Мозг живёт только пока в нём течёт кровь. Сбой в этом ритме — и мы получаем инсульт, болезнь Альцгеймера (БА), а то и последствия черепно-мозговых травм. Казалось бы, врачи давно знают, что сосуды — это магистрали жизни. Но как именно мозг подстраивает поток крови, особенно в самых мелких канальцах, — до конца никто не понимал.
Между крупными артериями и микроскопическими капиллярами притаилась “переходная зона”: проникающие артериолы, прекапиллярные артериолы и капиллярные сфинктеры. Эти структуры — что-то вроде перекрёстков с умными светофорами. Только вот насколько велик их вклад, особенно при повышенной активности мозга, до сих пор спорили.
Модель, которая видит больше
Инженеры из Колледжа инженерии и компьютерных наук Университета Флориды Атлантик (Florida Atlantic University) и Института сенсорных технологий I-SENSE (FAU Sensing Institute) создали детальную компьютерную модель сосудистой сети мозга мыши. Каждый сосуд в этой модели — миниатюрный клапан, который можно “открывать” или “закрывать” в зависимости от ситуации.
Модель учитывает два ключевых процесса: гемодинамику (движение крови по сосудам) и вазодинамику (активное изменение их диаметра). Совмещая эти параметры, учёные показали, как разные типы сосудов работают в связке, чтобы удерживать кровоток в норме — будь то скачок давления или резкий всплеск активности в каком-то участке мозга.
Точность проверяли, сравнивая расчёты с реальными биологическими данными.
Четыре фазы и “зона комфорта”
Результаты, опубликованные в журнале «PLOS ONE», показали: при очень низком давлении поток падает до опасных значений. При умеренном — система выходит на “сладкую точку”, где кровоток стабилен. Но если давление растёт выше порога, контроль теряется, и поток начинает быстро усиливаться — рискуя повредить тонкие стенки сосудов.
Рамин Пашаи (Ramin Pashaie), научный сотрудник и профессор кафедры электротехники, компьютерных наук и биомедицинской инженерии Университета Флориды Атлантик (Florida Atlantic University), поясняет:
“Не все сосуды одинаково важны. Именно переходные сосуды — между артериями и капиллярами — делают самые критичные корректировки, защищая мозг и сохраняя постоянную подачу кислорода и питательных веществ”.
Но есть предел: эндотелиальные клетки могут сжиматься только до определённой степени. Дальше — контроль ослабевает, и стенки сосудов начинают испытывать стресс.
Мозг в работе
Модель также показала, что при функциональной гиперемии (росте кровотока при работе мозга) лидеры меняются в зависимости от глубины. В поверхностных слоях регулировку берут на себя сфинктеры и сосуды переходной зоны, глубже — проникающие артериолы.
Это не просто научное любопытство: точное понимание распределения ролей может помочь в диагностике и лечении целого ряда неврологических болезней.
От мозга к глазам
Исследование стало частью большого проекта инженеров Университета Флориды Атлантик (Florida Atlantic University), которые разрабатывают метод раннего выявления БА… через обычный офтальмологический осмотр. Гипотеза такова: сбои в регуляции кровотока мозга начинаются на самых ранних стадиях болезни, параллельно ухудшается и кровоснабжение сетчатки. А её сосуды можно изучать неинвазивно.
Если подтвердить взаимосвязь, изображения сетчатки можно будет анализировать с помощью алгоритмов искусственного интеллекта, чтобы диагностировать БА и определять стадию болезни.
Наука без границ
Стелла Баталама (Stella Batalama), научный сотрудник и декан Колледжа инженерии и компьютерных наук Университета Флориды Атлантик (FAU College of Engineering and Computer Science), отмечает:
“Эти данные не просто добавляют деталей в учебники физиологии. Они могут перевернуть подход к лечению неврологических заболеваний и травм мозга. Мы объединяем компьютерное моделирование с биологией — и выходим на уровень, который раньше был недостижим”.
Литература:
Hadi Esfandi et al, Depth-dependent contributions of various vascular zones to cerebral autoregulation and functional hyperemia: An in-silico analysis, PLOS One (2025). DOI: 10.1371/journal.pone.0321053
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики ООО «ВеронаМед» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей.
E-mail для связи – xuslan@yandex.ru;
