​в виде графической структуры, т.е. состоит из набора узлов n _i , соединенных набором ребер e _ij .Нижний индекс ij указывает, что край e _ij соединяет узел n _i и n _j . Анатомически точные микрососудистые сети (MVN) были получены Blinder et al. [28] из соматосенсорной коры мышей с помощью двухфотонной лазерной сканирующей микроскопии. Они заключены в объем ткани ∼1,6 мм ³ (MVN1) и ∼2,2 мм ³ (MVN2) и содержат ∼12 100 и ∼19 300 сосудов соответственно.

Сосуды обозначены как пиальные артерии (PA), нисходящие артериолы (DA), капилляры (Cs), восходящие венулы (AV) и пиальные вены (PV). Для проникающих судов, то есть DA и AV, мы дополнительно различаем суда основной ветви и ответвления. Тип сосуда определяется путем отслеживания сосудов от кортикальной поверхности и применения критерия диаметра, который требует, чтобы два последующих сосуда имели диаметр менее 6 мкм, чтобы изменить тип сосуда с DA на C [39].Эквивалентный критерий применяется на стороне венулы. Чтобы различать главную ветвь проникающих сосудов и ответвления, мы используем критерий, основанный на угле разветвления и длине образующихся основных ветвей. Такой подход гарантирует, что короткие ответвления не помечаются как основная ветвь.

Для вычисления поля давления и скорости кровотока в реалистичной MVN мы используем уравнение непрерывности в каждом узле и закон Пуазейля вдоль сосудов. Этот подход действителен из-за малых чисел Рейнольдса в кортикальных микрососудах (Re <1.0 для всех судов). Чтобы учесть наличие эритроцитов, сопротивление сосуда умножают на относительную эффективную вязкость. Взятые вместе, закон Пуазейля гласит где D _ij и L _ij — диаметр и длина сосуда, а P _i и p _j — давление в узле i. и j соответственно. μ — динамическая вязкость плазмы и относительная эффективная вязкость, которые вычисляются как функция гематокрита и диаметра сосуда, как описано в Pries et al.( in vitro состав ) [60].

Гематокрит отдельных сосудов рассчитывается по дискретно отслеживаемым эритроцитам. Чтобы правильно моделировать движение эритроцитов, мы учитываем эффект Фараеуса [60, 61] и фазовое разделение. Разделение фаз в сосудах диаметром более 10 мкм описано на основе эмпирического соотношения Pries et al. [60]. В сосудах диаметром <10 мкм можно предположить поток одиночного файла, и, следовательно, мы постулируем, что эритроциты следует по пути наибольшей силы давления [39, 48, 62, 63].Неравномерное разделение эритроцитов на расходящихся бифуркациях и их влияние на сопротивление сосуда вызывают колебания потока и поля давления. В данном исследовании мы сосредоточены на анализе усредненного по времени поля потока в статистическом установившемся состоянии. Наше среднее значение рассчитывается за десять периодов оборота (15,4 с), где одно время оборота определяется как время до тех пор, пока 85% всех сосудов не будут полностью перфузированы хотя бы один раз.

Граничные условия давления задаются, как описано в Schmid et al.[39]. Вкратце, для пиальных сосудов мы используем существующие экспериментальные данные и назначаем значение давления, зависящее от диаметра. Значения давления на входе и выходе капилляров устанавливаются на основе результатов моделирования с использованием метода иерархических граничных условий. Здесь реалистичный MVN имплантируется в большой искусственный MVN. Впоследствии рассчитывается поле потока и давления для постоянного гематокрита, и полученные значения давления назначаются в качестве граничных условий. Граничные условия давления сохраняются постоянными для каждого сценария микрохода.

5.2 Моделирование микроинсульта

Моделирование микроинсульта выполняется в MVN1. Чтобы имитировать микроинсульт, диаметр отдельного капилляра установлен на 0,01 мкм. Для всех исследованных сценариев результирующая скорость потока в капилляре микроинсульта (MSC) составляет <10 ⁻¹⁰ мкм ³ мс ⁻¹ . Средняя скорость потока в капилляре в MVN1 составляет 4. 2 мкм ³ мс ^-1 . Это доказывает, что скорость потока в MSC приближается к 0 мкм ³ мс ^-1 и тем самым подтверждает справедливость нашей модели микроинсульта.

Всего в реалистичном MVN1 имеется 11 386 капилляров. Чтобы гарантировать, что мы выберем репрезентативные MSC, должны быть выполнены следующие критерии выбора:

1. MSC должен быть расположен в цилиндре с радиусом 444 мкм вокруг xy-центра MVN (количество возможных MSC: 8718) .

2. Средняя скорость потока в MSC должна быть> 0,16 мкм ³ мс ^-1 (95% всех капилляров, количество возможных MSC: 8237).В MVN2 это соответствует 98% всех капилляров.

3. Средний гематокрит должен быть> 0,02 (95% всех капилляров, количество возможных МСК: 7 824).

4. Скорость потока в MSC и его соседях вверх и вниз по потоку должна быть стабильной, то есть не должно происходить частых изменений направления потока. Чтобы быть более точным, мы допускаем изменение направления потока на 5%, 10% и 30% в MSC, в первых судах вверх и вниз по потоку и во втором и третьем судах вверх и вниз по потоку, соответственно (количество возможных MSC: 6 307).Относительное количество изменений направления потока вычисляется путем деления количества временных шагов с изменением направления потока на общее количество смоделированных временных шагов.

5. МСК расположен примерно в центре капиллярного русла, то есть на расстоянии не менее трех сегментов от основной ветви DA и AV (количество возможных МСК: 3565).

6. MSC должен вписываться в ограничивающую рамку объемом 200 000 мкм ³ (количество возможных MSC: 3 462).

Следует отметить, что «количество возможных MSC» вычисляется путем последующего рассмотрения дополнительного критерия выбора.

Одна из наших целей — прокомментировать факторы, влияющие на тяжесть микроинсульта. Чтобы проанализировать влияние различных факторов, например базовый расход в MSC, могут быть прописаны дополнительные критерии выбора. Эти критерии более подробно определены в соответствующих разделах результатов.

Дополнительная таблица 1 содержит обзор всех критериев выбора.Всего мы проанализировали двенадцать различных случаев. Для каждого случая было выполнено восемь симуляций микроинсульта.

5.3 Пороговое относительное изменение

Основной проблемой при сравнении моделирования кровотока в реалистичных MVN является большое разнообразие скоростей потока, которое колеблется от 0,09 мкм ³ мс ^-1 до значений до 26 . 76 мкм ³ мс ⁻¹ в капиллярном слое (минимум и максимум 95% всех расходов в капиллярном слое, медиана: 1.99 мкм ³ мс ^-1 ). В таком поле потока большое относительное изменение в сосуде с малой базовой скоростью потока может быть незначительным, в то время как небольшое относительное изменение в сосуде с большой базовой скоростью потока может быть значительным. Чтобы улучшить сопоставимость результатов моделирования, мы вводим абсолютный порог: th ^abs . Если абсолютное изменение меньше, чем th ^abs , относительное изменение устанавливается на 0%.

Чтобы выбрать подходящее пороговое значение, мы сравниваем средний расход в два момента времени для трех различных интервалов усреднения (десять, пять и три времени оборота). Абсолютное изменение расхода между двумя временными точками характерно для колебаний базового поля потока. Таким образом, его можно использовать в качестве эталона того, насколько большим должно быть изменение абсолютного потока, чтобы оно могло быть вызвано микроинсультом, а не колебаниями базовой линии. Разница между двумя моментами времени составляет 20 с.

Становится очевидным, что для каждого из трех интервалов усреднения> 87% капилляров изменяют свой расход менее чем на 0,1 мкм ³ мс ^-1 (дополнительный рисунок 10). Следовательно, при моделировании микрохода изменение скорости потока> 0,1 мкм ³ мс ^-1 , вероятно, вызвано воздействием микрохода, а не колебаниями базовой линии. Соответственно, мы устанавливаем абсолютный порог th ^abs до мкм ³ мс ^-1 .

Относительное изменение расхода может быть вычислено либо непосредственно из расхода в резервуаре. или от абсолютных расходов в сосуде где и — скорости потока в сосуде ij для базовой линии и моделирования с микроходом, соответственно. Хотя во втором составе не учитываются изменения направления потока, он больше подходит для сравнения общей перфузии отдельных капилляров. Поскольку общая перфузия более важна для подачи кислорода и питательных веществ, мы используем второе выражение и отдельно анализируем изменения направления потока.Взятые вместе пороговое относительное изменение вычисляется как

5.4 Исследование различий по глубине кортикального слоя

Для анализа различий по глубине кортикального слоя реалистичный MVN разделен на пять аналитических слоев (AL), каждый толщиной 200 мкм (дополнительный рисунок 4). Этот подход к анализу был впервые предложен Schmid et al. [39]. Чтобы назначить судно AL, либо исходная, либо целевая вершина судна должна находиться в пределах верхней и нижней границы AL (дополнительная таблица 1).Вторая конечная точка сосуда должна находиться в пределах ± 50 мкм от границ AL.

5.5 Анализ общего притока и общего потока в блоке анализа вокруг MSC

Чтобы прокомментировать кровоснабжение объема ткани вокруг MSC, мы вычисляем общий приток в блок анализа вокруг MSC. Объем самого маленького блока анализа выбирается таким образом, чтобы каждый MSC помещался в самый маленький блок анализа. Это приводит к начальному объему коробки 200 000 мкм ³ , что эквивалентно кубу с длиной стороны 58.48 мкм. Более того, для каждого MSC у нас есть не менее 6 капилляров в боксе для первоначального анализа и не менее 5 капилляров, пересекающих границу бокса для анализа. Выбранный начальный объем бокса является компромиссом между наличием минимально возможного аналитического бокса вокруг MSC и одновременным обеспечением наличия в боксе достаточного количества капилляров для проведения количественного исследования. Длина стороны бокса для анализа различается для разных капилляров МСК. Чтобы увеличить объем коробки, длины сторон самого маленького аналитического блока увеличиваются на одинаковое расстояние во всех трех измерениях, пока мы не достигнем желаемого объема коробки.

Чтобы вычислить относительное изменение притока в ответ на микроинсульт, мы складываем все притоки во время базовой линии и во время инсульта и вычисляем относительную разницу между общим притоком во время базовой линии и во время инсульта. Важно отметить, что из-за реверсирования потока в ответ на микроимпульс количество приточных сосудов может измениться для исходного уровня и для случая микроинсульта. Эквивалентный анализ повторяется для увеличения объемов бокса. Относительное изменение притока для каждого блока анализа показано на Рисунке 2a-d, дополнительном рисунке 3c-d и дополнительном рисунке 5c-d.

Изменение общего расхода на блок анализа вычисляется сравнительно с изменением притока в блоке анализа. Здесь вместо вычисления общего притока во время базовой линии и во время хода мы складываем взвешенные по длине общие скорости потока в блоке анализа для базовой линии и во время хода, суммируя скорость потока всех сосудов в блоке анализа. Мы учитываем извилистость сосуда, чтобы вычислить длину сосуда в боксе для анализа. Общее изменение скорости потока для каждого блока анализа показано на рис. 2f-h.

5.6 Определение судов, параллельных и удаленных от MSC

Для изучения перераспределения потока в аналитическом боксе мы вводим три категории судов: 1) Суда выше и ниже по течению MSC. 2) Суда, которые ответвляются / переходят в судно выше / ниже по течению 1-го или 2-го поколения MSC ( параллельных судов ). Здесь мы проследим за каждым параллельным сосудом поколения 1 три сегмента вниз / вверх по потоку, чтобы создать весь набор параллельных сосудов.3) Все остальные сосуды в боксе для анализа (т. Е. Сосуды, не находящиеся выше, ниже по потоку и не параллельные) называются удаленными сосудами . Схематический рисунок этих категорий судов представлен на рисунке 2e и дополнительном рисунке 2e.

Поскольку весь MVN подключен, удаленных судов также подключены к MSC. Однако для этой категории судов точка подключения находится относительно далеко вверх или вниз по течению. Этот подход позволяет нам изучать изменения в ответ на микроинсульт в отношении топологического расстояния от MSC.Обратите внимание, что концепция параллельных сосудов также использовалась в Nishimura et al. [16]. Однако их определение параллельных сосудов отличается от того, что использовалось в нашем анализе. Nishimura et al. [16] считают параллельных сосудов только теми сосудами, которые имеют ту же исходную вершину, что и закупоренный сосуд.

5.7 Расчет поставляемого топологического объема ткани

Чтобы прокомментировать объем инфаркта при микроинсульте и для дальнейших топологических исследований, мы вычисляем предоставленный объем ткани для каждого сосуда.Для этого ткань дискретизируется на декартовой сетке, в которую встроены реалистичные MVN. Одна ячейка сетки охватывает 4 x 4 x 4 мкм ³ , в результате чего получается ~ 11,6 миллиона ячеек сетки для MVN1 и ~ 15,3 миллиона ячеек сетки для MVN2. Каждый центр ячейки привязан к ближайшему сосуду. Суммируя все клетки, относящиеся к одному сосуду, мы получаем топологический объем ткани, приходящейся на сосуд. Важно отметить, что топологический и эффективный объем поставляемой ткани могут значительно различаться [51, 52, 64, 65].Это происходит из-за разного уровня кислорода на пути капилляров. Следовательно, для сосудов с высоким уровнем кислорода эффективный объем поставляемой ткани, вероятно, больше, чем топологический объем поставляемой ткани, и наоборот. Тем не менее, мы полагаем, что объем поставляемой топологической ткани является репрезентативной характеристикой для изучения топологии и связанных с перфузией аспектов кортикального микроциркуляторного русла. Обратите внимание, что для простоты топологический объем поставляемой ткани в данной рукописи называется предоставленным объемом ткани.

5.8 Пути потока между нисходящими артериолами и восходящими венулами

Пути потока между проникающими сосудами рассчитываются путем отслеживания потока от DA к AV. Для этого исследования конечная точка DA определяется как первая точка ветвления после основной ветви артериолы DA. Эквивалентное определение используется для АВ, то есть конечная точка АВ — это точка, проксимальная к капиллярному ложе, а начальная точка АВ — это корень проникающего дерева на кортикальной поверхности.

Чтобы вычислить все пути между DA и AV, мы сначала идентифицируем все конечные точки DA и AV. Впоследствии для каждой пары DA-AV-оконечных точек мы вычисляем все возможные пути соединения потоков, которые проходят исключительно через капиллярное русло, т.е. если мы достигаем другой оконечной точки DA до достижения конечной точки AV, этот путь не учитывается для DA-AV-пара конечных точек в стадии расследования. Обратите внимание, что некоторые конечные точки DA и AV не связаны динамически. Кроме того, несколько путей входят / выходят из MVN через его границы.Поскольку эти пути не соединяют DA с AV, они не рассматриваются в дальнейшем для этого анализа.

Полученные данные о пути потока позволяют проводить различные исследования:

1. Вычисление общего количества путей потока в MVN (дополнительный рисунок 9b).

2. Расчет количества путей потока на капилляр и того, как это число изменяется во время микроинсульта (рисунок 4c, дополнительный рисунок 9c). На рисунке 4c нас интересует количество путей, которые сохраняются в MSC во время микроинсульта.Относительное количество путей рассчитывается как 100%. На дополнительном рисунке 9c мы фокусируемся на относительном изменении количества траекторий во время базовой линии и во время хода. Это рассчитывается как 100%. , где и — количество путей потока через отдельный капилляр во время базовой линии и во время удара, соответственно.

3. Вместо того, чтобы смотреть прямо на пути потока, мы можем также проанализировать количество уникальных пар DA-AV-оконечных точек . Здесь мы можем либо посмотреть на общее количество уникальных пар DA-AV-конечных точек (дополнительный рисунок 9d), либо мы можем подсчитать количество уникальных пар DA-AV-конечных точек , которые соединены путем через предопределенный капилляр (дополнительный рисунок 9e).Как и раньше, это количество можно сравнивать между базовой линией и имитацией хода. На дополнительном рисунке 9d мы сравниваем разницу общего числа пар DA-AV-конечных точек до и после инсульта. На дополнительном рисунке 9e мы показываем абсолютное количество пар DA-AV-оконечных точек, соединенных путем через MSC до и после хода.

4. Наконец, мы подсчитываем количество уникальных путей потока между данной парой DA-AV-оконечных точек (рисунок 4e).Чтобы прокомментировать перераспределение потока по отношению к MSC, мы вводим три категории для классификации DA-AV-конечных точек-пар (рисунок 4d): Категория 1) до и после штриха существует по крайней мере один путь, ведущий от DA. — к конечной точке AV через MSC; Категория 2) только перед штрихом есть хотя бы один путь, который ведет от DA- к конечной точке AV через MSC, и Категория 3) ни один из путей между данной парой DA-AV-конечных точек не проходит через MSC .Каждой паре DA-AV-оконечных точек назначается соответствующая категория, и вычисляется соотношение количества уникальных путей потока, где и — количество уникальных путей потока между заданной парой DA-AV-оконечных точек во время исходного уровня и во время инсульта.

7 Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что никаких конкурирующих интересов не существует.

9 Дополнительная информация