平滑肌细胞异质性在脑自动调节中的作用：一项基于多尺度物理学的建模研究

背景：脑血流自动调节可在一定范围的脑灌注压内维持脑血流量稳定，但压力-血流关系的确切形态仍存在争议。经典的三相压力-血流关系近期受到挑战，因为实验显示出四相反应，有研究推测其源于依赖血管大小的压力-直径反应。我们检验了这一假设，并探讨这些依赖血管大小的反应究竟源自平滑肌细胞（SMC）丰度的异质性、SMC行为的异质性，还是两者均非其原因。方法：我们建立了一个基于物理学的脑血流自动调节计算多尺度模型，将SMC活动与血管尺度的直径调节及器官尺度的血流联系起来。研究评估了四种情景：被动血管、SMC丰度和行为均同质、SMC丰度异质，以及SMC行为异质。比较了不同情景下预测的压力-直径反应和压力-血流关系，并将其与实验观察结果进行对照。结果：与被动血管相比，均质的SMC激活仅产生了部分血流稳定作用，凸显了SMC在自动调节中的关键作用。然而，只有SMC行为异质的情景再现了实验观察到的依赖血管大小的压力-直径反应趋势。该情景与实验获得的器官尺度压力-血流关系也表现出最佳的一致性（R² = 0.93，nRMSE = 5.96%）。结论：模型提示，依赖血管大小的SMC行为是产生依赖血管大小的压力-直径反应的基础，并塑造了脑灌注压与脑血流量之间的关系。

背景：脑血流自动调节可在一定范围的脑灌注压内稳定脑血流，但压力-血流关系的确切形态仍存在争议。近期有实验显示脑血流自动调节呈四相反应，由此对经典的三相压力-血流关系提出了挑战；研究者推测，这可能源于依赖血管大小的压力-直径反应。我们对这一假设进行了检验，并探讨这些依赖血管大小的反应究竟源于平滑肌细胞（SMC）数量的异质性、SMC行为的异质性，还是两者均非其原因。

方法：我们建立了一个基于物理学的脑血流自动调节多尺度计算模型，将SMC活动与血管尺度的直径调节及器官尺度的血流联系起来。模型评估了四种情景：被动血管、均一的SMC数量和行为、异质性的SMC数量，以及异质性的SMC行为。我们比较了不同情景下预测的压力-直径反应和压力-血流关系，并将其与实验观察结果进行了对照。

结果：与被动血管相比，均一的SMC激活可产生部分血流稳定作用，凸显了SMC在自动调节中的关键作用。然而，只有SMC行为具有异质性的情景再现了实验观察到的、依赖血管大小的压力-直径反应趋势。该情景还显示出与实验获得的器官尺度压力-血流关系最佳的一致性（R平方 = 0.93，归一化均方根误差 = 5.96%）。

结论：模型提示，依赖血管大小的SMC行为是导致依赖血管大小的压力-直径反应的基础，并塑造了脑灌注压与脑血流之间的关系。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.14.751526v1?rss=1

🏷️ 脑血流自动调节 平滑肌细胞异质性 多尺度建模 压力-血流关系 脑灌注压