We have developed a computational model to study electrical propagation of vasodilatory signals and arteriolar regulation of blood flow depending on the oxygen tension and agonist distribution in the capillary network. The involving key parameters of endothelial cell-to-cell electrical conductivity and plasma membrane area per unit volume were calibrated with the experimental data on an isolated endothelial tube of mouse skeletal feeding arteries. We have estimated the oxygen saturation parameters in terms of erythrocyte ATP release from the data of a left anterior descending coronary blood perfusion of dog. Regarding the acetylcholine-induced upstream conduction, our model shows that spatially uniform superfusion of acetylcholine attenuates the electrical signal propagation, and blocking calcium-activated potassium channels suppresses that attenuation. On the other hand, a local infusion of acetylcholine induces enhanced electrical propagation that corresponds to physiological relevance. Integrating the electrophysiology of endothelial tube and the electrophysiology/mechanics of a lumped arteriole, we show mechanistically that endothelial purinergic oxygen sensing of ATP released from erythrocytes and local infusion of acetylcholine are individually effective to induce vasodilatory signals to regulate blood flow in arterioles. We have recapitulated the upstream vasomotion in arterioles from the elevated oxygen tension in the downstream capillary domain. This study is a foundation for characterizing effective pharmaceutical strategies for ascending vasodilation and oxygenation.

中文翻译：

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毛细血管网络中血管舒张信号的电传播

我们开发了一个计算模型来研究血管舒张信号的电传播和血流的小动脉调节，这取决于毛细血管网络中的氧张力和激动剂分布。涉及内皮细胞间电导率和单位体积质膜面积的关键参数用小鼠骨骼供血动脉的孤立内皮管的实验数据进行校准。我们已经从狗的左前降支冠状动脉血流灌注数据中估计了红细胞 ATP 释放方面的氧饱和度参数。关于乙酰胆碱诱导的上游传导，我们的模型显示乙酰胆碱的空间均匀灌注减弱了电信号传播，并且阻断钙激活的钾通道可以抑制这种衰减。另一方面，乙酰胆碱的局部输注诱导与生理相关性相对应的增强的电传播。整合内皮管的电生理学和集总小动脉的电生理学/力学，我们从机制上表明，红细胞释放的 ATP 的内皮嘌呤能氧感应和乙酰胆碱的局部输注单独有效地诱导血管舒张信号以调节小动脉中的血流。我们概括了下游毛细血管域氧分压升高引起的小动脉上游血管舒缩。这项研究是表征用于上行血管舒张和氧合的有效药物策略的基础。乙酰胆碱的局部输注诱导与生理相关性相对应的增强的电传播。整合内皮管的电生理学和集总小动脉的电生理学/力学，我们从机制上表明，红细胞释放的 ATP 的内皮嘌呤能氧感应和乙酰胆碱的局部输注单独有效地诱导血管舒张信号以调节小动脉中的血流。我们概括了下游毛细血管域氧分压升高引起的小动脉上游血管舒缩。这项研究是表征用于上行血管舒张和氧合的有效药物策略的基础。乙酰胆碱的局部输注诱导与生理相关性相对应的增强的电传播。整合内皮管的电生理学和集总小动脉的电生理学/力学，我们从机制上表明，红细胞释放的 ATP 的内皮嘌呤能氧感应和乙酰胆碱的局部输注单独有效地诱导血管舒张信号以调节小动脉中的血流。我们概括了下游毛细血管域氧分压升高引起的小动脉上游血管舒缩。这项研究是表征用于上行血管舒张和氧合的有效药物策略的基础。整合内皮管的电生理学和集总小动脉的电生理学/力学，我们从机制上表明，红细胞释放的 ATP 的内皮嘌呤能氧感应和乙酰胆碱的局部输注单独有效地诱导血管舒张信号以调节小动脉中的血流。我们概括了下游毛细血管域氧分压升高引起的小动脉上游血管舒缩。这项研究是表征用于上行血管舒张和氧合的有效药物策略的基础。整合内皮管的电生理学和集总小动脉的电生理学/力学，我们从机制上表明，红细胞释放的 ATP 的内皮嘌呤能氧感应和乙酰胆碱的局部输注单独有效地诱导血管舒张信号以调节小动脉中的血流。我们概括了下游毛细血管域氧分压升高引起的小动脉上游血管舒缩。这项研究是表征用于上行血管舒张和氧合的有效药物策略的基础。我们从机制上表明，红细胞释放的 ATP 的内皮嘌呤能氧传感和乙酰胆碱的局部输注单独有效地诱导血管舒张信号以调节小动脉中的血流。我们概括了下游毛细血管域氧分压升高引起的小动脉上游血管舒缩。这项研究是表征用于上行血管舒张和氧合的有效药物策略的基础。我们从机制上表明，红细胞释放的 ATP 的内皮嘌呤能氧传感和乙酰胆碱的局部输注单独有效地诱导血管舒张信号以调节小动脉中的血流。我们概括了下游毛细血管域氧分压升高引起的小动脉上游血管舒缩。这项研究是表征用于上行血管舒张和氧合的有效药物策略的基础。