הבנת זרימת הדם ברמה מיקרוסקופית היא יסודית לקידום מחקר סוכרת.התיאולוגיה - המחקר של איך עיוותי דם וזרמים - עם המיקרו-קרייגול ממלא תפקיד קריטי בהתפתחות והתקדמות של סיבוכים סוכרתיים. ההתקדמות האחרונה בסימולציה חישובית מאפשרת לחוקרים לבחון את ההתנהגות המורכבת של דם בכלי זעירים, המציע תובנות שיכולות להוביל לטיפולים ממוקדים יותר ושיפורים.

מיקרו-קריבציה ו-Dibetic Complications

המיקרוסקופיול מורכב מכלי הדם הקטנים ביותר - ארטילרים, כרובות ו-venules - שם חל החלפת חמצן, חומרים מזינים ומוצרי פסולת. בסוכרת, היפרגלימיה כרונית פוגעת בטנה ההמולה של כלי שיט אלה, המוביל ל cascade של שינויים מבניים ותפקודיים.זה פוגע ברבים מהסיבוכים המידרדרים ביותר של סוכרת.

סיבוכים מיקרו-וסקולריים נפוצים

  • (FLT:0) רטינופתיה דיאביטית: FIRLT:1 (נזק לציפוי) גורם לדליפה, בצקתה, ו neovascularization, המוביל לאובדן ראייה.
  • (ב) 0 (Diabetic Nephropathy:FreaLT:1 , 000 capillary חיתוך גלמררי מפחית את יכולת סינון הכליות ויכול להתקדם לכישלון מוחלט.
  • (ב) ⁇ :0 (בלטינית:0) ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) הפחתה של תיקון רקמות ההיתוך ועלייה בסיכון לזיהום, במיוחד בתקופות הנמוכות.

מכניזם של נזקי מיקרו-וסקולרי

Hyperglycemia מייצרת מסלולים הקשורים מרובים: מוגברת polyol Path flux, הצטברות של מוצרי קצה גליקוזיה מתקדמים (גילים), הפעלה של חלבון kinase C (PKC) הוא חלקיקים, ועלייה בלחץ חמצון.עלבון ביולוגי אלה להוביל לתפקוד הרחם, עיבוי של הקרסולרי המרתף, אובדן של peryictes, והוא שינה באופן ישיר את התכונות המיקרו-דלקתיות האלה.

עבור סקירה מקיפה של סיבוכים מיקרו-וסקולריים, ראה את ה-FLT:0 American Diabetes Association של האגודה לסוכרת ReviewveFLT:1.

Blood Rheology: עקרונות יסוד

דם הוא נוזל לא-ניוטוני - העמידות שלו משתנה עם קצב הירר ומושפע מהריכוז, עיוות ועלייה של מרכיבי התא שלה.בכלי גדול יותר, הדם מתנהג כמעט כמו נוזל הומוגני, אבל במיקרו-גולגולת (שללים <300 מיקרומטר), האופי החלקי של הדם הופך לתאים אדומים קריטיים (RBC), וכדורי דם מורכבים, עם תאים מורכבים אחרים, עם קירות מורכבים אחרים, ותבניות מורכבות אחרות, עם קירות מתכת, ורקמות אחרות, עם תאים לבנים (RBC), יוצרים דם, ותבניות מורכבות), ותבניות מורכבות אחרות.

פונדקאות ופעולותיה

מכלול הדם נקבע בעיקר על ידי hematocrit (החלקיק נפח של RBCs), סטיות פלזמה (המושפע על ידי חלבונים כמו fibrinogen), ואת הנטייה של RBCs לעיוות ומגצרף. בסוכרת, סטיות גבוהות פלזמה מוגברת ועלייה של RBC regation יש לראות בדרך כלל, העלאת ההתנגדות לזרימה ב-microvesselsutation.

Red Blood Cell Deformability ו- Aggregation

RBCs נורמלי הם מאוד מובנים, המאפשר להם ללחוץ על דרך צריח capillaries מאשר קוטר מנוחה שלהם - נכס המכונה "parachute" או "tank-tread" תנועה. in Diabetes, גליקולציה של hemoglobin (HbA1c) וחיבור צלב של חלבונים membrane נוקשות, צמצום יכולת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הדימום, בנוסף לדלקת חלבונים לאחר ירידה חדה יותר.

Hematocrit ואפקטים

hematocrit הוא לעתים קרובות גבוה סוכרת נשלטת גרועה בשל התייבשות וגירוי אריתרופויניטין מוגבר.אפילו פוליציתמיה קלה מעלה באופן משמעותי את הרגישות ותורמת לסטיות מיקרו-vascular. Simulations מדגיש כי אפילו עלייה של 5% ב hematocrit יכול להכפיל את הירידה בלחץ הנדרש כדי לשמור על זרימה ב capillaries.

טכניקת סימבול

סימולציה דם בקנה מידה מיקרו דורש ללכוד הן את הדינמיקה הנוזלית של פלזמה ואת מכניקה של תאים deformable. כמה גישות חישוביות מועסקות, כל אחת עם נקודות חוזק ומגבלות.

גישות מתמשך

מודלים מתמשך מתייחסים לדם כנוזל הומוגני עם אפקט צמחי תלוי של צריח (למשל, מודל קארו) תוך יעילות חישובית, הם מתעלמים מתופעות בקנה מידה תאים חשובים כגון אפקט Fåhræus (הפחתת hematocrit בכלי קטן) ואת השכבה ללא תאים ליד הקיר.

שיטות מבוססות חלקיקים

שיטות משמעת, כגון דגמי RBC המבוססים על דיסipative (DPD) ו- Lattice Boltzmann Method (LBM) יחד עם מודלים מבוססי עונש, סימולציה תאים בודדים.טכניקות אלה יכולות לשכפל את ה- Tank-tread ו- tgesing תנועות של RBCs, aggregation רחב יותר, ואפילו WBCLulhesion. לדוגמה, סימולציות DPD הראו כי יש ירידה של תאים סוכרתיים עם רמות לחץ גבוה יותר.

מודלים בקנה מידה גדול

מחקרים מודרניים משלבים לעתים קרובות מספר רב של קשקשים: אפקטים של גליקוציית ברמה המולקולרית, עיוות ברמה התאית, וחלוקת זרימת זרימת אוויר-חברתית-רשת-הדרגתית מסוג זה מקשרים שינויים ביוכימיים (למשל, עלייה קשיחות מ-AGE crosslinks) לשינויים ב-Orice perfusion. a review of Multiscale Accesss ניתן למצוא ב-FLT:0 זה 2020 in Transthentic Identity in Transduction and Fduction and FLT: 1

ממצאים מרכזיים של סימולציות Rheological בסוכרת

מודלים Computational סיפקו תובנות כמותיות שמשלבות תצפיות ניסיוניות.

שינוי ב Hyperglycemia

סימלציה צופה כי עלייה של 30% בנוקשות של RBC membrane (עקב עם תנאי סוכרת) מובילה לעלייה של 20–40% בהתנגדות זרימה ב 10 μm capillaries. זה עלייה ההתנגדות להחמיר את capillary נדירfaction ולהפחית את החמצן לרקמות. in pancreaticlets, hypoperfusion כזה עלול לפגוע עוד חשאיות אינסולין.

הגדלת Aggregation ו Adhesion

מודלים המשלבים כוחות RBC aggregation (דידול אינטראקציות וגליון על ידי fibrinogen) להראות כי הגדלת הצטברות בסוכרת תורמת לזרימה heterogeneous יותר, עם אשכולות של RBCs גרימת occlusions transient.יתר על כן, סימולציות של WBC adhesion כדי להפעיל endotium מראה כי ביטוי מוגבר של מולקולות של מתחזים היפרגליקוציטים היפרגליקוציטים ו-רליקמיה מתגלגלת, מגביר את החיסציה מקומית.

השפעה על Perfusion ו-חמצן Transport

סימולציות של פיזור זרימה חד-פעמיות חושפות כי השילוב של עיוות מופחת, הגדלת הצטברות, ואת סטיות פלזמה גבוהה יותר להפחית את החילוץ החמצן מן המיקרו-השחון עד 25%.זה " hypoxia תרמית rheologic" עשוי לגרום HIF-1α ותורמים ל angiogenesis פתולוגי, במיוחד ברשתית.

דיון מפורט על תעבורת חמצן במיקרוסקופיות סוכרתית זמין ממאמר פתוח זה ב Frontiers בפיזיולוגיהFLT:1.

יישומים תרגומים וכיוונים עתידיים

סימולציות של הקרמטולוגיה בדם נעות מספסל לצד מיטת מיטה, המציעות כלים לפיתוח סמים, אבחון ורפואה אישית.

פיתוח סמים והקרנה

חברות תרופות להשתמש במודלים של סייקו כדי לבחון טיפולים פוטנציאליים כי נרמל את הקרמטולוגיה בדם.לדוגמה, תרופות שמכוונות ל- RBC עיוותיות (למשל, נוגדי חמצון כמו N-acetylcysteine או סוכנים אשר להפחית את הגליקומב hemoglobin) ניתן להעריך ב capillaries וירטואלי לפני ניסויים קליניים. Simulations גם לעזור לעצב סטיות עבור microcular על ידי חיזוי תבניות קיריחות.

כלים תואמים וביומרקרים

סימולציות ספציפיות לחולה, כאשר ניזונים מפרמטרים הניתנים למדידה (HbA1c, פלזמה סטיות, מדד ה- RBC aggregation Index), יכול ליצור "פרופיל סיכון פיזיולוגי" אינדיבידואלי (HbA1c), פרופילים כאלה עשויים לחזות רגישות לסיבוכים מיקרווסקולריים יותר מדויק מאשר אחד ביומרקרים.

תרופות אישיות באמצעות סימציה של המטופל

עבודה עתידית תשלב סימולציות עם נתוני הדמיה (למשל, צילום מאגרים או capillaryoscopy) כדי לשחזר רשתות מיקרו-וסקולריות ספציפיות לחולה.על ידי הדמיה של זרימת הדם ברשתות אלה, רופאים יכולים לזהות אזורים מכווצים בצורה גרועה והתערבות מדריך - כגון טיפול לייזר ברטינופתיה או אופטימיזציה של שליטה גליקולית לשיפור אלגוריתמים.

מסקנה

סימלוציה של רדיולוגיה בדם במיקרו-קריבציה מספקת עדשה רבת עוצמה שבאמצעותה להבין ולילחם בסיבוכים סוכרתיים. על ידי לכידת הגומלין המורכב בין עיוות תאי, הדבקה, חריפות, וארכיטקטורה כלי שיט, מודלים אלה חושפים כיצד שינויים מונעים היפרגליקומיה של זרימה ואספקה.המשך התקדמות בכוח חישובי, הדמיה, ומודל ספציפי לחולה מבטיח לחדד את הכלים האלה, המאפשרים מוקדם יותר, אבחון יעיל יותר, ובסופו של שיפור יעיל יותר, לאחר מכן, לאחר מכן, שיפור יעיל יותר של טיפול יעיל יותר.