心脏窦房结细胞中非线性动力学行为研究

发布时间：2017-09-10 23:03

  本文关键词：心脏窦房结细胞中非线性动力学行为研究

  更多相关文章： 窦房结 老龄化 外界刺激 异常搏动 仿真模拟

【摘要】：随着环境的不断恶化,加上我国老年化趋势的加快等原因,心脏病已逐步成为影响人类健康的主要威胁之一,科研工作者研究发现,目前我国心脏猝死率已处于世界前列,而更严重的是发病率逐渐上升的同时呈现出越来越年轻化的趋势。因此,深入研究心脏的异常波动造成的外部因素及影响机理,则是目前科研工作者以及临床医学上特别关注的一个重要研究课题。窦房结组织在心脏活动中起着十分重要的关键作用,其内在结构非常复杂,对心脏的节律有着重要的调控作用。研究报道,不仅窦房结心肌细胞膜上的离子通道,在不同的条件下该通道打开或关闭的几率不同,从而也会影响到心脏的节律。而来自外界的扰动刺激等因素则会通过改变人的情绪和心情,左右人体内神经系统的分泌活动,同样会使得心脏的节律发生改变。实验研究发现,在外部刺激作用下,迷走神经分泌的乙酰胆碱会对心脏节律有抑制作用,高浓度甚至会使心跳有50%的降低。研究中,我们发现随着年龄的增加,老年化心脏中,由于心肌细胞净死亡比例增加,使得心脏的搏动功能不断减弱。模拟结果显示,引发窦房结起搏活动和心脏传导障碍有多种因素,例如死亡细胞的增多、钠电流的减少、钠通道基因(SCN5A)突变等等。这些因素随老龄化加深而不断加剧,严重的甚者会出现窦房结细胞信号传导阻碍或者起搏状态被终止等现象。上述模拟结果表明,一方面,窦房结细胞的活性降低,很大程度上与它的老龄化是密不可分的。另一方面,引入适当的外部噪声或信号进行刺激,可以减轻窦房结的异常搏动,甚至会恢复到正常水平。因此,利用计算机模拟,探索窦房结信号的传导过程和异常搏动的恢复现象及其内在机理,是一件非常有意义、而且十分有必要的工作。论文第一部分,介绍了一些相关基础知识和背景情况,包括心脏窦房结的构造、细胞离子通道以及心律失常等现象。论文第二部分,我们主要介绍了窦房结心肌细胞结构模型。在论文第三部分,我们以窦房结细胞模型为研究对象,重点考察老龄化因素对窦房结搏动机理的影响,并研究外部各种不同刺激的调控效果。研究结果表明,随着心脏老龄化的加剧,死亡细胞数目增加或引起细胞中钠电流减少,均会导致心肌细胞的活性降低,从而减慢窦房结的起搏功能,严重情况下甚至会使心脏出现死振的现象。而此时若引入适当频率的外部低频信号,可减轻或消除这种死振现象。在论文第四部分,我们在前期研究工作的基础上,考察了噪声对窦房结起搏过程的影响,研究发现环境噪声也有类似的调控效果。总之,本论文从理论分析角度,通过计算机数值模拟,考察了窦房结心肌细胞起搏和信号传递行为与外界条件之间的联系,结果表明,外部扰动刺激对心脏起搏活动有着重要的调控作用。本文研究结果将有助于为深入揭示复杂窦房结细胞体系搏动的内在机理提供一定的理论基础,也为将来进一步进行心律异常的实验和临床诊断提供一定的科学依据。
【关键词】：窦房结 老龄化 外界刺激 异常搏动 仿真模拟
【学位授予单位】：安徽师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R541.7
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 第一章 引论11-18
• 1.1 心脏介绍11-12
• 1.1.1 心脏的结构11-12
• 1.1.2 窦房结及其特性12
• 1.2 生物膜离子通道12-14
• 1.2.1 细胞膜生理结构与细胞膜离子平衡12-13
• 1.2.2 离子通道13-14
• 1.3 心脏电生理14-17
• 1.3.1 细胞膜跨膜动作电位14-17
• 本章小结17-18
• 第二章 模型描述和方法18-31
• 2.1 单细胞模型18-20
• 2.2 细胞网络模型20-22
• 2.3 摄入乙醇后的模拟22-27
• 2.4 情绪应激下的心脏搏动过程模拟27-30
• 2.4.1 情绪应激引起心律失常的机制27-28
• 2.4.2 钙离子通道开放时间对窦房结搏动影响模拟28-30
• 本章小结30-31
• 第三章 外部一定频率信号的调控作用31-40
• 3.1 构建模型简介31-34
• 3.2 不同耦合强度的作用效果34-35
• 3.3 调节钠电导gNa所产生的调控作用35
• 3.4 调节gNa和D参数的整个区间的搏动行为35-39
• 本章小结39-40
• 第四章 体系外界噪声作用的调节40-45
• 4.1 在无噪声作用下心脏的起搏现象40-42
• 4.2 高斯白噪声的恢复作用42
• 4.3 色噪声的恢复作用42-44
• 本章小结44-45
• 参考文献45-52
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与成果52-53
• 致谢53

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ZHANG JiQian;LI Xiang;LIANG LiSi;HUANG ShouFang;ZHANG HengGui;;Effects of external stimuli on the pacemaker function of the sinoatrial node in sodium channel gene mutations models[J];Science China(Life Sciences);2013年09期

2 程睿;张季谦;李翔;高飞;;乙醇对哺乳动物心脏窦房结搏动信号传导功能的影响[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2013年03期

3 蒋迎芳;张季谦;李翔;程睿;高飞;;高温环境下外界刺激对窦房结搏动过程的影响[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2013年01期

4 王萌;张季谦;马文洋;李翔;;计算机模拟异常血钾浓度对兔窦房结起搏活性的影响及其调控[J];心脏杂志;2012年02期

5 阮磊;张存泰;刘念;蔡少艾;肖幸;贺莉;操明;;钙调蛋白激酶Ⅱ和蛋白激酶A信号转导通路在儿茶酚胺敏感性室性心动过速中的作用[J];华中科技大学学报(医学版);2011年03期

6 王业遒;张季谦;斯小琴;汪春道;张恒贵;;噪声对窦房结体系钠通道电导作用的计算机仿真研究[J];生物物理学报;2011年05期

7 李亚伟;邹飒枫;曾常茜;;电压门控钾离子通道与癫痫[J];中风与神经疾病杂志;2010年06期

8 钟敏;唐国宁;;用钙离子通道激动剂抑制心脏组织中的螺旋波和时空混沌[J];物理学报;2010年05期

9 张虹;明乐群;金印彬;李明军;张镇西;杨琳;;基于心室动作电位的三维心肌组织模型算法研究[J];生物医学工程学杂志;2010年01期

10 陈炳伟,李玉明;酒精对心血管系统离子通道的影响[J];心血管病学进展;2005年S1期

，

本文编号：827130