【摘要】：心律失常是引發(fā)心臟疾病的重要因素,并且其發(fā)病率呈逐年增長的趨勢,特別是在人口老齡化趨勢增加的時期,探索心律失常的發(fā)病機制具有重要的現(xiàn)實意義。虛擬心臟建模與仿真為心臟相關(guān)疾病的研究提供了全新的探究心臟方法。它可以仿真心臟微觀層次的生理病理變化,提供了從離子、細胞、組織到整體的定量分析,深入臨床醫(yī)學(xué)無法關(guān)注到的心臟微觀領(lǐng)域。氧化應(yīng)激是細胞新陳代謝失常的主要表現(xiàn)。相關(guān)實驗已表明它會影響細胞的多個離子通道以及蛋白酶,造成異常的動作電位,最終引發(fā)心律失常。本文主要從心房細胞仿真計算模型出發(fā),探究氧化應(yīng)激引發(fā)心律失常的內(nèi)在機制。本文首先建立了人類心房細胞仿真計算模型,包括離子電流、離子濃度、鈣循環(huán)以及興奮收縮耦合機制。創(chuàng)新性的融合了鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ(Ca MKII)激活模型和Ca MKII對相關(guān)蛋白和離子通道的調(diào)控。生理實驗已表明活性氧族(Reactive Oxygen Species,ROS)參與了Ca MKII的激活過程,因此本模型將Ca MKII作為氧化應(yīng)激和心房細胞電生理關(guān)聯(lián)的橋梁。仿真結(jié)果表明氧化應(yīng)激會通過影響鈣循環(huán)過程導(dǎo)致動作電位的早期后除極現(xiàn)象,并以全新的微觀角度揭示了其發(fā)病機理。氧化應(yīng)激可以通過增強L型鈣電流和鈣循環(huán)機制的反饋作用逐漸增加細胞質(zhì)中的鈣離子濃度。鈉鈣交換電流在升高的鈣濃度作用下幅值增加,抬高了動作電位的平臺期電位,并間接減緩了L型鈣電流的失活過程。最終導(dǎo)致動作電位平臺期延長,L型鈣電流在失活后由于過高的膜電位再次激活,產(chǎn)生早期后除極現(xiàn)象。然后本文在心房細胞仿真模型的基礎(chǔ)上,建立了二維理想組織模型。探究氧化應(yīng)激對細胞組織的電興奮傳導(dǎo)過程的影響。仿真實驗表明氧化應(yīng)激的細胞會阻礙電興奮的傳導(dǎo),并可能引發(fā)折返。同時,氧化應(yīng)激會造成折返波破裂,促使心臟跳動節(jié)律紊亂,導(dǎo)致心律失常的發(fā)生。最后,本文將心房細胞仿真模型開發(fā)為演示軟件。用戶可以自己設(shè)定細胞的環(huán)境參數(shù)和相關(guān)細胞成分參數(shù),并可以觀察心房細胞模型的仿真實驗數(shù)據(jù)和圖形展示。方便用戶學(xué)習(xí)了解心房細胞的電生理知識和相關(guān)的實驗研究。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP311.52;R541.7
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文作電位電位是指心肌細胞受到刺激后細胞膜兩側(cè)發(fā)生的快速、可逆變化過程[33]。心臟細胞在舒張期的膜電位稱為靜息電位，此于穩(wěn)定狀態(tài)，細胞膜內(nèi)保持著外正內(nèi)負的電位差。動作電位細胞受到刺激后，膜上離子通道開放使得離子進行跨膜運輸電位的波動。細胞在靜息狀態(tài)下受到閾上刺激后，電壓控制首先開放，導(dǎo)致原有的-70~-80mV 的負電位轉(zhuǎn)變成+20~50m過程稱為去極化過程。然后，由于各離子通道的逐漸失活，外負狀態(tài)恢復(fù)到靜息電位的內(nèi)負外正狀態(tài)，這過程稱為復(fù)極

圖 2-2 CaMKII 型分子結(jié)構(gòu)依賴性蛋白激酶（CaMK）是催化蛋白質(zhì)磷酸化的一濃度的變化，其成員包括 CaMKI、CaMKII 和 CaM量最多，而 CaMKIV 的含量極低，不太可能發(fā)揮重要楚，實驗表明 CaMKI 在結(jié)構(gòu)性心臟病并沒有量的同基因編碼的亞型： 、 、 和 ，其中 型主要分，CaMKII 是由 12 個亞基的羧基端關(guān)聯(lián)并排列成六聚聯(lián)域、催化域和調(diào)節(jié)域組成。關(guān)聯(lián)域是各亞基的結(jié)結(jié)合并執(zhí)行激酶功能，調(diào)節(jié)域控制酶的活化。調(diào)動激活，Thr307 負責(zé)自動磷酸化的失活，Met281 和。CaMKII 的激活首先需要鈣離子結(jié)合的鈣調(diào)蛋白（M 結(jié)合區(qū)結(jié)合來誘導(dǎo) CaMKII 的構(gòu)象重排，因此這意內(nèi)的鈣濃度有著密切關(guān)系。CaMKII 存在于細胞膜、核中，參與多個離子通道以及相關(guān)受體的激活過程過程中，各種蛋白酶和受體存在于各種鈣離子通道

圖 2-7 CaMKII 模型氧化通路仿真與實驗數(shù)據(jù)對比表 2-2 CaMKII 模型參數(shù)定義 I 向 B 轉(zhuǎn)變的速率 CaMCa4 從 B(BO)態(tài)分離的速率 0Ca2+從 B(BO)態(tài)分離的速率 0CaMCa4 從 BP 態(tài)分離的速率 0Ca2+從 BP 態(tài)分離的速率 0B 向 BP 轉(zhuǎn)變的速率 6BP 向 B 轉(zhuǎn)變的速率 1B 向 BO 轉(zhuǎn)變的速率 6.48BO 向 B 轉(zhuǎn)變的速率 1 調(diào)控作用

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉砂;郭敏;;活性氧參與心力衰竭發(fā)生機制的研究進展[J];心血管康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志;2015年02期

相關(guān)會議論文 前1條

1 牛春峰;;鈉鈣交換抑制劑在心肌缺血/再灌注損傷中對心臟功能和能量代謝的保護作用[A];第十三次全國心血管病學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 趙娜;心房二維組織電傳導(dǎo)的仿真研究[D];東北大學(xué);2014年

2 宋俊雅;浦氏纖維對心室電傳導(dǎo)影響的仿真研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 謝佳興;基于MF-DFA和MF-SSA的心臟病理時間序列分析[D];南京郵電大學(xué);2011年

本文編號：2757044