Математическое моделирование нарушений электрической и механической функции миокарда при перегрузке кардиомиоцитов кальцием

• Автор: Сульман, Татьяна Борисовна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Электромеханическое сопряжение в сердечной клетке

1.2. Механоэлектрическая обратная связь в миокарде.

1.3. Математическое моделирование механических и электрических явлений в миокарде

1.3.1. Модели сократительной активности саркомера.

1.3.2. Макроскопические модели сердечной механики.

1.3.3. Модели электрофизиологии сердечной мышцы.

1.3.4. Модели электромеханического сопряжения.

1.3.5. Моделирование механоэлсктрической обратной связи

1.4. Проблема неоднородности миокарда.

1.5. Нарушения электрической и механической функции миокарда и их моделирование.
Глава 2. Математическая модель активного электрического и механического поведении сердечной мышцы.
2.1. Модель одиночного кардиомиоцита
2.1.1. Блок электрической активности
2.1.2. Блок кальциевой регуляции
2.1.3. Блок механической активности.
2.2. Режимы механического нагружения мышцы
2.3. Метод виртуальных дуплетов.
2.4. Метод решения и программная реализация модели
2.4.1. Поиск начальных значений.
2.4.2. Решение системы дифференциальных уравнений.
2.4.3. Программная реализация объединенной электромеханичсской модели
Глава 3. Результаты.
3.1. Моделирование сокращений одиночного кардиомиоцита миокарда желудочка с нормальными характеристиками электрической и механической активности.
3.2. Численные эксперименты моделирование электрического и механического поведения кардиомиоцитов миокарда желудочка при снижении активности натрийкалиевого насоса.
3.2.1. Модель без учет влияния механических условий на кальциевую активацию и электрическую акгивность
3.2.2. Влияние механических условий сокращения на нарушения ритма, электромеханическое разобщение и ослабление механической активности кардиомиоци тов. Случай умеренно ослабленной функции натрийкалиевого насоса.
3.2.2.1. Вклад кооперативное 1 типа в развитие аритмии и нарушений механической активности миокарда.
3.2.2.2. Вклад механической неоднородности миокарда в развитие аритмии и нарушений механической функции миокарда
3.2.2.3. Ответ ППкардиомиоцита на изменения механических условий сокращения в изоляции
3.2.3. Анализ диапазона активности натрийкалиевого насоса, в котором нарушения ритма возникают вследствие механических факторов
3.2.4. Моделирование возможного влияния вязкости миокардиальной ткани на сердечный ритм
3.3. Аритмогенный эффект увеличения концентрации внеклеточного кальция
3.4. Восстановление нормального ритма в Побразце
Заключение.
Выводы.
Список литературы


В основе сократительной функции сердечных клеток лежит кинетика образования поперечных мостиков в результате взаимодействия головок миозина с активными центрами на актиновых нитях. Известно, что в процессе активации актиновых центров на тонкой нити принимают участие регуляторные белки, входящие в тропонинтропомиозиповый комплекс. В состоянии покоя в отсутствие кальция молекулы тропом иозина, закрывающие активные центры на актиновой нити, препятствуют образованию актомиозиновых комплексов. Для того чтобы взаимодействие актина и миозина стало возможным, требуется участие Са2 в достаточной концентрации. Присоединение Са2 молекулами специфического тропонина С ТпС приводит к конформации тропонинового комплекса и изменению положения тропомиозиновой нити, что и открывает доступ дляпоперечных мостиков к актиновым центрам. Требуемая для осуществления этих процессов концентрация кальция достигается за счет его поступления в цитозоль из специальных внутриклеточных депо. Роль, внутриклеточного кальциевого депо играет сеть саркоплазматического ретикулума СР. СР представляет собойразветвленную систему пронизывающих клетку трубочек, в которых морфологически выделяют два отдела терминальные цистерны. ТЦ, контактирующие с Ттрубочками впячиваниями мембраны внутрь клетки, и продольный ретикулум ПР, располагающийся внутри всего объема клеткии окружающий саркомеры. Функционально ТЦ и ПР также имеют различное назначение на мембране ТЦ находятся рианодиновые рецепторы Яу
каналы, через которые Са высвобождается из СР в саркоплазму, а на мембране ПР расположены молекулы СаАТФазы ретикулярного насоса, обеспечивающего обратную транслокацию Са2 из саркоплазмы в СР. Кроме того, в ТЦ сосредоточены молекулы белка кальсеквестрина Са8, имеющего большую емкость и низкое сродство к кальцию , гак что кальций в ТЦ находится в преимущественно связанной форме с СаЭ что к тому же способствует направленному потоку свободного кальция внутри СР из сети. СР в сторону ТЦ. Процесс возбуждения клетки обеспечивается возникновением относительно кратковременного специфического изменения разности потенциалов на ее мембране потенциала действия ПД. ПД имеет несколько фаз развития, начиная с фазы быстрой деполяризации мембраны и заканчивая реполяризацией до исходного уровня потенциала покоя см. Конфигурация и длительность ПД зависят не только от типа сердечных клеток, значительное отличаясь вклетках синусного узла, волокнах Пуркиньс, предсердии или желудочке , но и. Кроме того, характеристики ПД сильно варьируют в зависимости от вида животных. Изменение мембранного потенциала определяется совокупностью ионных в основном, Иа, К, Са2 токов через мембрану через различные специфические и неснецифические мембранные каналы, обменники, насосы. Б свою очередь мембранный потенциал влияет на величину и направление этих токов, изменяя проводимость мембраны по отношению к тем или иным, ионам. Ионы Са2, наряду с участием в активации сократительных белков, играют также важную роль в формировании ПД клеток рабочего миокарда в дальнейшем мы будет рассматривать только такие клетки. М. При деполяризации мембраны происходит активация кальциевых каналовБтипа на мембране клетки преимущественно локализованных в Ттрубочках. Поступление относительно небольшого количества ионов Са в субпроегранство дааднческое пространство, объединяющее Ьканалы с расположенными в непосредственной близости высвобождающими рианодиновыми каналами ТЦ СР, сгимулирует активацию и открытие этих каналов и запускает лавинообразный процесс высвобождения Са2 из СР так называемый процесс кальцием вызванного высвобождения кальция КВВК . Приток Са в клетку через Ьканалы и вызванный им мощный поток из СР приводят к резкому и значительному повышению Са7, примерно на
порядок величин с 0. М до 1 мкМ. Характерное изменение Са в течение сократительного цикла, называется Са7 переходом. Са2 переход имеет некоторый сдвиг по времени развития и длительности по отношению к генерации ПД. Резкий рост Са2 вблизи саркомеров приводит к образованию комплексов Са2 с ТпС СаТпС.