Embrionda qon tomirlarini qayta qurish - Vascular remodelling in the embryo

(A va B) 5 da qon tomir tizimi somite bo'sh, uzilgan tarmoq sifatida shakllanadi. (C) Qon oqimi boshlanganda (taxminan 10 somit) qon tomirlari yanada samarali tarmoqqa aylantirila boshlaydi. (D - F) (F) da ko'rilgan stereotipik qon aylanish tizimida yakunlanadigan qon tomirlarini qayta qurishning progressiv bosqichlari.[1]

Qon tomirlarini qayta qurish odatda 22-kundan boshlanib, o'ninchi haftada davom etadigan jarayondir inson embriogenezi, qachon, 22-kuni, voyaga etmagan yurak siqilishni boshlaydi, suyuqlikni erta orqali itaradi qon tomirlari. Suyuqlikning birinchi o'tishi a ni boshlaydi signal kaskadi va jismoniy asoslangan hujayra harakati signallar shu jumladan kesish stressi va atrofdagi stress qon tomirlari tarmog'ini qayta qurish uchun zarur bo'lgan, arterial -venoz shaxsiyat, angiogenez va tartibga solish genlar orqali mexanotransduktsiya. Ushbu embrional jarayon etuk qon tomirlar tarmog'ining kelajakdagi barqarorligi uchun zarurdir.[2]

Vaskulogenez ning tarkibiy qismlarining dastlabki o'rnatilishi qon tomirlari tarmoq yoki tomir daraxti. Bu irsiy omillar tomonidan belgilanadi va uning asosiy konturini tuzishdan boshqa o'ziga xos vazifasi yo'q qon aylanish tizimi. Suyuqlik oqimi boshlangandan so'ng, biomexanik va gemodinamik vaskulogenez orqali o'rnatiladigan tizimga ma'lumotlar qo'llaniladi va faol qayta qurish jarayoni boshlanishi mumkin.

Kabi jismoniy belgilar bosim, tezlik, oqim naqshlar va siljish stresslari qon tomirlar tarmog'ida bir qancha usullar bilan, shu jumladan dallanishga ta'sir qilishi ma'lum morfogenez, yuqori oqimli hududlarda tomirlarning kattalashishi, angiogenez va tomir klapanlari rivojlanishi. Ushbu fizik ko'rsatmalarning mexanotransduktsiyasi endotelial va silliq mushak hujayralari qon tomir devorida, shuningdek, javobgar bo'lgan ba'zi genlarning ko'payishi yoki repressiyasini keltirib chiqarishi mumkin vazodilatatsiya, hujayralarni tekislashi va boshqa siljishni kamaytiradigan omillar. Bu munosabatlar genetika va atrof-muhit aniq tushunilmagan, ammo tadqiqotchilar buni genetik ablated kabi ishonchli genetik metodlarni birlashtirib aniqlashtirishga urinmoqdalar model organizmlar va to'qimalar, oqim sxemalarini, tezlik rejimlarini va bosim o'zgarishini o'lchash va kuzatish uchun ishlab chiqilgan yangi texnologiyalar bilan jonli ravishda.[2]

Ikkalasi ham jonli ravishda o'rganish va modellashtirish bu murakkab jarayonni tushunish uchun zarur vositalardir. Qon tomirlarini qayta qurish tegishli jarohatni davolash va to'g'ri birlashishi to'qimalarni payvand qilish va organ xayr-ehsonlari. Ba'zi hollarda faol qayta qurish jarayonini rag'batlantirish bemorlarning tez tiklanishiga va donorlik to'qimalarining funktsional ishlatilishini saqlab qolishiga yordam berishi mumkin. Biroq, jarohatni davolashdan tashqari, surunkali kattalardagi qon tomirlarini qayta qurish ko'pincha simptomatik ning yurak-qon tomir kasalliklari. Shunday qilib, bu haqda tushuncha ortdi biotibbiy hodisa rivojlanishiga yordam berishi mumkin terapiya kabi kasalliklarga qarshi kurashish uchun profilaktika choralari ateroskleroz.

Tarixiy ko'rinish

100 yil oldin Toma mahalliy qon oqimining ko'payishi tomirning kengayishiga olib kelishini kuzatgan diametri va hattoki u qon quyilishi uchun javobgar bo'lishi mumkin degan postulatgacha bordi o'sish va rivojlanish qon tomirlari [3] . Keyinchalik, 1918 yilda Chapman jo'ja embrionining yuragini olib tashlash, qayta qurish jarayonini buzganligini aniqladi, ammo vaskulogenez bilan yotqizilgan dastlabki tomir naqshlari bezovtalanmadi. Keyinchalik, 1926 yilda Myurrey kemaning diametri shunday degan edi mutanosib tomir devoridagi siljish stressining miqdoriga; ya'ni kemalar faol moslashtirilgan atrof-muhitdagi jismoniy signallarga asoslangan naqshlarni oqimlash, masalan, kesish kuchlanishi.

Morfogenezning kimyoviy asoslari, "tomonidan 1952 yilda yozilgan matematik va kompyutershunos Alan Turing ga asoslangan turli xil biologik modellarni himoya qildi molekulyar diffuziya ning ozuqa moddalari.[4] Shu bilan birga, qon tomirlari rivojlanishining diffuziv modeli bu murakkablikdan kam bo'lib tuyuladi kapillyar yotoqlari arteriyalar va tomirlarning o'zaro to'qilgan tarmog'i.[4][5] 2000 yilda Fleury diffuziv molekulalar o'rniga tomir daraxtining tarvaqaylab ketgan morfogenezi uchun javobgarlikni taklif qildi morfogen aloqador bo'lishi mumkin. Ushbu modelda harakatlanuvchi bosim to'lqini qon oqimini ko'taruvchi tomirlarni kengaytirish va suyuqlik oqimi boshlanganda tarmoqlarni qayta tartibga solish orqali shoxlarni eng past energiyali konfiguratsiyaga qayta tiklash uchun siljish stresi orqali qon tomiriga ta'sir qiladi.[4][6] Ma'lumki, mexanik kuchlar ta'sirchan ta'sir ko'rsatishi mumkin morfologiya qon tomir daraxtining murakkabligi.[5][6] Biroq, bu kuchlar ozuqa moddalarining tarqalishiga nisbatan kam ta'sir ko'rsatadi va shuning uchun ozuqa moddalarini olish va kislorod embrional tomirlarni qayta tuzishda muhim rol o'ynaydi.[5]

Hozir u keng miqyosda qabul qilingan[kaltakesak so'zlar ][kim tomonidan? ] embrionda qon tomirlarini qayta qurish vaskulogenezdan ajralib turadigan jarayon ekanligi; ammo bu ikki jarayon bir-biri bilan chambarchas bog'liqdir. Vaskulogenez tomirlarni qayta tuzishdan oldin sodir bo'ladi, ammo qon tomirlari tarmog'ini rivojlantirishda zarur qadam bo'lib, tomirlarni arterial yoki venoz deb aniqlashga ta'sir qiladi. Bir marta qisqarish yurakning boshlanishi, qon tomirlarini qayta qurish biomexanik ko'rsatmalar natijasida hosil bo'lgan kuchlarning o'zaro ta'siri orqali rivojlanadi va suyuqlik dinamikasi, ular mexanotransduktsiya orqali o'zgarishga aylanadi uyali va genetik darajalar.

Vaskulogenez

Inson embrion taxminan 30 kun ichida, shu jumladan turli tuzilmalar rivojlanganligini ko'rsatadi sarig 'sumkasi. Grey anatomiyasidan.

Vaskulogenez - bu genetik omillar bilan yotqizilgan erta qon tomirlarining hosil bo'lishi.[7] Tuzilmalar chaqirildi qon orollari shaklida mezoderma qatlami sarig 'sumkasi tomonidan uyali farqlash ning gemangioblastlar endoteliy va qizil qon hujayralari.[7] Keyingi, kapillyar pleksus shakllanadi, chunki endotelial hujayralar qon orollaridan tashqariga siljiydi va tasodifiy uzluksiz iplar tarmog'ini hosil qiladi.[7] Ushbu iplar keyinchalik lümenizatsiya deb ataladigan jarayonni o'z ichiga oladi, bu endotelial hujayralarni qattiq shnurdan ichi bo'sh trubaga o'z-o'zidan qayta tashkil etish.[8]

Embrionning ichida dorsal aorta hosil qiladi va oxir-oqibat yurakni sarig'i xaltachasining kapillyar pleksusiga bog'laydi.[7] Bu qattiq endotelial naychalarning yopiq tsikli tizimini hosil qiladi. Vaskulogenez jarayonining boshida ham, qon oqimi boshlanishidan oldin, naycha tizimining bo'laklari o'z ifodasini topishi mumkin efrlar yoki neyropilinlar, genetik belgilar navbati bilan arterial yoki venoz identifikatsiyalar.[7] Ushbu identifikatorlar hali ham bir oz moslashuvchan, ammo dastlabki xarakteristikalar embrionni qayta qurish jarayoni uchun muhimdir.[2]

Anjiyogenez ham boshlang'ich tarmoqning murakkabligiga yordam beradi; Spirting endotelial kurtaklar an tomonidan hosil bo'ladi ekstruziya -ni ifodalashga undovchi jarayon kabi qon tomir endotelial o'sish omili (VEGF).[8] Ushbu endotelial kurtaklar ota-tomirdan uzoqlashib, yangi hududga etib boradigan kichikroq qizaloq tomirlar hosil qiladi.[8] Intususepsiya, ikkita naychani hosil qilish uchun bitta trubaning bo'linishi hodisasi ham angiogenezga yordam beradi.[8] Anjiyogenez, odatda, ayrim organ tizimlarini qon tomirlari bilan kolonizatsiya qilish uchun javobgardir, vaskülogenez esa tarmoqning dastlabki quvurlarini yotqizadi.[9] Anjiyogenez, shuningdek, tomirlarni qayta qurish paytida yuzaga kelishi ma'lum.[9]

Arterial-venoz identifikatsiya

Grey anatomiyasidan olingan ushbu anatomik rasmda u ekanligini ko'rish mumkin yurak tomirlari ga yaqin joyda rivojlanadi arterial tarmoq va erta embrionlarda bo'limlar identifikatsiyani arterialdan ikkinchisiga o'tkazishi mumkin venoz kemalar.

Ning tasnifi angioblastlar arterial yoki venoz aniqlangan hujayralarga to'g'ri tarvaqaylab morfologiyasini shakllantirish uchun juda muhimdir.[2] Dastlabki qon tomirlarining arterial segmentlari ephrinB2 va DLL4 venoz segmentlar esa neyropilin-2 va EPHB4; bu tsiklning arterial-venoz qismlaridan oqimni boshqarishda yordam beradi deb ishoniladi.[2] Biroq, mexanik yurakning dastlabki qisqarishi bilan ta'minlanadigan signallar hali ham to'liq qayta qurish uchun zarurdir.[2]

Biyomekanik boshqariladigan iyerarxik qayta qurishning birinchi hodisasi, yurak urishi boshlangandan so'ng, vitellin arteriyasi bir nechta kichik kapillyarlarning birlashishi natijasida hosil bo'ladi. Keyinchalik, yon shoxlar magistral arteriyadan uzilib, venoz tarmoqqa qayta ulanishi va o'zlarining shaxsini samarali o'zgartirishi mumkin.[10] Bu fikr[kim tomonidan? ] yuqori tufayli bo'lishi nurli arterial tomirlardagi bosim, bu shoxlarni arteriya tomirlariga qaytarib olishning oldini oladi.[10] Bu shuningdek shakllanishiga to'sqinlik qiladi shantlar tarmoqning ikkita komponenti o'rtasida.[5] Moyon va boshq. arterial endotelial hujayralar venaga aylanishi va aksincha bo'lishi mumkinligini ko'rsatdi. [11] Ular bo'limlarini payvand qildilar bedana ilgari arteriya belgilarini ko'rsatgan endotelial naycha jo'ja tomirlarni (yoki aksincha), namoyish qiladigan plastika tizimning. Arteriyalar va / yoki tomirlardagi oqim tartibini qaytarish ham xuddi shunday ta'sirga ega bo'lishi mumkin, ammo bu venoz va arterial oqimning fizikaviy yoki kimyoviy xususiyatlaridagi farqlarga bog'liqmi yoki yo'qligi aniq emas (ya'ni bosim profili va kislorod kuchlanishi ).[10]

Arterial-venoz identifikatsiyaning suyuqligining yana bir misoli - bu intertomitik tomir. Dastlabki bosqichlarda ushbu kema aorta, uni arterial tarmoqning bir qismiga aylantiradi.[2] Biroq, dan unib chiqqan yurak tomirlari aortadan asta-sekin uzilib, tomirga aylanadigan intertomitik tomir bilan birlashishi mumkin.[2] Ushbu jarayon to'liq tushunilmagan, ammo bosim va kabi mexanik kuchlarni muvozanatlash zarurati tufayli paydo bo'lishi mumkin perfuziya.[2]

Embrional tomirlarni qayta tiklashning dastlabki bosqichlarida arterial-venoz identifikatsiya moslashuvchan bo'lib, arterial segmentlar ko'pincha venoz chiziqlarga qayta ishlanadi va segmentning jismoniy tuzilishi va genetik belgilari tarmoqning o'zi bilan birgalikda faol ravishda qayta tiklanadi.[10] Bu shuni ko'rsatadiki, tizim umuman plastisitni namoyon qiladi, bu esa uni vaqtinchalik oqim naqshlari va gemodinamik signallar bilan shakllantirishga imkon beradi, ammo genetik omillar tomir identifikatorining dastlabki spetsifikatsiyasida rol o'ynaydi.[2]

Biomexanika

Yurak urishni boshlagandan so'ng, mexanik kuchlar dastlabki qon tomir tizimiga ta'sir o'tkaza boshlaydi, ular tezda kengayib, to'qimalarga xizmat qilish uchun qayta tashkil etiladi. metabolizm.[9] Qon oqimidan mahrum bo'lgan embrionlarda endotelial hujayralar angioblastlarga o'xshash farqlanmagan morfologiyasini saqlab qoladi (tekislanganda taqqoslaganda epiteliya hujayralari etuk qon tomirlarida uchraydi).[2] Yurak ura boshlagach, endotelial hujayralarning morfologiyasi va xulq-atvori o'zgaradi.[2][12] Ni o'zgartirib yurak urish tezligi, yurak, shuningdek, yangi tomirlarning o'sishini boshlash uchun tizimga ta'sir etuvchi perfuziya yoki bosimni boshqarishi mumkin.[2] O'z navbatida, yangi tomir o'sishi boshqa embrion to'qimalarining kengayishi bilan muvozanatlashadi siqish ular o'sishi bilan qon tomirlari.[5] The muvozanat ushbu kuchlarning qon tomirlarini qayta tuzishda katta rol o'ynaydi, ammo yangi tomirlarning unib chiqishini boshlash uchun zarur bo'lgan angiogen mexanizmlar o'rganilgan bo'lsa-da, keraksiz novdalar o'sishini to'xtatish uchun zarur bo'lgan qayta qurish jarayonlari haqida kam narsa ma'lum.[2]

Misollari biomexanik ta'sir qiluvchi kuchlar biriktiruvchi to'qima. Grey anatomiyasidan.

Qon tizimni takomillashtirganda tomir devorlariga kesish va bosim kuchlarini ta'sir qiladi. Shu bilan birga, yurak-qon tomir tizimidan tashqarida to'qima o'sishi tomir devorlarining tashqi tomoniga orqaga suriladi. Embrion tanasining barcha to'qimalariga ozuqa moddalari va kislorodni arzon narxlarda etkazib berish uchun samarali energiya holatini olish uchun ushbu kuchlar muvozanatli bo'lishi kerak.[2] Sariq xaltaning (tashqi to'qima) o'sishi cheklangan bo'lsa, tomirlar kuchlari bilan to'qima kuchlari o'rtasidagi muvozanat siljiydi va qayta qurish jarayonida ba'zi qon tomir shoxlari uzilib qolishi yoki kamayishi mumkin, chunki ular siqilgan to'qima orqali yangi yo'llarni bosib o'tolmaydilar.[2] Umuman olganda qattiqlik va qarshilik ushbu to'qimalarning qaysi biri bo'lishi mumkinligini belgilaydi deformatsiyalangan va biomexanik kuchlarning ularga ta'sir qilishi mumkin bo'lgan usul.[2]

Qon tomirlari tarmog'ining rivojlanishi o'z-o'zini tashkil qilgan to'qimalarning kengayishining bosim kuchlari va tomir devorlarining aylana bo'ylab cho'zilishi o'rtasidagi muvozanat tufayli to'qimalarning har bir nuqtasida.[5] Vaqt o'tishi bilan bu shuni anglatadiki, ko'chib yuruvchi chiziqlar egri chiziqqa emas, balki to'g'ri bo'ladi; bu ikki harakatlanuvchi chegarani bir-biriga itarib yuborishini tasavvur qilishga o'xshaydi.[5] To'g'ri kemalar odatda parallel izopressure chiziqlariga, chunki chegaralar muvozanatlash uchun harakat qilgan bosim gradyanlari.[5] Bundan tashqari, tomir yo'nalishi odatdagidan eng keskin stress gradyaniga qarab harakat qiladi.[5]

Bundan tashqari, embrion tomirlari ichidagi biomexanik kuchlar qayta tiklashning muhim ta'siriga ega. Bosimning o'zgarishi stress va kuchlanishning o'zgarishiga olib keladi, bu esa tomirlarni ko'tarishga "o'rgata" oladi yuklar keyinchalik organizmning rivojlanishida.[9] Bir nechta kichik tomirlarning birlashishi qon tomirlari daraxtining qon bosimi va oqim tezligi katta bo'lgan joylarda ham katta tomirlar hosil qilishi mumkin.[10] Myurrey qonuni bu qon tomir tizimi uchun amal qiladigan ota tomirlar radiusi bilan shoxlar radiusi o'rtasidagi munosabatdir. Bu idishning kattaligi bilan ta'minlangan oqimga nisbatan eng past qarshilik o'rtasidagi muvozanatni aks ettiradi (chunki katta diametrli idishlar past ko'rsatkichga ega) bosimning pasayishi ) va qonning tarqala olmaydigan tirik to'qima sifatida saqlanishi reklama infinitum.[2] Shuning uchun organ tizimlarini qon bilan ta'minlash uchun murakkab tarvaqaylab ketish talab etiladi, chunki diffuziya bunga javobgar bo'lmaydi.[kimga ko'ra? ][asl tadqiqotmi? ]

Biyomekanika tomirlar tarmog'ining birikmalarida ham ishlaydi. Luminal bosim tomirlar segmentlarini qayta ishlashni yuqori bosimli joylarga yo'naltirishi isbotlangan,[5] va tarmoqni shakllantirish uchun tomir segmentlarini arteriya chizig'idan ajratish va venoz chiziqlarga qayta biriktirishni boshqarish.[7] Ushbu turdagi tomirlarning sinishi hatto ba'zi organ tizimlarining rivojlanishi uchun bilvosita javobgar bo'lishi mumkin evolyutsiya kattaroq organizmlarning ajralishi va migratsiyasi bo'lmasdan, embrion tarkibidagi ko'p miqdordagi to'qimalar qon ta'minotidan uzilib qolgan bo'lib qoladi.[5] Tomirlar ona arteriyasidan ajralib chiqqandan so'ng, ular to'qimalarni yuqtirish uchun angiogenezga ham o'tishlari mumkin distal qolgan tarmoqqa.[2]

Suyuqlik dinamikasi

Ning vakili laminar oqim ikki devor o'rtasida. Suyuqlikdagi bosim gradyenti chegara qatlami (yashil) devorlarga uzatiladi kesish stressi.

Suyuqlik dinamikasi qon tomirlarini qayta tuzishda ham muhim rol o'ynaydi. Tomir devorlariga qo'llaniladigan kesma kuchlanishi, ga mutanosibdir yopishqoqlik va suyuqlikning oqim naqshlari. Buzilgan oqim naqshlari klapanlarning paydo bo'lishiga yordam beradi va bosimning oshishi tomirlarning radial o'sishiga ta'sir qilishi mumkin.[9] Siqilishning dastlabki kunlaridagi ibtidoiy yurak eng yaxshi a deb ta'riflanadi peristaltik nasos ammo, uch kundan keyin oqim ko'p qirrali bo'ladi.[9] Ko'p tomonlama oqim qon tomirlarini qayta tuzishda muhim rol o'ynaydi, chunki oqim naqshlari stressni endotelial hujayralarga mexanotransvuktsiyasiga ta'sir qilishi mumkin.[7][13]

Kabi o'lchovsiz munosabatlar Reynolds raqami va Uomersli raqami erta qon tomirlarida oqimni tavsiflash uchun ishlatilishi mumkin.[7] Barcha dastlabki tomirlarda mavjud bo'lgan Reynolds sonining pastligi shuni anglatadiki, oqimni sudraluvchi deb hisoblash mumkin laminar.[7] Uomerslining past raqami yopishqoq effektlar oqim tarkibida ustunlik qilishini anglatadi chegara qatlamlari mavjud emas deb hisoblash mumkin.[7] Bu suyuqlikning dinamik hisob-kitoblariga aniqlik kiritishiga imkon beradi taxminlar soddalashtiradigan matematika.[asl tadqiqotmi? ]

Embrional tomirlarni qayta tiklashning birinchi bosqichlarida yuqori tezlikli oqim faqat katta diametrli tomirlarda bo'lmaydi, ammo bu qon oqimining dastlabki ikki kunida tomirlarning qayta tiklanishi ta'sirida o'zini tuzatadi.[14] Bu aniq[kim tomonidan? ] embrional tomirlar bosimning oshishiga tomir diametrini oshirib javob beradi.[9] Silliq mushak hujayralari yo'qligi tufayli va glikokaliks, kattalar tomirlarida elastik yordam beradi, rivojlanayotgan embriondagi qon tomirlari oqimga nisbatan ancha chidamli.[7] Bu shuni anglatadiki, oqim yoki bosimning oshishiga kattalar qon tomirlarida asta-sekin cho'zilish va kengayish bilan emas, balki tomirlar diametrining tez, yarim doimiy kengayishi bilan javob berish mumkin.[7]

Qayta tartibga solish Laplas va Puazeyl munosabatlar radiusli o'sish atrofni cho'zish natijasida va atrof-muhit o'sishi kesish stressi natijasida sodir bo'lishini ko'rsatadi.[9] Kesish kuchlanishi tomir ichidagi tezlik bilan, shuningdek tomir devoridagi ikkita qattiq nuqta orasidagi bosimning pasayishi bilan mutanosibdir.[5] Kema qayta tuzilishining aniq mexanizmi tomirning ichki devorida yuqori stress bo'lib, o'sishni kuchaytirishi mumkin, bu esa bir xil bosim va kuchlanish stressi tomir devorining ikkala tomonida.[9] Odatda, u topildi[kim tomonidan? ] atrof-muhit qoldiq stressi siqilish va tortishish xususiyatiga ega, bu endotelial trubaning ichki qatlamlari tashqi qatlamlarga qaraganda ko'proq o'sishini ko'rsatadi.[15]

Mexanotransduktsiya va genetik regulyatsiya

A mulohaza modeli genetik regulyatsiya. Bu holda kirish jismoniy kuchdir va B qiymatiga qarab teskari aloqa ijobiy yoki salbiy bo'lishi mumkin.

Har xil oqim sxemalari va boshqa fizik ko'rsatmalarning embriondagi qon tomirlarini qayta tiklashga turlicha ta'sir ko'rsatadigan mexanizmi mexanotransduktsiya deb ataladi. Turbulent oqim Rivojlanayotgan qon tomirlarida tez-tez uchraydigan yurak xuruji paydo bo'lishida turbulentlik bilan bog'liq bo'lgan teskari oqimlarning oldini oladi.[16] Bu ham ko'rsatilgan heterojen katta tomirlardagi oqim naqshlari yaratishi mumkin assimetriya, ehtimol, kabi genlarni faollashtirish orqali PITX2 idishning bir tomonida yoki, ehtimol, boshqa tomonda regressiyani kuchaytirib, bir tomonda atrofni cho'zishni keltirib chiqarishi mumkin.[6][17] Laminar oqim, shuningdek, kamaytirish kabi genetik ta'sirga ega apoptoz, taqiqlovchi ko'payish, hujayralarni oqim yo'nalishi bo'yicha tekislash va ko'plab hujayralar signalizatsiya omillarini tartibga solish.[7] Mexanotransduktsiya ijobiy yoki salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin teskari aloqa ko'chadan, bu tomirga joylashtirilgan jismoniy stress yoki zo'riqishlarga javob berish uchun ba'zi genlarni faollashtirishi yoki bosishi mumkin.

Hujayra oqim naqshlarini "o'qiydi" integral sezish, retseptorlari o'rtasida mexanik bog'lanishni ta'minlaydigan hujayradan tashqari matritsa va aktin sitoskelet. Ushbu mexanizm hujayraning oqim sxemalariga qanday javob berishini va vositachilik qilishini belgilaydi hujayraning yopishishi, bu ayniqsa yangi kemalarning o'sishi bilan bog'liq.[2] Mexanotransduktsiya jarayoni orqali siljish stressi turli xil genlarning ekspressionini tartibga solishi mumkin. Biyomekanika yordamida tomirlarni qayta qurish doirasida quyidagi misollar o'rganildi:

Turli xil oqim naqshlari va ularning davomiyligi kesish-stress bilan boshqariladigan genlarga asoslangan holda juda xilma-xil javoblarni keltirib chiqarishi mumkin.[7] Embrional tomirlarni qayta qurish jarayoni uchun genetik regulyatsiya ham, jismoniy kuchlar ham javobgardir, ammo bu omillar kamdan-kam hollarda tandemda o'rganiladi.[2][7]

In Vivo jonli ravishda o'rganish

Asosiy qiyinchilik jonli ravishda embrional tomirlarni qayta qurishni o'rganish fizik signallarning ta'sirini ozuqa moddalari, kislorod va boshqa signalizatsiya omillarini etkazib berishdan ajratishga qaratilgan bo'lib, ular tomirlarni qayta tuzishga ta'sir qilishi mumkin.[7] Avvalgi ishda qon tomirlarining yopishqoqligini erta yurak-qon tomir oqimida nazorat qilish, masalan, qizil qon tanachalari kirib borishini oldini olish bor edi qon plazmasi, shu bilan yopishqoqlikni va ular bilan bog'liq bo'lgan kesish kuchlanishlarini pasaytiradi.[18] Kraxmal viskoziteyi va siljish stressini oshirish uchun qon oqimiga AOK mumkin.[18] Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, embrionda tomirlarni qayta qurish ishtirokisiz davom etadi eritrotsitlar kislorod etkazib berish uchun javobgardir.[18] Shuning uchun qon tomirlarini qayta qurish kislorod mavjudligiga bog'liq emas va aslida perfuzlangan to'qimalarga kislorod etkazib berishni talab qilishdan oldin sodir bo'ladi.[7] Shu bilan birga, boshqa ozuqaviy moddalar yoki genetik omillar qon tomirlarini qayta tiklashga yordam beruvchi ta'sir ko'rsatishi yoki olmasligi hali ham noma'lum.[18]

Tirik embrion tomirlaridagi parabolik tezlik rejimlarini o'lchash tomir devorlari bioaktiv ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan laminar va kesma stress darajalariga duchor bo'lganligini ko'rsatadi.[14] Embrionning siljishi sichqoncha va tovuq tomirlari 1 - 5 din / sm2 oralig'ida.[14] Buni qon tomirlarini kesish va ochilish burchagini kuzatish bilan o'lchash mumkin, bu esa engillashadi qoldiq stress,[15] yoki o'lchash orqali gematokrit qon tomirlarida mavjud va suyuqlikning aniq viskozitesini hisoblash.[7]

Tirik embrionning rivojlanishini tasvirlash va yopishqoqlik, bosim, tezlik va oqim yo'nalishining kichik qiymatlarini aniq o'lchash bilan bog'liq qiyinchiliklar tufayli ushbu jarayonning aniq modelini ishlab chiqishga katta ahamiyat berildi. Shu tarzda, ushbu effektlarni o'rganish uchun samarali usul in vitro topilishi mumkin.[kimga ko'ra? ]

Modellashtirish

Suyuqlikning embriondagi tomirlarni qayta tiklashga ta'sirini tavsiflovchi bir qator modellar taklif qilingan. Ko'pincha o'tkazib yuboriladigan bitta nuqta[kimga ko'ra? ] bu o'xshashliklarda bu jarayon tirik tizim ichida sodir bo'lishi; o'lik uchi sinishi va boshqa joyga ulanishi mumkin, shoxlar tutashgan joyda ochilib yoki klapanlar hosil qiladi va tomirlar nihoyatda deformatsiyalanadi, tezda yangi sharoitlarga moslasha oladi va yangi yo'llar hosil qiladi. Nazariy jihatdan qon tomir daraxtining shakllanishi jihatidan o'ylash mumkin perkolatsiya nazariyasi. Naychalar tarmog'i tasodifiy ravishda paydo bo'ladi va oxir-oqibat ikkita alohida va bir-biriga bog'liq bo'lmagan nuqta o'rtasida yo'l o'rnatadi. Niholning naychalarining bir nechta tanqisligi ilgari ishg'ol qilinmagan hududga ko'chib o'tgandan so'ng, a deb nomlangan yo'l fraktal ushbu ikki nuqta o'rtasida o'rnatilishi mumkin.[8] Fraktallar biologik foydali konstruksiyalardir, chunki ular cheksiz o'sishiga tayanadi sirt maydoni, bu biologik ma'noda ozuqa moddalari va chiqindilarni tashish samaradorligini sezilarli darajada oshirilishini anglatadi.[8] Fraktal yo'l egiluvchan; agar bitta ulanish uzilgan bo'lsa, boshqasi yo'lni tiklash uchun shakllanadi.[8] Bu tomir daraxti qanday shakllanishiga oid foydali misoldir, ammo uni namuna sifatida ishlatish mumkin emas diffuziya bilan cheklangan agregatsiya model berdi taqlid qilingan qon tomir daraxtlarga nisbatan eng yaqin bo'lgan natijalar jonli ravishda. Ushbu model tomirlar o'sishi tomirlar devoridagi siljish stressining gradyenti bo'ylab sodir bo'lishini, natijada tomir radiuslarining o'sishiga olib keladi.[20] Diffuziya bilan cheklangan agregatsiya agregatning o'sishini taklif qiladi birlashma o'zlari bosim gradyenti bo'ylab yuradigan tasodifiy yuruvchilar.[5] Tasodifiy yurish shunchaki diffuziya tenglamasining ehtimollikka asoslangan versiyasidir.[5] Shunday qilib, ushbu modelni tomirlar daraxtiga qo'llashda butun tizimdagi bosimni muvozanatlash uchun kichik, chidamli tomirlar katta, o'tkazuvchi tomirlar bilan almashtirilishi kerak.[5] Ushbu model asosiy chiziqlarga qaraganda uchlarida tasodifiy tuzilishga ega, bu esa bosim gradyaniga nisbatan tezlik manfiy bo'lganida laplasiya formulalari barqaror bo'lishi bilan bog'liq.[5] Asosiy yo'nalishlarda bu har doim shunday, ammo kichik unib chiqishda tezlik 0 atrofida o'zgarib turadi va bu beqaror, tasodifiy harakatga olib keladi.[5]

Qayta qurish jarayonining yana bir katta tarkibiy qismi - tarvaqaylab ketgan tomirlarning uzilishi, keyinchalik qonni bir hilda ta'minlash uchun distal hududlarga ko'chib o'tish.[5] Dallanadigan morfogenez quyidagilarni kuzatishi aniqlandi dielektrik buzilish modeli, unda faqat oqimi etarli bo'lgan tomirlar kattalashadi, boshqalari yopiladi.[5] Ikkita naycha bittadan bo'linib ketgan tomir ichidagi joylarda bo'linishning bir qo'li yopilishi, ajralishi va vena chizig'iga ko'chib o'tishi mumkin, u erda u qayta biriktiriladi. Filialni yopishining natijasi shundaki, oqim kuchayib boradi va asosiy yo'nalishda kamroq turbulent bo'ladi, qon esa etishmayotgan joylarga qarab oqishni boshlaydi.[5] Qaysi filial yopilishi oqim tezligiga, yo'nalishiga va dallanma burchagiga bog'liq; Umuman olganda, 75 ° va undan yuqori burchak ostida burchaklanish kichikroq shoxchaning yopilishini talab qiladi.[5]

Shunday qilib, diffuziya bilan cheklangan agregatsiya va dielektrik parchalanishining birlashgan modellari yordamida tomirlarni qayta tuzishning bir necha muhim parametrlarini tavsiflash mumkin: shoxning yopilishi (tomirlar bo'linishining plastisiyasi), tomir yana venoz chiziqqa ulanishi (plastika) unib chiqishning o'sishi), unib chiqadigan uchlarning siqilishga chidamliligi (tashqi siqilish va ichki siljish stressi o'rtasidagi muvozanat) va tashqi to'qima o'sishining tomirlarning ichki kengayishiga nisbati. Biroq, ushbu model kislorod diffuziyasini yoki embrional tomirlarni qayta tuzishda rol o'ynashi mumkin bo'lgan signal beruvchi omillarni amalga oshirmaydi.[5] Ushbu modellar ko'rilgan qon tomirlarining aksariyat tomonlarini doimiy ravishda ko'paytiradi jonli ravishda bir nechta turli xil ixtisoslashtirilgan holatlarda.[5]

Kasallikning rivojlanishini o'rganish uchun ariza

Neyropilin (A) qon tomirlarida 2 ta ifoda, (B) karsinoma to'qima, (C va D) ko'krak karsinomasi to'qimalari, neyropilin 2 va birgalikda lokalizatsiya qilingan binoni bilan CXCR4, ximokin retseptorlari. Neyropilin 2 venoz qon tomirlari uchun ma'lum bo'lgan marker bo'lib, bu o'smaning vaskulyarizatsiyasini ko'rsatadi.[21]

Embrion bo'lmagan to'qimalarda qon tomirlarini qayta qurish kasallikning rivojlanishining simptomatik belgisi hisoblanadi. Yurak-qon tomir kasalliklari dunyo miqyosida o'limning eng keng tarqalgan sabablaridan biri bo'lib qolmoqda[22] va ko'pincha blokirovka bilan bog'liq yoki stenoz dramatik biomexanik ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan qon tomirlari. Yilda o'tkir va surunkali qayta qurish, blokirovka qilingan tomir diametri pasayganligi sababli siljish stressining kuchayishi vazodilatatsiyani keltirib chiqarishi va shu bilan odatdagi siljish stress darajasini tiklashi mumkin.[6][23] Shu bilan birga, kengayish, shuningdek, tomir orqali qon oqimining ko'payishiga olib keladi, bu esa natijada bo'lishi mumkin giperemiya, zararlangan tomirning quyi qismida fiziologik tartibga solish harakatlariga ta'sir qiladi va yorilishga olib kelishi mumkin bo'lgan aterosklerotik plakalarga yuqori bosim o'tkazadi.[6] Hozirgi vaqtda qon tomirlarining tiqilib qolishi jarrohlik usuli bilan davolanadi stentlar tomirlar diametrlarini majburan ochish va normal qon oqimini tiklash. Ko'tarilgan stressning ta'sirini tushunib gomeostatik idishni blokirovkalashni davolash uchun regulyatorlar, muqobil, kam invaziv usullar ishlab chiqilishi mumkin.

O'sishi o'smalar ko'pincha yangi to'qimalarni qon bilan to'ldirish va uning ko'payishini ta'minlash uchun qon tomirlari o'sishini qayta tiklash va qon tomirlarini qayta tiklashga olib keladi.[2] Shishning o'sishi o'zini o'zi tashkil etishi va o'zini kattalar to'qimalariga qaraganda embrion to'qimalariga o'xshashroq tutishi isbotlangan.[24] Shuningdek, tomirlarning o'sishi va o'smalardagi oqim dinamikasi haqida o'ylashadi[kim tomonidan? ] ga takrorlash rivojlanayotgan embrionlarda tomir o'sishi.[2] Shu ma'noda, embrional tomirlarni qayta qurish o'smaning o'sishida faollashadigan bir xil yo'llarning modeli deb qaralishi mumkin va bu yo'llar haqidagi tushunchalarni ko'payishi o'smaning paydo bo'lishiga to'sqinlik qiladigan yangi terapevtikaga olib kelishi mumkin.[asl tadqiqotmi? ]

Aksincha, angiogenez va qon tomirlarini qayta tiklash yaralarni davolashning muhim jihati va to'qima payvandlarining uzoq muddatli barqarorligi hisoblanadi.[2] Qon oqimi buzilganida, angiogenez o'sib chiqqan tomirlarni ta'minlaydi, ular mahrum to'qimalarga ko'chib, perfuziyani tiklaydi. Shunday qilib, qon tomirlarini qayta tuzishni o'rganish, shuningdek, yarani davolashni takomillashtirish va rad etish hollarini kamaytirish orqali to'qimalarni transplantatsiyadan integratsiyalashuvi uchun yangi texnikani ishlab chiqishda muhim tushunchalarni berishi mumkin.[kimga ko'ra? ]

Adabiyotlar

  1. ^ Walls, JR, Coultas L., va boshq. (2008) Sichqoncha embrionidagi qon tomirlar rivojlanishining uch o'lchovli tahlili. PLOS ONE 3 (8): e2853. doi:10.1371 / journal.pone.0002853
  2. ^ a b v d e f g h men j k l m n o p q r s t siz v w x y z aa Jons, E.A.V., va boshq. (2006 yil dekabr). Qon tomirlari tuzilishini nima aniqlaydi? Genetika oldindan belgilanishi va gemodinamikaga qarshi. Fiziologiya 21: 388 - 395. doi:10.1152 / fiziol.00020.2006
  3. ^ Thoma, R. (1893). Untersuchungen ü ber die Histogenese und Histo- Mechanik des 1186 Gefä tizimlari. Shtutgart, Germaniya: Ferdinand Enke
  4. ^ a b v Fleury, V. (2000). Reaksiya-diffuziya modelida tarmoqlanadigan morfogenez. Jismoniy sharh E 61: 4156 - 4160. PMID  11088210
  5. ^ a b v d e f g h men j k l m n o p q r s t siz v w Nguyen, T-H., va boshq. (2006 yil iyun). Dallanadigan morfogenezning dinamikasi: qon va to'qima oqimining ta'siri. Jismoniy sharh E 73. doi:10.1103 / PhysRevE.73.061907
  6. ^ a b v d e Koller, A. va Kaley, G. (1996). Sog'lik va kasallikdagi qon tomirlarining qarshiligini siljish stressiga bog'liq tartibga solish: Endoteliyning roli. Endoteliy 4: 247 - 272. doi:10.3109/10623329609024701
  7. ^ a b v d e f g h men j k l m n o p q r s t Jons, E.A.V. (Aprel, 2010). Rivojlanayotgan qon tomirlarida mexanotransduktsiya va qon suyuqlik dinamikasi. Kanada kimyo muhandisligi jurnali 88: 136 - 143. doi:10.1002 / cjce.20290
  8. ^ a b v d e f g Forgacs, G. va Newman, SA (2005). Rivojlanayotgan embrionning biologik fizikasi. Kembrij, Buyuk Britaniya: Kembrij universiteti matbuoti. ISBN  978-0-521-78337-8
  9. ^ a b v d e f g h men Taber, LA (iyun, 2001). Yurak-qon tomir rivojlanishining biomexanikasi. Biotibbiyot muhandisligining yillik sharhi 3: 1 - 25. doi:10.1146 / annurev.bioeng.3.1.1
  10. ^ a b v d e le Noble, F. va boshq. (2003 yil oktyabr). Oqim jo‘ja embrioni sarig‘i xaltasidagi arterial-venoz differentsiatsiyani tartibga soladi. Rivojlanish 131: 361 - 375. doi:10.1242 / dev.00929
  11. ^ Moyon, D. va boshq. (2001 yil sentyabr). Qushlar embrionida arterial-venoz differentsiatsiya paytida endotelial hujayralarning plastisitivligi. Rivojlanish 128: 3359 - 3370. PMID  11546752
  12. ^ Vakimoto va boshq. (2000). Na + / Ca2 + almashinuvchisi genining maqsadli ravishda buzilishi kardiyomiyosit apoptoziga va yurak urishidagi nuqsonlarga olib keladi. Biologik kimyo jurnali 275: 36991 - 36998. doi:10.1074 / jbc.M004035200
  13. ^ Buschmann, I. va boshq. (Aprel, 2010). Pulsatil qirqish va Gja5 arterial identifikatsiyani va oqimga asoslangan arteriogenez paytida qayta qurish hodisalarini modulyatsiya qiladi. Rivojlanish 137: 2187–2196. PMID  20530546
  14. ^ a b v Jons, E.A.V. va boshq. (2004). Sutemizuvchilar rivojlanishida gemodinamik o'zgarishlarni o'lchash. Amerika fiziologiya jurnali. Yurak va qon aylanish fiziologiyasi 287: H1561 - H1569. doi:10.1152 / ajpheart.00081.2004
  15. ^ a b Chuong, KJ va Fung, YC. (1986). Arteriyalardagi qoldiq stress to'g'risida. Biomexanika jurnali 108: 189 - 192. PMID  3079517
  16. ^ Xove, J.R. va boshq. (2003). Intrakardiyak suyuqlik kuchlari embrional kardiogenez uchun muhim epigenetik omil hisoblanadi. Tabiat 421: 172 - 177. doi:10.1038 / nature01282
  17. ^ Yashiro, K. va boshq. (2007). Genetika dasturi bilan aniqlangan gemodinamika aorta kamarining assimetrik rivojlanishini boshqaradi. Tabiat 450: 285 - 288. doi:10.1038 / nature06254
  18. ^ a b v d e Lucitti, J.L. va boshq. (2007 yil iyul). Sichqoncha sarig'i sumkasini tomirlarini qayta tiklash uchun gemodinamik kuch talab etiladi. Rivojlanish 134, 3317 - 3326. doi:10.1242 / dev.02883
  19. ^ Kastier, Y. va boshq. (2009 yil mart). NF-kB ning qon oqimini qayta qurishdagi roli. Antioksidantlar va oksidlanish-qaytarilish signallari 11: 1641-1649. doi:10.1089 / ars.2008.2393
  20. ^ Fleury, V. va Shvarts, L. (1999). Vazkulyogenezning oddiy modeli sifatida siljish stressidan diffuziya cheklangan agregatsiyani. Fraktallar 7: 33 - 39. doi:10.1142 / S0218348X99000050
  21. ^ Yasuoka va boshq. (2009). Ko'krak bezi saratonida neyropilin-2 ekspressioni: limfa tugunlari metastazi bilan korrelyatsiya, yomon prognoz va CXCR4 ekspressionini boshqarish. BMC Saraton 2009 9: 220. doi:10.1186/1471-2407-9-220
  22. ^ Mendis, S. va boshq. (2011). Yurak-qon tomir kasalliklarining oldini olish va nazorat qilish bo'yicha global atlas. Jahon sog'liqni saqlash tashkiloti: Jeneva. ISBN  978-92-4-156437-3
  23. ^ Kastier, Y. va boshq. (2005 yil avgust). p47foksga bog'liq NADPH oksidaz oqim ta'sirida qon tomirlarini qayta tuzilishini tartibga soladi. Sirkulyatsiya tadqiqotlari 97: 533 - 540. doi:10.1161 / 01.RES.0000181759.63239.21
  24. ^ Dormann, S. va Deutsch, A. (2002). O'z-o'zidan tashkil qilingan avaskulyar o'smaning o'sishini gibrid uyali avtomat yordamida modellashtirish. Silico Biology 2: 393 - 406 da. PMID  12542422