本文關(guān)鍵詞：酸中毒后室性心律失常的建模與仿真

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【摘要】：每年由心臟病導(dǎo)致的死亡率不斷增加。因此,對于心臟生理和病理機(jī)制的研究刻不容緩。目前,利用計算機(jī)建模來模擬和仿真心臟電生理相關(guān)指標(biāo)的方法,已成為交叉學(xué)科的研究熱點,它可以有效的克服動物實驗或者人體實驗的風(fēng)險性和局限性,大大提高相關(guān)研究人員的工作效率�；诖�,本文運用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)建模知識建立了人體心室酸中毒計算模型,并基于該模型探討了酸中毒后心律失常的產(chǎn)生機(jī)制。當(dāng)心臟發(fā)生病變,導(dǎo)致體內(nèi)酸性代謝產(chǎn)物增加時,心肌細(xì)胞就會呈現(xiàn)酸中毒。研究發(fā)現(xiàn):酸中毒會影響細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度以及細(xì)胞膜上的眾多離子電流,從而引起細(xì)胞興奮收縮障礙,促進(jìn)心律失常的發(fā)生。尤其,在酸中毒后PH恢復(fù)的時刻細(xì)胞產(chǎn)生的觸發(fā)活動更加容易誘發(fā)心律失常,甚至?xí)葑優(yōu)槭宜倩蚴翌�。但�?由于實驗條件的限制,目前對于酸中毒后致心律失常機(jī)制的研究多集中在微觀層次上,且大多基于動物實驗,而酸中毒過程中微觀病理變化到心臟心律失常的發(fā)生、發(fā)展與轉(zhuǎn)化機(jī)制仍不清楚。本文結(jié)合Decker等人提出的CaMKII的動態(tài)模型,改進(jìn)了Lascano等人的人類心室酸中毒模型,同時構(gòu)建多尺度(離子通道、細(xì)胞、組織)和多種生理及病理狀態(tài)(正常、酸中毒、酸中毒后)電生理模型,分析了酸中毒對離子濃度、動作電位和組織電異質(zhì)性的影響,探討其促進(jìn)室性心律失常產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)制;并從系統(tǒng)生物學(xué)的角度,定量分析酸中毒微觀病理改變對心電圖的影響,闡明酸中毒微觀變化到宏觀心電圖改變的內(nèi)在機(jī)理。具體可以分為以幾部分:(1)建立虛擬的人類心室酸中毒細(xì)胞模型,仿真了從正常到酸中毒再到酸中毒恢復(fù)過程中細(xì)胞的離子濃度和動作電位隨PH變化的變化過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn):酸中毒末期細(xì)胞內(nèi)和肌漿網(wǎng)內(nèi)的鈣濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于初始值。并且當(dāng)PH恢復(fù)的時刻,即酸中恢復(fù)的初期,由于肌漿網(wǎng)的鈣攝取和釋放失衡,細(xì)胞產(chǎn)生了延遲后除極。同時,酸中毒對細(xì)胞膜上相關(guān)離子通道的綜合調(diào)控作用使得細(xì)胞動作電位時程略微減小,最大去極化速率顯著降低。單細(xì)胞的這些仿真結(jié)果有效的驗證了已有的動物實驗和仿真實驗。(2)在一維組織模型上仿真了酸中毒過程中(正常到酸中毒再到酸中毒恢復(fù))偽心電圖的變化過程。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):酸中毒可以導(dǎo)致細(xì)胞動作電位以及組織復(fù)極離散度的降低,造成相應(yīng)的心電圖QT間期縮短及T幅值和寬度減小。同時,酸中毒恢復(fù)初期細(xì)胞產(chǎn)生的觸發(fā)性電動勢,使得電興奮波在組織中傳導(dǎo)時產(chǎn)生了異位復(fù)極和異位除極,使對應(yīng)的心電圖表現(xiàn)為室性早搏。(3)基于二維心室組織探討了折返波的產(chǎn)生條件和傳導(dǎo)過程。實驗結(jié)果表明:組織上酸中毒區(qū)域的細(xì)胞可以自發(fā)興奮,而且產(chǎn)生的觸發(fā)性電動勢可以帶動周圍細(xì)胞的興奮,由于觸發(fā)活動、傳導(dǎo)緩慢和傳導(dǎo)阻滯等折返條件的產(chǎn)生,最終誘發(fā)組織產(chǎn)生了折返波。本文綜合目前分子生物學(xué)對酸中毒后心律失常的研究,運用計算機(jī)強大的計算能力,構(gòu)建了從離子到細(xì)胞再到組織等層次上的心室計算模型,并運用所建單細(xì)胞模型仿真了由正常到酸中毒再到酸中毒恢復(fù)整個過程中離子、細(xì)胞電活動等生理特征的變化;接著,本文計算了基于一維心室跨壁纖維的心電圖的變化;最后本文運用建立的二維心室計算模型,仿真和研究了折返波的產(chǎn)生機(jī)制�？偠灾�,本文利用計算機(jī)技術(shù)可以建立了一套比較完善的心室電生理系統(tǒng),為臨床上更系統(tǒng)更深入的理解酸中毒狀況下室性心律失常的發(fā)病機(jī)理提供了有效的新方法。
【關(guān)鍵詞】：計算機(jī)建模與仿真 心律失常 心電圖 延遲后除極
【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】：2016
【分類號】：TP391.9;R541.7;R589.6
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題來源10
• 1.2 研究背景及意義10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 心臟電生理建模的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 酸中毒致心律失常的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 1.5 本文實驗環(huán)境15-16
• 第2章 心臟的電生理基礎(chǔ)16-21
• 2.1 心臟的起搏和傳導(dǎo)系統(tǒng)16-17
• 2.2 心肌的電生理特性17-20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 第3章 心室酸中毒模型的建立與仿真21-32
• 3.1 單細(xì)胞模型基礎(chǔ)21-22
• 3.2 酸中毒細(xì)胞電生理建模22-25
• 3.3 跨膜心室纖維電生理建模25-26
• 3.4 二維組織電傳導(dǎo)建模26-27
• 3.5 仿真方法27-31
• 3.5.1 擴(kuò)散方程的數(shù)值求解方法27-29
• 3.5.2 心電圖的計算29-30
• 3.5.3 實驗過程30-31
• 3.6 本章小結(jié)31-32
• 第4章 仿真結(jié)果與分析32-47
• 4.1 細(xì)胞級仿真結(jié)果32-36
• 4.1.1 酸中毒期間細(xì)胞內(nèi)離子濃度的變化32-34
• 4.1.2 酸中毒期間細(xì)胞動作電位的變化34
• 4.1.3 三種細(xì)胞電異質(zhì)性的比較34-36
• 4.2 酸中毒過程中心電圖的變化36-41
• 4.2.1 心電圖形態(tài)特征的變化36-38
• 4.2.2 酸中毒后微觀電活動變化與宏觀心電圖之間的關(guān)系38-41
• 4.3 二維組織上折返波的仿真41-45
• 4.4 酸中毒后室性心律失常機(jī)制45
• 4.5 本章小結(jié)45-47
• 結(jié)論47-49
• 參考文獻(xiàn)49-53
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文53-55
• 致謝55

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 龐亞飛;楊明;;心臟建模研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];中國醫(yī)療器械雜志;2011年01期

2 楊寶峰;蔡本志;;心律失常發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展[J];國際藥學(xué)研究雜志;2010年02期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 柳天嬌;復(fù)雜心室組織電生理建模與心肌缺血折返波仿真研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

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本文編號：746023