多囊肾病中血管分支改变的建模

生物网络的分析涵盖广泛领域，从蛋白质-蛋白质相互作用网络的基因组研究，到生物优化的树状血管网络的生理学研究。可以肯定的是，不同的生物网络具有不同的优化准则，我们感兴趣的是那些为循环系统内流体传输而优化的网络。目前存在许多理论。例如，分布性血管几何数据通常符合一个理论模型，该模型要求同时最小化层流功率损失和与维持系统所需材料总体积成正比的代价函数（Murray 定律）。然而，这个优化系统如何因疾病而崩溃（或改变）尚未在分支几何和几何相互关系方面详细表征。这对于理解血管系统在功能需求变化下如何重塑很重要。例如，在多囊肾病（PKD）中，剧烈的囊肿发展可能导致血管几何的显著改变（或血管变化可能是前驱事件）。理解这些改变可以更好地理解早期疾病以及治疗干预的开发和表征。我们开发了一个最优传输网络模型，模拟健康和疾病中的分布性血管系统，以更好地理解可能因 PKD 而发生的改变。我们发现，减少的灌注区域、扩张的分布性血管和血管稀疏都是该理论模型推导出的囊肿发展的后果，并且是局部肾组织灌注需求异质性增加的直接结果。