周细胞样血管扩张对体外微血管网络中红细胞通量影响的动态机制研究

本研究通过微流控芯片模拟周细胞介导的毛细血管扩张，首次揭示短期扩张可局部提升RBC流速和Hct（hematocrit），而长期扩张导致网络级Hct重分布和F?hr?us效应。该成果为理解神经血管耦合（neurovascular coupling）中血流调控机制提供新见解。

　　

在脑科学领域，微循环系统的精妙调控始终是解开神经血管耦合机制的关键谜题。毛细血管作为氧气输送的"最后一公里"，其直径的动态变化直接影响红细胞（RBC）的分布和流速。传统观点认为，镶嵌在毛细血管壁上的周细胞（pericyte）通过收缩舒张调控管径，但关于这种调控的时空效应一直存在争议：究竟是快速局部响应，还是缓慢全局调节？更令人困惑的是，在阿尔茨海默病等病理状态下，周细胞功能障碍如何导致微循环紊乱？这些问题的解答对理解脑功能激活和疾病机制至关重要。

瑞士伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心（ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, University of Bern）的研究团队创新性地构建了仿生微流控系统，通过精确控制"液压阀门"模拟周细胞介导的血管扩张，首次揭示了不同持续时间血管扩张对RBC动力学的差异化影响。这项发表在《Microvascular Research》的研究，为破解神经血管耦合的流体力学密码提供了关键实验证据。

研究采用三大核心技术：1）具有蜂窝状网络的PDMS微流控芯片，通道尺寸9.6×8μm²精准模拟真实毛细血管；2）液压驱动系统实现18.45%截面扩张，模拟Hall等报道的体内周细胞松弛效应；3）高速显微成像（395fps）结合PTVlab粒子追踪，定量分析RBC速度u_RBC和管状血细胞比容H_t的动态变化。实验使用健康志愿者来源的RBC悬浮液（H_r=10%），通过控制压力泵在5s内完成直径渐变，模拟生理性扩张过程。

【动态响应】短期扩张（7s）使邻近通道C2的RBC速度提升5.82%，H_t增加12.48%，而远端通道C3变化<1%，证实局部效应占主导。液压阀门附近的流场变化呈现典型偶极子模式，符合多孔介质中局部孔隙率改变的理论预测。

【稳态转变】长期扩张（25.3s）引发全局性改变：虽然阀门附近最大速度增幅达8.92%，但网络整体H_t下降4.58%，RBC通量Q_RBC降低达25.39%，呈现显著的网络F?hr?us效应。这意味着RBC从低流速通道向高流速通道的持续迁移。

【机制解析】研究提出双阶段调控模型：初期（分钟级）周细胞松弛通过降低局部液压阻力形成"流场扰动源"，表现为u_RBC的局部提升；后期（十分钟级）RBC的跨网络重分布引发整体阻抗变化，最终导致 paradoxical的血流增加但氧输送效率下降。

这项研究颠覆了传统认知：1）单个周细胞的调控具有明确的空间局限性（约85μm范围）；2）持续激活会导致"微循环盗血"现象，这解释了为何生理状态下需要多周细胞协同激活；3）RBC的尺寸效应（人类MCV=87.4μm³）显著影响分区行为，提示跨物种研究的局限性。这些发现为脑血管疾病的治疗策略提供了新思路——针对周细胞的时空调控可能比单纯扩大管径更能有效改善脑组织灌注。未来研究可拓展至多焦点扩张模型，更真实模拟神经活动引发的血管响应网络。