红细胞的“流量”有助于大脑氧合的变化

　　

 

   

图片:研究人员发现，红细胞“流量”(顶部灰色条)似乎有助于氧合波动(白线)，而这与神经活动的变化无关(底部蓝色…

资料来源:Drew Lab和Yongsoo Kim Lab

充足的血流量为大脑提供氧气和营养物质，但氧合倾向于以一种独特的、一致的方式波动。然而，人们对这种多样化活动的根源知之甚少。

现在，宾夕法尼亚州立大学的研究人员已经确定了这种波动的一个原因:红细胞通过毛细血管流速的固有随机性。据研究人员称，这种随机性可能会对理解神经退行性疾病(如阿尔茨海默氏病)的生物形成机制产生潜在影响。他们今天(7月15日)在《公共科学图书馆·生物学》杂志上发表了他们的发现。

工程科学和力学、神经外科和生物医学工程哈克杰出副教授Patrick Drew说:“这些氧合波动也发生在其他组织中，比如肌肉。”“我们当时的问题是:这些波动是由神经活动引起的，还是其他什么原因?”

这种波动类似于1/f噪音，这是一种统计模式，显示出由许多小波动组成的大波动，从股票市场价格到河流高度等各种现象自然发生。德鲁说，研究人员调查了老鼠的大脑波动，因为它们的大脑与人类的相似。德鲁也是宾夕法尼亚州立大学神经科学研究所的副主任。

首先，研究人员监测了清醒小鼠的血液流量、氧合和大脑活动产生的电信号——据德鲁说，这是第一次同时跟踪后两者。他们在老鼠在一个球形跑步机上每次运动40分钟的过程中收集数据。

接下来，为了研究大脑活动和氧合波动之间的关系，研究人员使用药物化合物暂时和可逆地抑制小鼠大脑中的神经信号。尽管沉默，波动继续，显示神经活动和氧合之间几乎没有关联。

然而，红血球的传递却告诉我们一个不同的故事。使用双光子激光扫描显微镜，一种用于可视化活组织深处细胞的成像技术，研究人员可以可视化单个红细胞通过毛细血管的通道。

“就像交通一样，”德鲁说。“有时有很多车经过，交通堵塞，有时又没有。当红细胞接近交汇处时，它们会向两边移动，所以这种随机流动会导致血管堵塞和停滞。”

将实验数据导入统计模型使研究人员能够进行进一步的模拟，并根据模型产生的大量数据进行推断。研究人员发现，这些随机的红细胞停止有助于氧合作用的波动，进一步支持了红细胞通过毛细血管的流动和形成更大趋势的氧合作用的微小变化之间的关系。

德鲁说，更好地了解血液流动的调节和随后的氧气运输可以帮助研究人员改进医疗技术，并探索阿尔茨海默氏症等疾病的原因。虽然研究人员确定了红细胞运输和氧化作用之间的联系，但还需要进一步的研究来调查氧化作用波动的其他因素，这些因素可能在神经退行性疾病中发挥作用。

分子细胞与整合生物科学学院间研究生项目的Kyle Gheres也参与了这篇论文。张庆光，工程科学与力学助理研究教授，论文第一作者。这项工作得到了美国国立卫生研究院的支持。

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