信号传导通道作用下的心律失常和心肌缺血机制的建模仿真研究

发布时间：2017-12-15 16:27

  本文关键词：信号传导通道作用下的心律失常和心肌缺血机制的建模仿真研究

  更多相关文章： 心脏模型 信号传导通道 β肾上腺素 心肌缺血 早后去极化 MCG alternans 透壁异质性

【摘要】：心血管疾病是人类健康最主要的杀手之一。在我国,因各类心血管相关疾病不幸致死的统计人数,约占总死亡构成比的百分之四十左右。心脏24小时持续工作,有节律的收缩和舒张是它提供全身血液循环的基础。常见的心脏疾病,如室颤(Ventricular fibrillation)或者缺血(Myocardial ischemia)从临床表现来看都有器官级别的收缩舒张节律混乱和功能受损,深层次的机制还是在单细胞内的化学物质平衡破坏,特别是离子电流改变和钙循环紊乱两方面。因此,心肌单细胞内外的物理-化学平衡、离子电流特性、兴奋收缩耦联体系以及信号通道调控等一直都是研究的热门领域。心脏作为一个人体器官所提供的功能,是它所有细胞和组织相互联系和协作的结果。因此,在不同层次上的研究工作,都要放在体系中开展。目前的状况,实验对象的尺度越来越小,数据也越来越丰富,但是缺少整合这些宝贵数据的手段和条件,无法解释一些生理现象背后的机制。计算机建模仿真充分利用现有实验数据,结合各学科的基本规律,通过数学方程组描述对象之间的联系。模型建立之后,还可以独立控制体系中的某些部分,成为生理和病理研究机制的有力工具。本论文构建基于实验数据的心室肌和信号通道传导计算模型,并利用模型对信号通道作用下的生理与病理现象进行仿真研究,寻找其背后机制和可能治疗方案。内容包含以下几部分。1)信号调控通道模型研究建立整合β肾上腺素和CaMKII调控通道的人正常心室肌模型,并将仿真结果和相关实验数据进行验证。通过此模型研究CaMKII过量表达和两者联合作用下的早后去极化(Early afterdepolarization,EAD)现象;发现两者联合作用对EAD发生有促进作用,CaMKII过量表达对INaL(Late sodium current)电流失活的延迟是促进此条件下EAD发生主要原因。2)β肾上腺素作用下的缺血现象研究在上述信号调控通道模型中整合缺血时三个主要生理变化(细胞外高钾,细胞内酸化和ATP相关的钾电流)的定量描述,利用此模型仿真β肾上腺素作用下的缺血现象;与单纯性的缺血相比,加入刺激时,因为ICaL(L-type calcium current)的显著增强,细胞的兴奋性和收缩能力都有所改善,同时EAD发生概率和IKr(Rapid delayed rectifier potassim current)抑制率的关系呈现分段特性。3)缺血心肌组织的MCG信号仿真计算二维缺血心肌组织兴奋传导时的MCG(Magnetocardiography)和ECG(Electrocardiograph)信号,分析比较两者作为缺血评价指标的敏感性差异。MCG信号计算采用BEM方法,兴奋传导采用单域模型,此仿真是单细胞模型应用意义的示例。4)β肾上腺素作用下交替现象(altemans)和透壁异质性研究对β肾上腺素作用下的altemans现象进行仿真研究,依次独立施加刺激给相关靶目标。当β肾上腺素刺激单独施加于ICaL时,细胞内Ca2+浓度的增加移除了 SR的不应性,alternans消失;刺激单独施加于IKs(Slow delayed rectifier potassim current),动作电位缩短,SR不应性加强,altemans加剧。动作电位持续时间的透壁异质程度因β肾上腺素加入而略有降低,有可能对心电信号产生影响。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.9;R541.7

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本文编号：1292633