Исследование электромеханических явлений в миокарде при помощи математических моделей

• Автор: Соловьева, Ольга Эдуардовна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 333 с. : ил.

Обозначения и сокращения б
1 Обзор литературы
1.1 Проблема электромеханического сопряжения и механо-электрической
• обратной связи в миокарде
1.1.1 Схема электромеханического сопряжения в сердечной клетке
1.1.2 Механо-электрическая обратная связь в миокарде
1.1.3 Математические модели как инструмент исследования механических
и электрических явлений в миокарде
1.2 Проблема неоднородности миокарда
1.2.1 Функциональная неоднородность кардиомиоцитов
1.2.2 Мышечные дуплеты как фундаментальная экспериментальнотеоретическая модель неоднородного миокарда
( 2 Модель электрической и механической активности
изолированной сердечной мышцы
2.1 Описание механического блока модели
2.1.1 Основные постулаты модели
2.1.2 Описание механической функции саркомера
2.1.3 Описание механической функции сердечной мышцы
2.1.4 Кинетика силогенерирующих поперечных мостиков
2.2 Моделирование динамики кальция в кардиомиоцитах
2.3 Объединенная модель электромеханического сопряжения в клетках
сердечной мышцы
2.3.1 Описание электрической активности кардиомиоцитов

2.3.2 Сопряжение электрического и механического блоков объединенной модели
2.4 Методы исследования модели
2.4.1 Вычислительный эксперимент как основной способ исследования модели
2.4.2 Расчет интегралов от разности токов - метод анализа механизмов модуляции потенциала действия в ответ на механическое воздействие
3 Электрические и механические явления в однородной сердечной
мышце. Анализ механизмов механо-электрической обратной
связи
3.1 Стационарная кальций-механическая связь
3.2 Изометрические сокращения виртуальной мышцы. Влияние длины мышцы
на электромеханическое сопряжение
3.2.1 Зависимость характеристик изометрического сокращения мышцы от длины. Связь длина—сила
3.2.2 Влияние длины виртуальной мышцы на потенциал действия в изометрических сокращениях
3.3 Изотонические сокращения виртуальной мышцы. Влияние механической
нагрузки на электромеханическое сопряжение
3.3.1 Механо-механическое сопряжение в постнагрузочных сокращениях
3.3.2 Отличия кинетики кальция в изометрических и постнагрузочных сокращениях
3.3.3 Длительность потенциала действия в постнагрузочных сокращениях
3.4 Влияние механических возмущений во время сокращения мышцы на
потенциал действия
3.4.1 Влияние высвобождения мышцы на потенциал действия
3.4.2 Влияние кратковременного растяжения мышцы на потенциал действия138
3.5 Деформация как аритмогенный фактор
3.6 Медленные изменения электромеханической активности сердечной мышцы
3.7 Механизмы механо-электрической обратной связи, их взаимное влияние и
роль в регуляции электромеханического сопряжения в миокарде
4 Метод мышечных дуплетов
4.1 Мышечный дуплет - простейшая модель неоднородного миокарда
4.1.1 Определение и типы мышечных дуплетов
4.1.2 Условия связи между элементами мышечных дуплетов
4.2 Биологические дуплеты
4.3 Виртуальные дуплеты
4.3.1 Виртуальный дуплет - математическая модель мышечного дуплета
4.3.2 Моделирование мышечных сегментов с неоднородными
механическими и электрическими индивидуальными свойствами
4.4 Гибридные дуплеты
4.4.1 Алгоритмы нахождения приближения для состояния гибридного
дуплета
4.4.2 Рекуррентная процедура обмена сигналами между элементами
последовательного дуплета
4.4.3 Аппаратный блок метода гибридного дуплета
4.4.4 Пакет программ для управления экспериментальной установкой для
гибридного дуплета и обработки данных
4.4.5 Протокол экспериментов с гибридным дуплетом
4.4.6 Оценка влияния различных факторов на качество управления
гибридным дуплетом
Электрические и механические явления в неоднородном
миокарде
5.1 Влияние механической неоднородности дуплета на его
сократительную функцию
5.1.1 Последовательные виртуальные дуплеты
5.1.2 Параллельные виртуальные дуплеты
5.2 Влияние механической активности неоднородного дуплета на кинетику свободного кальция и потенциал действия в его элементах
5.2.1 Влияние механического взаимодействия виртуальных мышц
на генерацию потенциалов действия
5.2.2 Влияние задержки стимуляции на электрическую активность
последовательного дуплета
5.3 Механизмы координации функции кардиомиоцитов в неоднородном миокарде259
5.3.1 Влияние механического взаимодействия на уровень кальция в СР.
Медленные ответы
Ш модели неоднородной сердечной ткани
6.1 Цепочка мышечных сегментов как расширение модели мышечного дуплета
определяется только упругими свойствами параллельно-упругого элемента РЕ.
Далее начальная изометрическая фаза сокращения мышцы описывается системой (2.9) с первым уравнением для Ь, до тех пор пока сила Е = <р(ЬСе,Е), генерируемая мышцей, не станет равной величине постнагрузки Р. Далее система переключается на новый режим, где изменение Ь описывается вторым уравнением, а начальным условием для изотонической фазы сокращения является состояние системы, сформированное к моменту переключения в течение предыдущей изометрической фазы. При обратном переключении в изометрический режим расслабления начальным условием является состояние системы в конце изотонической фазы.
Следует обратить внимание, что фактически поведение мышцы при различных режимах сокращения (или различных способах задания входного воздействия - либо в форме изменения длины, либо изменения нагрузки) описывается разными системами, поскольку правая часть (2.9) радикально изменяется в зависимости от условий сокращения. Однако в большинстве рассмотренных ниже экспериментов, в частности, в течение постнагрузочных сокращений, моменты времени, когда происходят переключения между системами, определяются не произвольно, а зависят от текущего состояния системы. В таком случае поведение системы можно описать алгоритмически при помощи несложного псевдокода (см. приложение 2).
Наряду с описанной выше процедурой для имитации постнагрузочных сокращений мышцы нами были также реализованы аналогичные процедуры для моделирования различных механических условий сокращения мышцы, таких как, например, сокращение мышцы в “физиологическом” режиме, т.е. при физиологической последовательности нагружения; переключение с изометрического режима на режим укорочения/растяжения с заданной скоростью; или механические воздействия в виде быстрых циклических деформаций (кратковременное укорочение-растяжение мышцы или наоборот) в некоторый момент времени, зависящий от состояния системы, и многие другие (см. гл. 3).
2.1.4 Кинетика силогенерирующих поперечных мостиков
Как было показано выше, механическое состояние саркомера и сократительной единицы, и, следовательно, состояние мышцы в целом зависят от временного хода изменения доли силогенерирующих мостиков N. При этом в рамках нашей модели не учитываются различные пространственные положения мостиков, соответствующие различным конфор-мационным состояниям мостиков и способностью к сююгенерации, как в моделях типа модели А. Хаксли ([105]), а рассматривается некоторое усредненное силогенерирующее