视神经的脑脊髓流清除：多域电渗模型

有效的代谢废物清除和维持离子稳态对于中枢神经系统的健康和正常功能至关重要。为理解其机制及流体流动作用，本文发展了一种视神经微循环的多域电渗模型，将水压和渗透性流体输运与跨轴突、胶质、细胞外空间以及动脉/静脉/毛细血管周周氏空间中电扩散性物质运动耦合。脑脊髓液通过动脉周周氏空间进入视神经，经过胶质和细胞外空间后通过静脉周周氏空间排出。穿过星形胶质细胞末梢的交换是关键性的，存在两种相互耦合的路径：通过AQP4跨越胶质膜和胶质末梢之间的间隙，从而建立了视神经输运两种模式的机制：静息状态和刺激诱导的扰动。参数扫描显示，降低AQP4介导的流体渗透性或周周氏空间渗透性会升高压力，抑制径向交换并减慢清除速度，尤其对依赖于PVS V输出的溶质影响最为显著。该模型再现了基线和刺激诱导的流动，证明了PVS介导的输出是小分子和中等分子清除的主要途径。小分子因快速的细胞外扩散扩大其分布并增强细胞外PVS交换，因而清除更快；而中等分子则由于细胞外扩散性较低，依赖于穿越胶质末梢的转移，并通过PVS V对流更慢地清除。我们的框架还可用于机械性地解释睡眠-清醒效应：扩大细胞外容积或渗透性会增加跨界面通量并加快废物清除。