基于力平衡的血管适应模型:以多头绒泡菌为案例研究
软凝聚态物质
2023-03-06 v2 生物物理
摘要
理解血管适应,即是什么驱动静脉收缩或生长,是流网络自组织及其优化的关键。从流网络在固定代谢成本下最小化流动耗散的自顶向下原理出发,人们假设弥漫于静脉的流动所产生的剪切速率驱动静脉适应。然而,关于流动力如何影响静脉动力学尚无自底向上的推导。从力平衡的物理原理来看,剪切速率平行于静脉壁作用,因此直观上剪切速率只能拉伸静脉而不能使其扩张或收缩。本文中,我们通过在模型生物多头绒泡菌(Physarum polycephalum)血管网络的背景下理论考察静脉壁上的力平衡,解决了这一悖论。基于先前对交联凝胶的力学研究,我们提出剪切诱导肌动蛋白–肌球蛋白凝胶的非线性、各向异性响应,该响应构成静脉壁并确实可驱动静脉扩张。此外,我们的力平衡方法使我们识别出剪切反馈发生在典型时间尺度上,且典型目标剪切速率并非材料的普适属性,而是平滑依赖于静脉在网络中的位置。特别地,目标剪切速率与静脉的静水压力相关,这凸显了压力在血管适应中的作用。最后,由于我们的推导基于力平衡与流体力学,我们相信该方法可推广至其他生物的血管适应。
引用
@article{arxiv.2303.01439,
title = {Vascular adaptation model from force balance: Physarum polycephalum as a case study},
author = {Sophie Marbach and Noah Ziethen and Karen Alim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.01439},
year = {2023}
}