Modeling and analysis of the interaction between renal sympathetic nerve activity, arterial pressure and sodium excretion

Abstract

BÖBREK SEMPATETIK SINIR ETKİNLİĞİ, KAN BASINCI VE SODYUM ATILMASI ETKİLEŞİMİNİN MODELLENMESİ VE ÇÖZÜMLENMESİ ÖZET Bazal renal sempatetik sinir etkinliğindeki yükselmelerin; hipertansiyon, konjestif kalp yetmezliği, nefrotik sendrom ve hepatik siroz hastalıklarının oluşumuna katkıda bulunduğu bilinmektedir. Renal sempatetik sinir etkinliğinin bu klinik önemi nedeniyle, arter basıncı ve sodyum atılımı üzerindeki etkisinin uzun vadeli incelenmesini sağlayacak matematiksel bir model geliştirilmiştir. Yazında bulunan, uzun vadeli kardiovasküler modeller, renal sempatetik sinirlerin böbrek işlevleri üzerindeki çoğu etkisini doğrudan kapsamamaktadır. Bu modellerden bazıları, renal sempatetik sinirlerin yalnızca renal vasküler direnç üzerindeki etkisini hesaba katmaktadır. Bu tez çalışmasında, Guyton, Uttamsingh ve Coleman tarafından daha önce geliştirilmiş modelleri birleştiren uzun vadeli bir kardiovasküler sistem modeli önerilmektedir. Ayrıca, renal sempatetik sinir etkinliğinin tübüler sodyum geri-emilimi ve renin salgılanması üzerindeki doğrudan etkisi ile ilgili mekanizmalar, yazındaki deneysel verilerden elde edildikleri şekliyle, modele eklenmiştir. Sonuçta ortaya çıkan matematiksel model, renal sempatetik sinirlerin böbrek işlevleri üzerindeki etkisini, böylesi ayrıntıyla hesaba katan, ilk uzun vadeli kardiovasküler sistem modelidir. Benzetim (simülasyon) sonuçlan yazından elde edilen çeşitli klinik ve deneysel çalışmalara uygun sonuçlar vermektedir. Önerilen model; renal sempatetik sinir etkinliğindeki artışın hipertansiyonda arter kan basmcı artışına, konjestif kalp yetmezliği, nefrotik sendrom ve sirozda ise toplam sodyum miktarında yükselmeye olan etkisi yanında, sodyum alımı artırıldığında, renal sempatetik sinir etkinliği inhibisyonundaki bozukluğun tuza duyarlı hipertansiyonda kan basıncı artışına, konjestif kalp yetmezliği, nefrotik sendrom ve sirozda ise toplam sodyum miktarı artışına olan etkisini daha iyi anlamamızı sağlamaktadır. Anahtar Sözcükler: Uzun vadeli kardiovasküler sistem modeli, hipertansiyon, konjestif kalp yetmezliği, nefrotik sendrom, siroz

IV MODELING AND ANALYSIS OF THE INTERACTION BETWEEN RENAL SYMPATHETIC NERVE ACTIVITY, ARTERIAL PRESSURE AND SODIUM EXCRETION ABSTRACT High basal renal sympathetic nerve activity (rsna) is known to contribute to the pathogenesis of hypertension, congestive heart failure, nephrotic syndrome and hepatic cirrhosis. Because of this clinical importance of rsna a mathematical model has been developed, which allows the long-term analysis of the effect of rsna on arterial pressure and sodium excretion. Previous long-term cardiovascular models in the literature do not explicitly include most of the effects of rsna on kidney functions. Some of them take only the effect of the rsna on renal vascular resistance into account. In this dissertation, a long- term cardiovascular system model is presented that integrates the previous models developed by Guyton, Uttamsingh and Coleman. Additionally it introduces mechanisms of direct rsna effects on tubular sodium reabsorption and renin secretion in accordance with experimental data from literature. The resulting mathematical model constitutes the first long-term model of the cardiovascular system accounting for the effects of the rsna on kidney functions in such detail. Simulations öf test situations have revealed that the closed loop behavior of the model sufficiently resembles clinical and experimental results available in the literature, in terms of basic cardiovascular and renal dynamics. The model not only provides an understanding of renal sympathetic nerve activity -increase-related mechanisms which give rise to an increase in mean arterial pressure in case of hypertension and to an increase in the total sodium amount in cases of congestive heart failure, nephrotic syndrome and in cirrhosis. It also accounts for mechanisms, which, due to the impairment of renal sympathetic nerve activity inhibition under sodium loading, rise the mean arterial pressure in salt-sensitive hypertension and the. total sodium amount in congestive heart failure, nephrotic syndrome and cirrhosis. Keywords- Long-term cardiovascular system model, Hypertension, Congestive Heart Failure, Nephrotic syndrome, Cirrhosis