Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hình thành mẫu không gian trong phổi
Tóm tắt
Các khuyết tật thông gió phân cụm là một đặc trưng nổi bật của bệnh hen suyễn, thường được quan sát thông qua các nghiên cứu hình ảnh trong các cơn hen. Các cơ chế dẫn đến sự hình thành của những cụm này là mối quan tâm lớn trong việc hiểu về bệnh hen suyễn. Bởi vì các cụm thay đổi từ sự kiện này đến sự kiện khác, nhiều nhà nghiên cứu tin rằng chúng xảy ra do các nguyên nhân động học, chứ không phải nguyên nhân cấu trúc. Để nghiên cứu sự hình thành của những cụm này, chúng tôi xây dựng và phân tích một mô hình dựa trên mạng của phổi, xem xét cả vai trò của tính hai trạng thái ở đường thở và một cơ chế để tổ chức cấu trúc không gian. Trong mô hình này, chúng tôi chỉ ra cách và lý do mà nghiệm thông gió đồng nhất trở nên không ổn định, và trong những điều kiện nào nghiệm không đồng nhất dẫn đến nghiệm phân cụm. Kích thước của các cụm kết quả được chỉ ra là phát sinh từ cấu trúc của các giá trị riêng và véc tơ riêng của hệ thống, cho phép không chỉ các nghiệm phân cụm mà còn cả các nghiệm ô bàn cờ (không vật lý). Chúng tôi cũng xem xét hiệu suất hô hấp của các nghiệm phân cụm trong phổi bị co bóp nghiêm trọng, chỉ ra rằng việc ổn định nghiệm đồng nhất có thể có lợi trong một số trường hợp. Các mở rộng đến các mạng lục giác và lập phương cũng được nghiên cứu.
Từ khóa
#khuyết tật thông gió #bệnh hen suyễn #mô hình lưới #tính hai trạng thái #hiệu suất hô hấpTài liệu tham khảo
Affonce DA, Lutchen KR (2006) New perspectives on the mechanical basis for airway hyperreactivity and airway hypersensitivity in asthma. J Appl Physiol 101:1710–1719
Anafi RC, Wilson TA (2001) Airway stability and heterogeneity in the constricted lung. J Appl Physiol 91(3):1185–1192
Bilek AM, Dee KC, Gaver DP (2003) Mechanisms of surface-tension-induced epithelial cell damage in a model of pulmonary airway reopening. J Appl Physiol 94(2):770–783
Donovan GM, Sneyd J, Tawhai MH (2012) The importance of synergy between deep inspirations and fluidization in reversing airway closure. PloS one 7(11)
Ermentrout BG, Edelstein-Keshet L (1993) Cellular automata approaches to biological modeling. J Theor Biol 160(1):97–133
Horsfield K, Dart G, Olson DE, Filley GF, Cumming G (1971) Models of the human bronchial tree. J Appl Physiol 31:207–217
Kay SS, Bilek AM, Dee KC, Gaver DP (2004) Pressure gradient, not exposure duration, determines the extent of epithelial cell damage in a model of pulmonary airway reopening. J Appl Physiol 97(1):269–276
Keener JP (1987) propagation and its failure in coupled systems of discrete excitable cells. SIAM J Appl Math 47(3):556–572
Lai-Fook SJ (1979) A continuum mechanics analysis of pulmonary vascular interdependence in isolated dog lobes. J Appl Physiol 46:419–429
Lambert RK, Wilson TA, Hyatt RE, Rodarte JR (1982) A computational model for expiratory flow. J Appl Physiol 52:44–56
Ma B, Sanderson M, Bates JHT (2013) Airway-parenchymal interdependence in the lung slice. Resp Physiol Meurobiol 185(2):211–216
Ma B, Breen B, Bates JHT (2013) Influence of parenchymal heterogeneity on airway-parenchymal interdependence. Resp Physiol Neurobiol 188(2):94–101
Ma B, Bates JHT (2014) Mechanical interactions between adjacent airways in the lung. J Appl Physiol 116:628–634
Nekorkin VI, Makarov VA, Kazantsev VB, Velarde MG (1997) Spatial disorder and pattern formation in lattices of coupled bistable elements. Phys D Nonlinear Phenom 100(3):330–342
Plahte E (2001) Pattern formation in discrete cell lattices. J Math Biol 43(5):411–445
Politi AZ, Donovan GM, Tawhai MH, Sanderson MJ, Lauzon AM, Bates JHT, Sneyd J (2010) A multiscale, spatially distributed model of asthmatic airway hyper-responsiveness. J Theor Biol 266(4):614–624
Rodriguez-Roisin R, Antoni F, Daniel N, Agusti AG, Wagner PD, Roca J (1991) Ventilation-perfusion mismatch after methacholine challenge in patients with mild bronchial asthma. Am Rev Resp Dis 144(1):88
Skander L, Porra L, Albu G, Trouillet N, Suhonen H, Peták F, Sevestre H, Suortti P, Sovijärvi A, Habre W et al (2013) Role of cellular effectors in the emergence of ventilation defects during allergic bronchoconstriction. J Appl Physiol 115(7):1057–1064
Tee GJ (1963) A novel finite-difference approximation to the biharmonic operator. Comput J 6(2):177–192
Tee GJ (2007) Eigenvectors of block circulant and alternating circulant matrices. N Z J Math 36:195–211
Tgavalekos NT, Tawhai M, Scott Harris R, Mush G, Vidal-Melo M, Venegas JG, Lutchen KR (2005) identifying airways responsible for heterogeneous ventilation and mechanical dysfunction in asthma: an image functional modeling approach. J Appl Physiol 99(6):2388–2397
Thorpe WC, Bates JHT (1997) Effect of stochastic heterogeneity on lung impedance during acute bronchoconstriction: a model analysis. J Appl Physiol 82(5):1616–1625
Tzeng Y-S, Lutchen K, Albert M (2009) The difference in ventilation heterogeneity between asthmatic and healthy subjects quantified using hyperpolarized 3he mri. J Appl Physiol 106(3):813–822
Venegas JG, Winkler T, Musch G, Vidal Melo MF, Layfield D, Tgavalekos N, Fischman AJ, Callahan RJ, Giacomo B, Scott HR (2005) Self-organized patchiness in asthma as a prelude to catastrophic shifts. Nature 434(7034):777–782
Wagner PD, Hedenstierna G, Bylin G (1987) Ventilation-perfusion inequality in chronic asthma. Am Rev Resp Dis 136(3):605–612
Wang Y, Golubitsky M (2005) Two-colour patterns of synchrony in lattice dynamical systems. Nonlinearity 18(2):631
World Health Organization (2007) Global surveillance, prevention and control of chronic respiratory diseases: a comprehensive approach
Yalcin HC, Perry SF, Ghadiali SN (2007) Influence of airway diameter and cell confluence on epithelial cell injury in an in vitro model of airway reopening. J Appl Physiol 103(5):1796–1807