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基于心室计算模型的药物副作用的仿真研究

发布时间:2017-04-12 05:03

  本文关键词:基于心室计算模型的药物副作用的仿真研究,由笔耕文化传播整理发布。


【摘要】:由药物分子和心肌细胞的相互作用而引起的心律失常,是危害性最大的药物副作用之一。作为危害性极大的心血管疾病中的一个,心律失常多次发作后可以引起患者心脏衰竭,当它突然发作时还可以引起患者猝死。在药物研发阶段,尽早地进行药物的心脏心律失常副作用评估至关重要。由于实验条件的限制,仅进行动物实验不足以细胞级到器官级来全面评估药物是否会引发心律失常。虚拟心脏的建模与仿真技术成为研究的有力手段。在药物研发初期,可基于虚拟心脏模型来仿真药物作用,从多尺度分析药物的影响,预测药物的心律失常副作用。本文基于虚拟心室模型进行药物心律失常副作用的仿真研究,建立了细胞级和一维组织级心室电生理模型,在此之上建立药物心律失常副作用的仿真评估模型,仿真并分析多个用于评估药物心律失常副作用的生理指标,如动作电位、伪心电图、传导速率和易感窗,评估药物引起心律失常的可能性。然后本文基于模型进行了三个仿真实验:(1)以导致心律失常的胃肠动力药西沙必利为例,研究心率和西沙必利浓度对心室的影响。仿真结果发现,西沙必利影响心室细胞复极过程;增大西沙必利浓度更易引发心律失常;心动过速时,高浓度西沙必利的副作用加剧。(2)对比分析同样能引起QT间期延长的致心律失常药物西沙必利和抗心律失常药物盐酸胺碘酮,探索性地分析药物引起心律失常的作用机制。仿真结果发现,西沙必利比盐酸胺碘酮更容易产生电交替,更容易产生兴奋波的单向传导,故西沙比利比盐酸胺碘酮易于引起心律失常;在药物仿真评估过程中,一定要考虑药物对多个离子通道的影响,避免仅考虑单个离子通道的不足。(3)对西沙必利的替代药物多潘立酮进行仿真,预测该药物引起心律失常的可能性。仿真结果发现,多潘立酮与西沙必利作用效果类似,影响心室细胞复极过程,增大多潘立酮浓度更易引发心律失常,故而多潘立酮不应被视为西沙必利的安全替代药物。最后,对建立的心室计算模型和生理指标进行集成,建立了药物心律失常副作用的仿真系统,以便于课题的后续开展。本文采用的方法有助于理解药物心脏副作用的作用机制,指导药物的整体开发方向,具有很大的科研和经济价值,是交叉学科的飞跃。
【关键词】:仿真 心室计算模型 心律失常 可视化
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:R96
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-17
  • 1.1 课题来源9
  • 1.2 课题背景与研究意义9-11
  • 1.3 国内外研究现状11-14
  • 1.3.1 多尺度的心脏电生理模型进展11-13
  • 1.3.2 药物心律失常副作用的仿真评估进展13-14
  • 1.4 本文的主要研究内容14-17
  • 第2章 心室计算模型17-26
  • 2.1 心脏的电传导系统17-22
  • 2.1.1 心脏的电生理学基本概念和工作过程17-18
  • 2.1.2 心肌细胞的电生理特性18-22
  • 2.2 心室电生理模型22-25
  • 2.2.1 心室单细胞计算模型22-24
  • 2.2.2 一维心室组织计算模型24
  • 2.2.3 模型数值计算方法24-25
  • 2.3 本章小结25-26
  • 第3章 药物心律失常副作用的研究26-45
  • 3.1 药物心律失常副作用的仿真评估模型26-30
  • 3.1.1 药物心律失常副作用的仿真方法27-28
  • 3.1.2 药物心律失常副作用的评估指标28-30
  • 3.2 药物心律失常副作用的仿真实验30-44
  • 3.2.1 心率和西沙必利浓度对心室作用的仿真研究30-35
  • 3.2.2 西沙比利与盐酸胺碘酮对心室作用的对比研究35-39
  • 3.2.3 多潘立酮对心室作用的仿真研究39-43
  • 3.2.4 药物心律失常副作用的仿真实验总结与分析43-44
  • 3.3 本章小结44-45
  • 第4章 基于心室计算模型的药物副作用仿真系统45-60
  • 4.1 系统需求分析45-46
  • 4.2 系统的设计46-49
  • 4.2.1 系统功能设计46-48
  • 4.2.2 系统结构设计48-49
  • 4.3 系统的实现49-53
  • 4.3.1 系统的开发环境49
  • 4.3.2 系统的总体实现49-50
  • 4.3.3 药物参数设定模块的实现50-52
  • 4.3.4 生理指标仿真模块的实现52-53
  • 4.3.5 结果可视化模块的实现53
  • 4.4 系统的测试53-59
  • 4.4.1 药物参数设定模块测试53-55
  • 4.4.2 生理指标仿真模块测试55
  • 4.4.3 结果可视化模块测试55-59
  • 4.5 本章小结59-60
  • 结论60-62
  • 参考文献62-66
  • 攻读硕士学位期间发表的论文66-68
  • 致谢68

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本文编号:300742


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