[論文レビュー] An improved model of an actively contracting lymphatic vessel composed of several lymphangions: pumping characteristics

Christopher Bertram, C. Macaskill+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2015

Proteins in Food Systems参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、不活性期と中間リンパ血管部の圧力定義を組み込むことで、多リンパ血管部リンパ管の計算モデルを改善し、ポンプ機能が静的径間圧関係に極めて敏感であることが明らかになった。主な発見として、最大流量は径のスケーリングに伴い増加し、圧力のスケーリングに伴い減少するが、入口圧力が収縮を維持できるほど高く、かつ崩壊を避けるほど低い場合に最適な性能が得られる。

ABSTRACT

Using essentially our 2011 numerical model of a multi-lymphangion segment of a collecting lymphatic vessel, but augmented by inclusion of a refractory period and definition of a mid lymphangion pressure, we explore the effect of several parameters on the form of pump function curves. Pump function is sensitively dependent on the shape of the passive constitutive relation between lymphangion diameter and transmural pressure. Maximum flow-rate increases with the diameter scale applied to the constitutive relation and decreases with the pressure scale. Both maximum flow-rate and maximum pressure difference which can be overcome increase as the excess of lymphangion chain inlet pressure over external pressure is reduced, until inlet pressure is low enough that lymphangion collapse intervenes. The results are discussed in comparison with findings from biological experiments.

研究の動機と目的

• 主要な生物物理学的パラメータを精緻化することで、多リンパ血管部リンパ管のより生理的に正確なモデルの構築を目的とする。
• リンパ血管部径と静的圧の間の静的構成関係がポンプ機能に与える影響を調査すること。
• 圧力スケーリング、径スケーリング、および入口圧力がポンプ効率と流量容量に与える影響を検討すること。
• 生物学的リンパ管機能に関する実験的データとモデル予測を比較すること。

提案手法

• 複数のリンパ血管部を有する収縮性リンパ管セグメントの2011年数値モデルの適応。
• 平滑筋の収縮後回復を模倣するための不活性期の組み込み。
• 血管鎖に沿った圧力勾配をより正確に表現するための中間リンパ血管部圧力の定義。
• ポンプ行動の主要な決定要因として、リンパ血管部径と静的圧の間の静的構成関係の使用。
• ポンプ機能曲線への影響を評価するため、径および圧力スケーリング要因のパラメトリック変動。
• 外部圧に対して変化する入口圧の下でのポンプ機能のシミュレーションにより、性能のしきい値を同定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リンパ血管部径と静的圧の間の静的構成関係の形状がポンプ機能に与える影響は何か？
• RQ2 径および圧力スケーリング要因が最大流量および克服可能な圧力差に与える影響は何か？
• RQ3 外部圧に対して入口圧がどのように変化するかが、リンパ血管部の崩壊が生じるまでのポンプ性能に与える影響は？
• RQ4 不活性期および中間リンパ血管部圧力の組み込みが、モデルの現実性および予測精度をどの程度向上させるか？
• RQ5 シミュレーション結果は、生物学的リンパ管研究からの実験的観察とどのように一致するか？

主な発見

• 最大流量は、静的構成関係に適用される径スケーリングに伴い増加する。
• 最大流量は、構成関係における圧力スケーリングが増加するにつれて減少する。
• 克服可能な圧力差は、入口圧が外部圧を上回る余裕が小さくなるに従い増加するが、リンパ血管部の崩壊に達するまでの点まで続く。
• リンパ血管部の崩壊は、入口圧が低すぎる場合に性能を制限し、機能的入口圧の下限を設定する。
• ポンプ機能は、静的径間圧関係の形状に極めて敏感である。
• 不活性期および中間リンパ血管部圧力の組み込みにより、モデルの忠実性が向上し、生理的ポンプダイナミクスのより正確なシミュレーションが可能になった。