Modellen UT-wiskundige laten kritiek punt bij beroerte zien
Simulaties voorspellen zwelling ondervoede hersencellen
Als hersencellen te weinig energie krijgen, door een trauma of beroerte, kunnen
ze snel gaan zwellen. Wiskundige modellen, ontwikkeld door UT-promovendus Koen
Dijkstra, laten zien dat er een omslagpunt is: bij nóg lagere energie is er
geen weg terug.
Krijgen hersencellen onvoldoende energie, dan is er het gevaar dat ze gaan
zwellen. Ze nemen dan vocht op dat zich normaal tússen de cellen bevindt. Deze
vochtstapeling is gevaarlijk: zelfs als de energietoevoer wordt hersteld, kan
er intussen blijvende schade zijn opgetreden. Dijkstra heeft het mechanisme
onderzocht met wiskundige modellen die de biofysica van een enkele cel
beschrijven.
Uit zijn simulaties blijkt dat er een kantelpunt in het energieniveau is aan te
geven: vanaf dat punt treedt snelle zwelling op. Zijn op een hersenscan
gebieden te zien met deze lage energieniveaus, dan is het in de meeste gevallen
al te laat. Dijkstra laat ook zien dat op een eerder moment nog een interventie
mogelijk is die de zwelling tegengaat: het tijdelijk blokkeren van de
natriumkanalen, zoals bijvoorbeeld ook gebeurt bij de behandeling van
epilepsie.
Enkele cel
Door de vele interacties tussen hersencellen is het modelleren van de
energiehuishouding in de hersenen zeer complex. Dit wordt echter vereenvoudigd
doordat de neuronen, als er een zuurstoftekort optreedt, als eerste gaan
'bezuinigen' op communicatie. Dat maakt het mogelijk om het model te
vereenvoudigen tot op celniveau en daarmee een goede simulatie uit te voeren.
Epilepsie
Dijkstra heeft daarnaast ook grootschaliger modellen ontwikkeld, die de
verbindingen wél meenemen en niet alleen op de individuele cellen. Hiermee
heeft hij bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar hersengebieden die verschillend
functioneren tijdens het optreden van epileptische aanvallen: rondom de kleine
'kern' die zeer actief is, met hersencellen die 'vuren' op met hoge
frequenties, blijkt er een groot tweede gebied aan te wijzen dat laagfrequente
activiteit laat zien.
Dijkstra's modellen, op verschillende schalen, geven de neuroloog meer
informatie over onderliggende processen en kunnen richting geven aan nieuwe
behandelingsmogelijkheden.
Dijkstra heeft zijn onderzoek gedaan in de groep Applied Analysis van prof.
Stephan van Gils, in nauwe samenwerking met de groep Clinical Neurophysiology
van prof. Michel van Putten, die ook neuroloog is in het Medisch Spectrum
Twente in Enschede. De verdediging van het proefschrift 'From single cell to
neural field - Dynamics on different scales' vindt plaats op 24 maart.
ir. Wiebe van der Veen, communicatieadviseur wetenschap/beleid, Universiteit
Twente, Marketing & Communicatie, gebouw Spiegel, Postbus 217, 7500 AE
Enschede, T 053 4894244 M 0612185692, www.utwente.nl<http://www.utwente.nl>
Twitter @WiebeRenze linkedin https://www.linkedin.com/in/wiebev/
