Моделирование динамики возбуждения предсердий в задачах восстановления ритма сердца

• Автор: Андреев, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Содержание
Введение.
Глава 1. Обзор технологии построения карт возбуждения предсердий и методов моделирования динамики возбуждения предсердий, выбор метода моделирования.

1.1. Свойства моделируемой среды

1.2. Виды аритмий, механизмы их запуска и поддержания, методы лечения

1.3. Методология эндокардиального картирования

1.4. Обзор моделей динамики возбуждения миокарда

1.4.1. Монодоменная и бидомснная модель миокарда

1.4.2. Модели на основе уравнений реакции диффузии для возбудимых сред

1.4.3. Модель клеточных автоматов.

1.5. Выбор метода моделирования.

1.6. Выводы.
Глава 2. Разработка модели динамики возбуждения предсердий на основе клеточных автоматов.
2.1. Свойства и виды моделей клеточных автоматов
2.2. Особенности применения клеточных автоматов для моделирования процессов возбуждения предсердий
2.3. Входные данные клеточной модели процессов возбуждения предсердий
2.4. Дискретизация пространства возбуждения предсердий
2.4.1. Виды решеток клеточных автоматов.
2.4.2. Модификация метода Шепарда, для реконструкции эндокардиальной поверхности предсердий
2.4.3. Расчет решетки клеточного автомата
2.5 Правила клеточного автомата при моделировании динамики возбуждения предсердий.
2.5.1. Состояния клеточного автомата.
2.5.2. Правила смены состояний клеточного автомата.
2.5.3. Трехмерная реализация клеточного автомата.
2.6. Применение клеточных автоматов для моделирования неоднородной среды
2.6.1. Расчет времени перехода клеток в состояние возбуждения
2.6.2. Расчет длительности рефрактерного периода.
2.6.3. Методы ввода в модель источников возбуждения
2.6.4. Порядок расчета карты возбуждения.
2.7. Выводы
Глава 3. Программная реализация математической модели динамики возбуждения предсердий.
3.1. Структура программного обеспечения
3.2. Класс клетки
3.3. Класс контейнер.
3.4. Алгоритм распознавания источников возбуждения
3.5. Реализация параллельных вычислений.
3.6. Интерфейс пользователя программы визуализирующей результаты вычислений
3.7. Выводы
Глава 4. Результаты моделирования динамики возбуждения предсердий
4.1. Примеры моделирования динамики возбуждения предсердий
4.2. Проверка модели динамики возбуждения предсердий на точность
4.3. Зависимость ошибки моделирования от размеров ячеек клеточного автомата
4.4. Выводы.
Заключение
ф Литература
Приложение
Приложение 2


Введение


В состав клетки входит оболочка, которая является билипидной мембраной и имеет в своей структуре специфичные элементы, необходимые для ее функционирования мембранные каналы, насосы, рецепторы. Каналы представляют собой молекулы белка, которые пронизывают клеточную мембрану. Мембранный белок формирует пору для прохождения ионов через липидный барьер, имеет узкую полость, которая является селективным фильтром для ионов различного размера. Канал содержит открывающиеся и закрывающиеся ворота, управляемые электротонически с использованием потенциал чувствительного сенсора канала, или связыванием белка. При активации либо мембранным потенциалом, либо заряженным белком канал пропускает ионы, которые поступают через него в направлении электрохимического градиента. Из открытого состояния канал может деактивироваться и перейти в закрытое состояние, после чего он может быть снова открыт. Частые переходы канала из открытого в закрытое состояние происходят во время одного и того же стимула. Кроме того, открытый канал может инактивироваться. В этом состоянии он пребывает до тех пор, пока не восстановится, что требует изменения трансмембранного потенциала. В инактивированное состояние канал может перейти и из закрытого состояния. Все переходы осуществляются при содействии канальных, управляющих белков. Перенос ионов против концентрационного градиента осуществляется за счет работы ионных насосов, которые также являются многокомпонентными белками, но в отличие от канала энергетически зависимы. Распространяющийся по сердцу электрический импульс обеспечивает свойство возбудимости, запускает каждый цикл сокращений свойство сократимости и называется потенциалом действия. Он представляет собой волну кратковременной деполяризации, во время которой внутриклеточный потенциал на короткое время становится положительным, а затем возвращается к своему исходному отрицательному уровню. Изменения нормального сердечного потенциала действия имеют характерное развитие во времени, которое подразделяют на несколько фаз фаза 0 начальная быстрая деполяризация мембраны фаза 1 быстрая, но неполная реполяризация фаза 2 плато, или продолжительная реполяризация 3 конечная быстрая реполяризация 4 период диастолы Рис. Рис. Скорость регенеративной деполяризации или нарастания потенциала действия зависит от силы входящего натриевого тока, которая в свою очередь, определяется такими факторами, как величина градиента электрохимического потенциала ионов натрия и количества доступных натриевых каналов. Потенциалы действия быстро распространяются по сердцу. Скорость распространения потенциала действия в клетках с одинаковой пропускной способностью мембраны и характеристиками осевого сопротивления определяется, главным образом, амплитудой направленного внутрь тока, протекающего во время фазы нарастания потенциала действия. Это связано с тем, что локальные токи, проходящие через клетки непосредственно перед потенциалом действия, имеют большую величину при более быстром нарастании потенциала, поэтому мембранный потенциал в этих клетках раньше достигает порогового уровня, чем в случае токов меньшей величины. Токи протекают через мембрану и сразу после прохождения распространяющегося потенциала действия, но они уже не способны возбудить мембрану в виду ее рефрактерности. Продолжительный рефрактерный период после возбуждения клеток обусловлен большой длительностью потенциала действия и вольтажной зависимостью механизма ворот натриевых каналов. За фазой нарастания потенциала действия следует период, от сотни до нескольких сотен миллисекунд, в течение которого регенеративный ответ на повторный стимул отсутствует. Это так называемый абсолютный или эффективный рефрактерный период. Обычно рефрактерный период охватывает фазу 1, когда в кардиомиоцит устремляется быстрый кальциевый ток, и фазу плато потенциала действия, в которую натриевые каналы инактивируются и остаются закрытыми. При этом внутрь идет медленный кальциевый ток, именно в этот период осуществляется механическое сокращение кардиомиоцита.