Scientific abstract

ABSTRACT
The structural adaptation of the radius of blood vessels is regulated by vasoactivity on both
an acute (seconds) and long term (weeks) time scale. There are several factors that
influence vasoactivity which also influence each other, for example tone and shear stress.
This results in a mechanism for the regulation of the radius of blood vessels that contains
several loops. Therefore it is beneficial to use modelling work to describe this mechanism.
This modelling work is based on two previously done modelling studies. The first described
the regulation of vessels in a vascular network with only one variable, but resulted in
regression in to one pathway (the shortest) due to a preference for the lowest resistance.
The second model described a single segment of a blood vessel using 5 differential
equations describing acute responses and long term matrix remodelling and showed that the
combined working of these 5 differential equations describes experimental work properly.
This modelling work combines these two models and, in order to prevent regression, adds a
coupling term for both the acute and longer time scale by letting vessels share information
about their tone (tone-coupling) and slack radius (structural coupling). Results show that in
steady state, vessels are prevented from regressing interminable when structural coupling is
involved. Furthermore it is showed that shear stress (a relation between the flow and radius)
is different for larger networks and that it is not constant in a large network.
POPULAIRE SAMENVATTING
Wanneer een elektrische stroom uit meer dan twee paden mag kiezen waarvan één
de laagste weerstad biedt, zal er door dit pad meer elektrische stroom lopen in hetzelfde
tijdsinterval dan de andere paden. Als we aannemen dat de weerstand in de
stroomschakelingen niet wordt veroorzaakt door bijvoorbeeld lampjes maar de draad zelf, is
de weerstand afhankelijk van de lengte van het draad. Het bloedvatenstelsel dat in ons
lichaam loopt kunnen we ons ook zo voorstellen; ieder adertje een ander stroomdraadje met
elk een beetje weerstand. De weerstand in elk adertje zal anders zijn vanwege onder andere
de lengte en diameter van het adertje. Dus zouden we volgens de hierboven beschreven
situatie verwachten dat ons bloedvatenstelsel geen stelsel van bloedvaten is maar één lange
ader. Echter, de functie van ons bloedvatenstelsel is het uitwisselen van zuurstof en
nutriënten. Dit gebeurt in de kleinste adertjes; de haarvaten, waar de druk en stroomsnelheid
van het bloed laag genoeg is om dit proces mogelijk te maken. Dus één lange ader zou
betekenen dat er maar op één punt utwisseling van stoffen kan vinden, wat natuurlijk niet
toereikend is. Hoe komt het dan dat het bloedvatenstelsel in ons lichaam kan zijn vertakt in
vele kleine bloedvaten en nog kleinere haarvaatjes maar niet uit één lange ader bestaat?
Om te beginnen blijkt dat het proces dat de grootte van onze bloedvaten reguleert
ontzettend ingewikkeld is. Dat komt omdat het ene proces het andere beïnvloed en
omgekeerd. Daar komt bij dat we niet alleen met natuurkundige krachten rekening moeten
houden maar ook met veel biologische processen in het lichaam. En dan moeten bloedvaten
ook nog eens hun werk doen, namelijk het hele lichaam van zuurstof en nutriënten voorzien
waarvan de vraag altijd varieert (als je sport bijvoorbeeld heb je veel meer stoffen nodig dan
dat je op een stoel zit).
Gelukkig bestaan er computers die ons kunnen helpen om gecompliceerde
problemen op te lossen. We weten al dat we met vijf zogenaamde differentiaalvergelijkingen,
waarin de verandering van een variabele in de tijd wordt berekend door de afgeleide van de
tijd te nemen, de verandering in straal van een bloedvat kunnen beschrijven. Hiervoor
moeten we wel bloed door een netwerk laten stromen, anders kan het systeem zich niet
aanpassen. Maar het probleem dat het bloed de kortste weg zal kiezen is hiermee nog niet
opgelost.
De oplossing schuilt in het feit dat bloedvaten heel goed kunnen samenwerken. Zo
vertellen ze elkaar wat ze nodig hebben; ze wisselen continu informatie uit over hun status.
Dit doen ze op de korte termijn, maar ook op de lange termijn. Het blijkt namelijk zo te zijn
dat bloedvaten zich zowel aanpassen op de korte termijn als een reactie op de pulsen van
het hart, maar ook op de langere termijn om bijvoorbeeld dikker te kunnen worden. Daarom
laten we het computermodel de bloedvaten aan hun buurman-bloedvaten vertellen wat hun
reactie op de puls van het hart is alsmede wat de straal van hun bloedvat is.
De resultaten van dit onderzoek kun je zien in het honingraad figuur hiernaast. In
deze schematische weergave geeft de pijl de richting van de stroom aan. We hebben er voor
gezorgd dat bloedvaten elkaar vertellen wat hun straal is. Met dit uitwisselen van informatie
houden ze elkaar intact, zoals je ook in de figuur kunt zien. De dikke groene lijn geeft het
primaire pad aan. Deze houdt de secundaire in stand, welke weer de tertiaire in stand houdt
enzovoorts. Dus door het onderling uitwisselen van informatie zorgen de bloedvaten in ons
lichaam er voor dat ze kunnen blijven bestaan.