心肌细胞兴奋螺旋传播对其功能的影响

发布时间：2017-11-01 17:14

  本文关键词：心肌细胞兴奋螺旋传播对其功能的影响

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【摘要】：心律失常是一种常见的心脏疾病,心动过速和室颤等严重的心律失常是导致心脏猝死的主要原因。研究发现心动过速与心肌信号中稳定或漫游的螺旋波有关,室颤与螺旋波失稳破碎有关,因此,揭示心脏螺旋波的机制具有重要的理论研究和实际应用价值。但目前心脏螺旋波对心肌细胞功能的影响现象与机制仍不够明确,本文针对这一问题展开研究。本文采用Luo-Rudy Ⅰ模型实现了对单个心室肌细胞的建模与仿真,利用四阶Runge-Kutta方法进行数值计算,通过在单个细胞单元之间加入偶联来构建二维单层心肌组织动作电位的传导模型,进而采用“切波法”诱发螺旋波并测定了其尖端运动轨迹。本文首先分别对螺旋波尖端轨迹外部(A)、尖端轨迹上(B)及其内部(C)细胞的膜电位、钠电流及其对应的门控变量进行对比分析,结果如下：(1)A位置的细胞能够正常产生和传导动作电位,而B、C位置的细胞膜电位较低,不能正常产生和传导动作电位；螺旋波在传播过程中始终绕着尖端轨迹旋转；尖端轨迹内部形成一个功能阻断区域。(2)A处细胞的内向钠电流正常激起,钠通道门控变量正常激活和失活,而B、C位置的钠电流很小,钠通道均不能正常打开和关闭,表明功能阻断区域内部细胞持续处于稳态去极化状态。统计分析发现,功能阻断区域内部细胞的能量利用率几乎为零,边界上仅为正常情况的50%-60%。长期稳态去极化和低能量利用率将会加剧细胞的损伤,因此,很可能恶化螺旋波尖端轨迹内部的传导功能,造成心律失常的进一步加重。本文进一步仿真损伤组织,从宏观上对部分损伤和完全损伤的缺陷组织中螺旋波的传播情况进行研究。在心肌组织中间分别划定矩形和圆形区域,采用降低细胞间偶联的方法来模拟部分损伤和完全损伤的缺陷组织。研究结果如下：(1)损伤组织的形状和尺寸对螺旋波的传播均有影响。(2)螺旋波在部分损伤的矩形缺陷组织中传导速度变慢,螺旋波整体传播稳定,波头不会钉扎到损伤部位,因此不会加剧组织损伤；而部分损伤的圆形缺陷组织对螺旋波的传播起阻碍作用,螺旋波波头钉扎到损伤部位边界,组织损伤程度会进一步恶化。(3)对于完全损伤的缺陷组织,无论是矩形还是圆形,螺旋波都会钉扎到损伤部位边界传播,但矩形损伤组织更容易激发出新的螺旋波。(4)缺陷组织损伤程度越严重、尺寸越大,螺旋波波头越钉扎到损伤部位边界上。从传导特性上来看,损伤组织兴奋性较低,它一方面阻碍兴奋波传播,另一方面又吸引波头钉扎在其边界传导。以上研究结果能为解释心脏螺旋波对心肌功能的影响并评估其带来的后果提供一定的理论依据,对临床上确定心律失常的治疗方案(例如射频消融形状和尺寸的确定等)提供一定的参考信息。
【关键词】：心律失常 螺旋波 传导阻断 能量利用率 损伤
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R541.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 心律失常相关研究的背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 螺旋波13-15
• 1.4 心律失常的临床治疗方法15-16
• 1.5 本文的主要研究内容16-17
• 2 心肌细胞生理基础17-23
• 2.1 心肌细胞的分类17-18
• 2.2 心肌细胞膜离子通道18
• 2.3 心室肌细胞动作电位18-21
• 2.4 心肌细胞的电生理和收缩特性21-22
• 2.5 不应期22-23
• 3 心肌细胞建模与螺旋波23-36
• 3.1 Hodgkin-Huxley模型23-25
• 3.2 LR Ⅰ模型25-26
• 3.3 LR Ⅱ模型26-27
• 3.4. 维心室肌细胞模型27-28
• 3.5 数值计算方法28-31
• 3.5.1 四阶Runge-Kutta29
• 3.5.2 自适应时间步长29-30
• 3.5.3 边界处理30-31
• 3.6 心肌兴奋螺旋波的产生与传导31-35
• 3.6.1 螺旋波的产生31-33
• 3.6.2 螺旋波的漫游33-34
• 3.6.3 螺旋波的失稳34-35
• 3.7 螺旋波尖端轨迹的检测35
• 3.8 小结35-36
• 4 螺旋波过程中心肌细胞的去极化与能量利用率36-51
• 4.1 心室肌单细胞电生理特性仿真36-41
• 4.2 二维心室肌细胞动作电位传导与螺旋波的诱发41-42
• 4.3 心肌细胞兴奋螺旋波与尖端轨迹42-44
• 4.4 螺旋波过程中心肌细胞稳态去极化44-46
• 4.5 螺旋波过程中心肌细胞能量利用率46-49
• 4.6 心肌细胞稳态去极化与低能量利用率对细胞的损伤49
• 4.7 小结49-51
• 5 损伤组织的心肌细胞螺旋波传播51-63
• 5.1 部分损伤组织的螺旋波传播51-56
• 5.1.1 圆形部分损伤组织与螺旋波传播51-54
• 5.1.2 矩形部分损伤组织与螺旋波传播54-56
• 5.2 完全损伤位置的螺旋波传播56-62
• 5.2.1 圆形完全损伤组织与螺旋波传播56-59
• 5.2.2 矩形完全损伤组织与螺旋波传播59-62
• 5.3 小结62-63
• 结论63-64
• 展望64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 白杰云;谢松君;王宽全;袁永峰;;基于虚拟心脏的早期后除极导致室颤的仿真研究[J];生物化学与生物物理进展;2015年10期

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本文编号：1127756