dc.contributor.author
Reglin, Bettina E.
dc.date.accessioned
2018-06-07T19:58:06Z
dc.date.available
2011-03-14T08:53:25.137Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/6578
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-10777
dc.description.abstract
Blutgefäße sind in der Lage, ihre Struktur kontinuierlich an wechselnde
Bedingungen und funktionelle Anforderungen anzupassen (Angioadaptation).
Hierfür müssen für alle Gefäße genetisch determinierte Reaktionsmuster
(Adaptationsregeln) existieren. Für die Analyse dieser Adaptationsregeln sind
reduktionistische Untersuchungsansätze allein nicht hinreichend, um die
komplexen Wechselwirkungsbeziehungen in Gefäßnetzwerken abzubilden. In den
vorliegenden Studien wurden deshalb biologische Experimente mit theoretischen
Modellsimulationen kombiniert. Als biologische Ausgangs- und Vergleichsdaten
wurden mit Hilfe der Intravitalmikroskopie Parametersätze aller Gefäße (u. a.
Durchmesser, Strömungsgeschwindigkeit, Topologie) von Mikrogefäßnetzwerken
bestimmt. Die theoretischen Analysen wurden mit einem in der Arbeitsgruppe
entwickelten mathematischen Modell der strukturellen Durchmesseradaptation
durchgeführt, das im Rahmen der vorliegenden Studien weiterentwickelt und auf
zusätzliche Fragestellungen angewandt wurde. In diesem Modell reagieren alle
Gefäße gemäß einem einheitlichen Satz von Adaptationsregeln auf Stimuli, die
von hämodynamischen (Blutströmung, Wandschubspannung, transmuraler Druck,
Wandspannung) und metabolischen (Sauerstoffpartialdruck) Bedingungen
abgeleitet werden. In dieser Arbeit werden drei Studien zur strukturellen
vaskulären Adaptation zusammengefasst. (A) Die Rolle verschiedener Mechanismen
des Informationstransfers (hämodynamische Kopplung über Blutströmung und
Druck, Konvektion von Sauerstoff und anderen Metaboliten im Blut, Konduktion
vasoaktiver Stimuli entlang der Gefäßwände) für die Netzwerkadaptation wurde
durch selektive Blockade dieser Mechanismen in dem Modell („mathematical
knockout“) untersucht. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die
hämodynamische Kopplung über Blutströmung der wesentliche Mechanismus des
Informationstransfers für die strukturelle Anpassung auf Änderungen des
kapillären Sauerstoffbedarfs ist (Pries et al., Am J Physiol 2003 Jun;
284(6):H2204-12). (B) Das vorhandene Modell der Durchmesseradaptation wurde zu
einem integrierten Modell der Adaptation von Gefäßdurchmesser und -wanddicke
weiterentwickelt. Somit können erstmalig die in vivo beobachteten Verteilungen
beider Parameter in Gefäßnetzwerken durch wenige und einfache
Adaptationsregeln erklärt werden. Die mit dem Modell mögliche Analyse von
hämodynamischem Widerstand und mikrovaskulärer Wandstruktur in Gefäßnetzwerken
ist u. a. von Bedeutung für das Verständnis der arteriellen Hypertonie (Pries
et al., Hypertension. 2005 Oct; 46(4):725-31). (C) Die Lokalisation von
Sauerstoffsensoren wurde mit dem Modell der Durchmesseradaptation untersucht,
das um die Simulation der Diffusion von Sauerstoff und vasoaktiven Metaboliten
im Gewebe erweitert wurde. Obwohl experimentelle Befunde die Freisetzung
vasoaktiver Substanzen in Reaktion auf einen niedrigen Sauerstoffgehalt für
Gewebe, Gefäßwand und Erythrozyten gezeigt haben, legen die Ergebnisse nahe,
dass überraschenderweise die Gefäßwand die zentrale Rolle in der metabolischen
Kontrolle der strukturellen Gefäßdurchmesser spielt (Reglin et al., Am J
Physiol 2009 Dec; 297(6):H2206 19).
de
dc.description.abstract
Vessel segments are capable of continuous adaptive structural changes in
response to varying conditions and functional demands (angioadaptation). This
requires genetically determined reaction patterns (adaptation rules) for all
vessels. The understanding of these adaptation rules is not readily achieved
using reductionist experimental approaches because of the complex functional
interactions within microvascular networks. Thus, in the present studies
biological experiments were combined with theoretical model simulations.
Parameter sets of all vessel segments (among others diameter, flow velocity,
topology) of microvascular networks were determined by intravital microscopy
and served as model input and for comparison of model output values. For
theoretical analysis, an existing mathematical model of structural vessel
diameter adaptation was used, which was developed and applied to additional
questions in the present studies. In the model, all vessels respond to stimuli
derived from hemodynamic (blood flow, wall shear stress, transmural pressure,
wall stress) and metabolic (oxygen partial pressure) conditions according to a
uniform set of adaptation rules. Here, three studies analyzing structural
vascular adaptation are combined. (A) The role of various mechanisms of
information transfer (hemodynamic coupling by blood flow and pressure,
convection of oxygen and other metabolites with the blood, conduction of
vasoactive stimuli along vessel walls) for network adaptation was studied by
selectively blocking these mechanisms in the model (“mathematical knockout”).
The results indicate, that hemodynamic coupling by blood flow is the main
mechanisms of information transfer for structural adaptation to changes in
capillary oxygen demand (Pries et al., Am J Physiol 2003 Jun;
284(6):H2204-12). (B) The existing model was advanced to an integrated
adaptation model of vascular diameter and wall thickness. Thus, for the first
time distributions of both parameters in vascular networks observed in vivo
can be explained by a restricted set of elementary adaptation rules. The
analysis of hemodynamic flow resistance and microvascular wall structure in
vascular networks with the model is relevant for understanding arterial
hypertension (Pries et al., Hypertension. 2005 Oct; 46(4):725-31). (C)
Localization of oxygen sensors was analyzed using the model of diameter
adaptation, extended by the simulation of diffusion of oxygen and vasoactive
metabolites in the tissue. Though experimental studies have shown the release
of vasoactive substances in response to low oxygen content in tissue, vessel
wall and erythrocytes, present results suggest that surprisingly the vessel
wall seems to play the central role in the metabolic control of structural
vessel diameter (Reglin et al., Am J Physiol 2009 Dec; 297(6):H2206-19).
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
angioadaptation
dc.subject
vascular diameter
dc.subject
vascular wall thickness
dc.subject
model simulation
dc.subject
oxygen diffusion
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Strukturelle vaskuläre Adaptation in terminalen Strombahnen
dc.contributor.contact
bettina.reglin@charite.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. med. A. R. Pries
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. habil. A. Deußen
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. Th. Unger
dc.date.accepted
2011-04-08
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000021255-6
dc.title.subtitle
Analyse mit Hilfe mathematischer Modellsimulationen
dc.title.translated
Structural vascular adaptation in terminal vascular beds
en
dc.title.translatedsubtitle
analysis by mathematical model simulations
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000021255
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000009003
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access