A computational model representative of cardiovascular circulation was built using 12 standard lumped compartments. Especially, both the baroreceptor reflex and the cardiopulmonary reflex control model were implemented to explain the auto-regulation of cardiovascular system. Another important aspect of this model is to utilize the impulse-response curve of the nerve system in transferring the impulse error signals to autonomous nerve system. For the verification of this model, we have computed the normal hemodynamic conditions and compared those with the clinical data. Then. hemodynamic shock of 20% hemorrhage to cardiovascular system was simulated to test the effects of the control system model. The results of these two simulations were well matched with the experimental ones. The steady state LBNP simulation was also performed. The transient changes of hemodynamic variables due to ramp increase of bias pressure of LBNP showed good agreement with the physiological experiments. Numerical solution using only the baroreflex model showed relatively a larger deviation from the experimental data. compared with the one using the control model haying both the baroreflex and the cardiopulmonary reflex systems, which shows an important role of the cardiopulmonary reflex system for the simulation of the hemodynamic behavior of the cardiovascular system .
Blood in congenital or acquired AY fistula(arteriovenous fistula) flows from arteries directly to veins. detouring peripheral micro-circulation. This makes a great effect on the hemodynamics of human cardiovascular system. In this study, a computational method using lumped parameter mode) was proposed to simulate the cardiovascular hemodynamics of patients with acute AV fistula The cardiovascular system model with a fistula compartment in left lower limb was built using 17 standard lumped compartments. Using fourth order Runge-Kutta method. we solved numerically the unsteady linear set of the ordinary differential equations resulting from application of Kirchhoff's law to the lumped parameter hemodynamic model. The baroreceptor reflex system was implemented to explain the auto-regulation effect of the cardiovascular system with acute AV fistula.
Cardiac hypertrophy is a form of global remodeling, although the initial step seems to be an adaptation to increased hemodynamic demands. The characteristics of cardiac hypertrophy include the functional reactivation of the arrested fetal gene program, where histone deacetylases (HDACs) are closely linked in the development of the process. To date, mammalian HDACs are divided into four classes: I, II, III, and IV. By structural similarities, class II HDACs are then subdivided into IIa and IIb. Among class I and II HDACs, HDAC2, 4, 5, and 9 have been reported to be involved in hypertrophic responses; HDAC4, 5, and 9 are negative regulators, whereas HDAC2 is a pro-hypertrophic mediator. The molecular function and regulation of class IIa HDACs depend largely on the phosphorylation-mediated cytosolic redistribution, whereas those of HDAC2 take place primarily in the nucleus. In response to stresses, posttranslational modification (PTM) processes, dynamic modifications after the translation of proteins, are involved in the regulation of the activities of those hypertrophy-related HDACs. In this article, we briefly review 1) the activation of HDAC2 in the development of cardiac hypertrophy and 2) the PTM of HDAC2 and its implications in the regulation of HDAC2 activity.
The aims of this study were to compare the differences in hemodynamics between cigarette smoking and using heated tobacco products (HTPs) and to determine the acute effects of using HTPs on cardiac autonomic regulation. Another goal was to examine the acute cardiac autonomic responses when using different tobacco sticks in HTPs. Sixteen healthy male smokers completed an open-label, randomized, crossover trial consisting of non-smoking (NS), cigarette smoking, and the use of two different HTPs (IQOS with HEETS; lil SOLID with Fiit). Sub-trials, which included NS, lil SOLID with Fiit, and lil SOLID with HEET, were performed on eight smokers among the total subjects. Hemodynamic variables, such as systolic blood pressure (SBP) and diastolic blood pressure (DBP), and heart rate variability were measured before, during, and 30 minutes after using each tobacco product. Using HTPs resulted in a significant increase in both SBP and DBP, comparable to smoking cigarettes. Cardiac sympathetic activity significantly increased, and cardiac vagal tone (CVT) significantly decreased after acute exposure to HTP aerosol, similar to the effects of cigarette smoke exposure. Furthermore, differences in the withdrawal of CVT were observed when using different tobacco sticks in the same HTPs. The findings of this study indicate that acute exposure to HTP aerosol increases the hemodynamic burden and disrupts cardiac autonomic balance, similar to exposure to cigarette smoke. Moreover, depending on the type of tobacco stick inserted into the HTP device, acute withdrawal of CVT may have been enhanced.
Angiogenesis is a complex process involving dynamic interaction of various cell to cell interactions. Endothelial cell interactions regulated by growth factors, inflammatory cytokines, or hemodynamic stress are critical for balancing vascular quiescence and activation. Yes-associated protein (YAP), an effector of Hippo signaling, is known to play significant roles in maintaining cellular homeostasis. However, its role in endothelial cells for angiogenic regulation remains relatively unexplored. We demonstrated the critical role of YAP in vascular endothelial cells and elucidated the underlying molecular mechanisms involved in angiogenic regulation of YAP. YAP was expressed in active angiogenic regions where endothelial cell junctions were relatively loosened. Consistently, YAP subcellular localization and activity were regulated by VE-cadherin-mediated PI3K/Akt pathway. YAP thereby regulated endothelial sprouting via angiopoietin-2 expression. These results provide an insight into a model of coordinating endothelial junctional stability and angiogenic activation through YAP. [BMB Reports 2015; 48(8): 429-430]
Nitric oxide (NO) is a small molecule (mol. wt. 30 Da) and oxidative free radical. It is uncharged and can therefore diffuse freely within and between cells across membrane. Such characteristics make it a biologically important messenger in physiologic processes such as neurotransmission and the control of vascular tone. NO is also highly toxic and is known to acts as a mediator of cytotoxicity during host defense. NO is synthesized by nitric oxide synthase (NOS) through L-arginine/nitric oxide pathway which is a dioxygenation process. NO synthesis involves several participants, three co-substrates, five electrons, five co-factors and two prosthetic groups. Under normal condition, low levels of NO are synthesized by type I and III NOS for a short period of time and mediates many physiologic processes. Under condition of oxidant stress, high levels of NO are synthesized by type II NOS and inhibits a variety of metabolic processes and can also cause direct damage to DNA. Such interaction result in cytostasis, energy depletion and ultimately cell death. NO has the potential to interact with a variety of intercellular targets producing diverse array of metabolic effects. It is known that NO is involved in hemodynamic regulation, neurogenic inflammation, re-innervation, management of dentin hypersensitivity on teeth. Under basal condition of pulpal blood flow, NO provides constant vasodilator tone acting against sympathetic vasoconstriction. Substance P, a well known vasodilator, was reported to be mediated partly by NO, while calcitonin-gene related peptide has provided no evidence of its relation with NO. This review describes the roles of NO in dental pulp in addition to the known general roles of it.
Hemodynamic shear stress, the frictional force acting on vascular endothelial cells, is crucial for endothelial homeostasis under normal physiological conditions. When discussing blood flow effects on various forms of endothelial (dys)function, one considers two flow patterns: steady laminar flow and disturbed flow because endothelial cells respond differently to these flow types both in vivo and in vitro. Laminar flow which exerts steady laminar shear stress is atheroprotective while disturbed flow creates an atheroprone environment. Emerging evidence has provided new insights into the cellular mechanisms of flowdependent regulation of vascular function that leads to cardiovascular events such as atherosclerosis, atherothrombosis, and myocardial infarction. In order to study effects of shear stress and different types of flow, various models have been used. In this review, we will summarize our current views on how disturbed flow-mediated signaling pathways are involved in the development of atherosclerosis.
Kim, Ka Eul;Tae, Hyun-Jin;Natalia, Petrashevskaya;Lee, Jae-Chul;Ahn, Ji Hyeon;Park, Joon Ha;Kim, In Hye;Ohk, Taek Geun;Park, Chan Woo;Cho, Jun Hwi;Won, Moo-Ho
Clinical and Experimental Emergency Medicine
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v.3
no.3
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pp.175-180
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2016
Objective Combination of ${\beta}_1-adrenergic$ receptor (AR) blockade and ${\beta}_2-AR$ activation might be a potential novel therapy for treating heart failure. However, use of ${\beta}-AR$ agonists and/or antagonists in the clinical setting is controversial because of the lack of information on cardiac inotropic or chronotropic regulation by AR signaling. Methods In this study, we performed hemodynamic evaluation by examining force frequency response (FFR), Frank-Starling relationship, and response to a non-selective ${\beta}-AR$ agonist (isoproterenol) in hearts isolated from 6-month-old transgenic (TG) mice overexpressing ${\beta}_1-$ and ${\beta}_2-ARs$ (${\beta}_1-$ and ${\beta}_2-AR$ TG mice, respectively). Results Cardiac physiologic consequences of ${\beta}_1-$ and ${\beta}_2-AR$ overexpression resulted in similar maximal response to isoproterenol and faster temporary decline of positive inotropic response in ${\beta}_2-AR$ TG mice. ${\beta}_1-AR$ TG mice showed a pronounced negative limb of FFR, whereas ${\beta}_2-AR$ TG mice showed high stimulation frequencies with low contractile depression during FFR. In contrast, Frank-Starling relationship was equally enhanced in both ${\beta}_1-$ and ${\beta}_2-AR$ TG mice. Conclusion Hemodynamic evaluation performed in the present showed a difference in ${\beta}_1-$ and ${\beta}_2-AR$ signaling, which may be due to the difference in the desensitization of ${\beta}_1-$ and ${\beta}_2-ARs$.
Kim, Bum-Soo;Lee, Jung-Joo;Nam, Kyung-Won;Jeong, Gi-Seok;Ahn, Chi-Bum;Sun, Kyung
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.28
no.4
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pp.569-576
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2007
Ventricular Assist Device(VAD) has switched its goal from a short-tenn use for bridge-to-transplantation to a long-tenn use for destination therapy, With this goal, the importance of long-tenn reliability gets more interests and importances, H-VAD is an portable extracorporeal biventricular assist device, and adopts an electro-pneumatic driving mechanism. The pneumatic pressure to pump out blood is generated with compression of bellows, and is transmitted in a closed pneumatic circuit through a pneumatic line. The existing pneumatic VAD adopts a air compressor which can generate stable pressures but has defects such as a noise and a size problem. Thus, it is not suitable for being used as a portable device, These problems are covered with adopting a closed pneumatic circuit mechanism with a bellows which has a small size and small noise generation, but it has defects that improper pneumatic setting causes a failure of adequate flow generation. In this study, the pneumatic pressure regulation system is developed to cover these defects of a bellows-type pneumatic VAD. The optimal pneumatic pressure conditions according to various afterload conditions for an optimal flow rate were investigated and the afterload estimation algorithm was developed, The final pneumatic regulation system estimates a current afterload and regulate the pneumatic pressure to the optimal point at a given afterload condition. The afterload estimation algorithm showed a sufficient performance that the standard deviation of error is 8.8 mmHg, The pneumatic pressure regulation system showed a sufficient performance that the flow rate was stably governed to various afterload conditions. In a further study, if a additional sensor such as ultrasonic sensor is developed to monitor the direct movement of diaphragm in a blood pump part, the reliability would be greatly increased. Moreover, if the afterload estimation algorithm gets more accuracy, it would be also helpful to monitor the hemodynamic condition of patients.
Recently it was suggested that the endogenous adenosine might be the mediator for the intercellular communication in the regulation of tubuloglomerular feedback control and renin release. Even though the previous data showed more important regulatory roles in the renal hemodynamics and renin release for the A1 adenosine receptor, it has not yet been settled down about the functional subclassification of renal adenosine receptors. The purpose of the present experiment was to clarify the importance of the renal adenosine receptors for the regulations of the hemodynamic, excretory and secretory functions. Experiments have been done in unanesthetized rabbits. Intrarenal arterial infusion of A1 adenosine antagonist, 8-phenyltheophylline, $3{\sim}30\;nmole/min$, increased urine flow, renal hemodynamics and urinary excretion of sodium. Intrarenal arterial infusion of Al antagonist, 1-3-diethyl-8-phenylxanthine (DPX), $10{\sim}100\;nmole/min$, increased renal hemodynamics and excretory functions. Non-specific adenosine antagonist, theophylline, $30{\sim}300\;nmole/min$, resulted in dose dependent increases in renal hemodynamics and excretory function. All of the three adenosine antagonists for the increases in renal hemodynamics, excretory and secretory functions was 8-phenyltheophylline > DPX > theophylline. These results suggest that the endogenous adenosine is important for the intrinsic regulatory roles for the renal functions through the adenosine receptors, and that the A1 adenosine receptor is more important than the A2 receptor in the regulation of renal hemodynamics, excretory and renin secretory functions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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