CSD後の持続的血管収縮の数理モデル

A mathematical model for persistent post-CSD vasoconstriction.

• Shixin Xu
• Joshua C Chang
• Carson C Chow
• Kevin C Brennan
• Huaxiong Huang

抄録

皮質拡散抑制（CSD）は、皮質脳組織における比較的遅い波の伝播であり、脳卒中や片頭痛などの多くの病態と関連している。既存の文献の多くは、膜電位の脱分極・再分極や大きなイオンシフトなどの短期的な現象のダイナミクスを研究している。ここでは、CSD後の神経血管機能不全の1時間後の状態に焦点を当てています。この機能不全状態には、広範囲の血管収縮と神経血管結合の全般的な障害が含まれている。我々は数理モデルを用いて、血管平滑筋細胞のミトコンドリア内で凝集したカルシウムの溶解が、1時間にもわたって障害を引き起こすことを実証した。我々は、カルシウムのクリアランス速度と全体的な血流に対する動的な意味合いをモデル化した。反応の化学量論に基づいて、リン酸カルシウムの溶解がF0F1-ATP合成酵素活性の維持に与える影響を定量化する。

Cortical spreading depression (CSD) is the propagation of a relatively slow wave in cortical brain tissue that is linked to a number of pathological conditions such as stroke and migraine. Most of the existing literature investigates the dynamics of short term phenomena such as the depolarization and repolarization of membrane potentials or large ion shifts. Here, we focus on the clinically-relevant hour-long state of neurovascular malfunction in the wake of CSDs. This dysfunctional state involves widespread vasoconstriction and a general disruption of neurovascular coupling. We demonstrate, using a mathematical model, that dissolution of calcium that has aggregated within the mitochondria of vascular smooth muscle cells can drive an hour-long disruption. We model the rate of calcium clearance as well as the dynamical implications on overall blood flow. Based on reaction stoichiometry, we quantify a possible impact of calcium phosphate dissolution on the maintenance of F0F1-ATP synthase activity.