Multiscale Model for Ion Transport in Cellular Media and Applications in Smooth Muscle Cells
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Ion transport in biological tissues is crucial in the study of many biological and pathological problems. Some multi-cellular structures, like the smooth muscles on vessel walls, can be treated as periodic bi-domain structures consisting of the intracellular space (ICS) and extracellular space (ECS) with semipermeable membranes in between. In this work, we first use a multi-scale asymptotic method to derive a macroscopic homogenized bidomain model from the microscopic electro-neutral (EN) model with different diffusion coefficients and nonlinear interface conditions. Then, the obtained homogenized model is applied to study ion transportation and micro-circulation in multi-celluar tissues under the impact of agonists, an internal calcium source, and extracellular potassium. Our model serves as a useful bridge between existing ordinary differential equation models and partial differential models that take into consideration spatial variation. On the one hand, numerical results show that ECS variables are almost invariant in the first two scenarios and confirm the validity of existing single-domain models, which treat variables in the ECS as constants. On the other hand, only the bidomain model is applicable to consider the effect of local extracellular potassium. Finally, the membrane potential of syncytia formed by connected cells is found to play an important role in the propagation of oscillation from the stimulus region to the non-stimulus region. Author summary Smooth muscle cells (SMCs) play a vital role in neurovascular coupling, which is the mechanism by which changes in neural activity are linked to alterations in blood flow. Dysfunctional SMCs can have significant implications for human health. The activation of SMCs is primarily regulated by the intracellular concentration of calcium ions (Ca2+). A multi-scale model for ion transport in multicellular tissue with varying connectivity has been proposed to investigate SMC activation under different stimuli. The simulation results confirm the critical role of gap junctions in wave propagation and vasoconstriction in the vessel wall. The blockage of gap junctions prevents the spread of the wave. Furthermore, the propagation of membrane potential is the primary cause of wave propagation.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».