心室肌细胞电生理-力学复合模型在心力衰竭中的仿真研究

目的:研究心力衰竭情况下快速收缩心肌和慢速收缩心肌力学特性的变化及其对心脏电生理的影响。方法:基于心衰心肌生理实验数据建立心室肌细胞电生理-力学复合模型,仿真对比正常和心衰肌细胞内钙离子浓度的变化,进而研究其对细胞收缩力学特性的影响。结果:仿真显示与正常细胞相比,心衰肌细胞电生理特性的变化导致细胞内钙离子浓度降低。进而与肌钙蛋白的钙结合亚单位(TnC)结合的钙离子比正常时大大减小,直接导致细胞收缩力减小。结论:心衰时心室肌细胞的收缩力减小,肌细胞中正常的电力学反馈作用减弱,增大了心室壁细胞动作电位的透壁梯度,从而可能诱发心律失常。仿真结果与文献报道的实验发现一致,将来在组织和器官层次上的心脏建模工作可以整合单细胞的电力学模型,有助于深入研究心力衰竭的病理机制。     

基于Noble心室肌细胞动作电位动力学模型的细胞电生理特性仿真研究

基于Noble98哺乳动物心室肌细胞动作电位动力学模型，利用龙格一库塔法得到模型数值解。在此基础上，研究了文氏现象和心室肌细胞跨壁复极离散性、频率依赖性及其离子通道机制。结果显示，心肌细胞这些固有特性的存在可能导致心脏激动扩布中正常时空组织遭到破坏，成为致心律失常的潜在因素。本研究同时建立了利用Noble98模型进行定量细胞电生理研究的基本方法，为进一步利用该模型深入探讨心律失常生理机制奠定了重要基础。     

超高静磁场引起心电图T波变化的电生理学初步仿真研究

目的初步仿真研究超高强度静磁场中的心电图T波幅度的改变机制。方法基于磁流体动力学模型,应用有限差分方法进行数值求解,通过改变磁场强度得到对应主动脉血流率;基于离子通道心室肌细胞模型,通过改变与ATP浓度相关的L型钙通道渗透率来仿真不同程度的心肌缺血情况。结果在超高静磁场中,人体主动脉的血流率减少可超过10%,可能会导致一定程度上的急性心肌缺血症;在不同心肌缺血情况下,心肌动作电位平台期受抑制,动作电位持续时间缩短,而透壁特异性增强,动态电生理力学心脏模型仿真得到心电图T波有较大改变。结论超高静磁场下主动脉血流率减少导致的心肌缺血会引起心电图T波幅度的明显增长,可能是超高静磁场对心电图T波影响的重要因素之一。     

心肌细胞动作电位数学模型及其计算机仿真研究

恶性心律失常和室颤是心血管疾病中造成人类死亡的主要原因之一。建立在Hodgkin-Huxley方程基础上的心肌细胞动作电位数学模型由离子通道、泵及交换体电流组成,与细胞内外离子浓度、通道状况、神经递质和药物影响密切相关,可使细胞电生理和临床病理生理间建立确切的联系。基于这种模型的计算机仿真研究可以通过改变细胞内外环境,观察心肌组织乃至整个心脏电生理功能的变化,探讨和揭示心律失常或心源性猝死的机制。本文重点阐述了心肌细胞动作电位数学模型的构成及其计算机仿真研究的概况。     

哺乳类动物心室肌细胞的Luo-Rudy模型及计算机仿真研究的进展

在实验数据的基础上基于Hodgkin-Huxley方程建立的哺乳类动物心室肌细胞的Luo-Rudy模型及计算机仿真研究使得对心脏的认识从定性转入定量.本文简述了Luo-Rudy模型的发展过程及其应用研究,并给出了LR91模型的计算机仿真结果.心肌细胞模型在心脏电生理研究中起着重要的作用,随着对心肌细胞模型的进一步研究将在分子水平上揭开心源性猝死的原因.     

心肌缺血下人体心室电生理建模和心电图仿真

为了分析心肌缺血下心肌细胞电生理变化以及对心室传导波的影响,本文考虑了缺血情况下高钾、酸液过多、局部缺氧的实际情况,开发了一个人体心室缺血模型。基于该模型,文中模拟了不同缺血程度下心内膜细胞、M细胞和心外膜细胞的动作电位(AP),并探讨了心肌缺血的三个单一因素分别对细胞AP的影响,最后定量分析了二维人体左心室组织心肌缺血下心电图(ECG)的改变情况。实验结果表明,在缺血情况下,心肌细胞动作电位时程(APD)均有不同程度的缩短。大多数情况下,缺血区域越大,或者缺血情况越严重,ECG的ST-T波变化幅度也越大。在上述三个心肌缺血因素中,高钾对ST-T波变化起到关键的作用,这与之前在动物模型上得到的实验结论保持一致。     

哺乳类动物心室肌细胞的Lup-Rudy模型及计算机仿真研究的进展

在实验数据的基础上基于Hodgkin—Huxley方程建立的哺乳类动物心室肌细胞的Luo—Rudy模型及计算机仿真研究使得对心脏的认识从定性转入定量。本简述了Luo—Rudy模型的发展过程及其应用研究，并给出了LR91模型的计算机仿真结果。心肌细胞模型在心脏电生理研究中起着重要的作用，随着对心肌细胞模型的进一步研究将在分子水平上揭开心源性猝死的原因。     

C57胎鼠、乳鼠及成年小鼠心室肌细胞分离、培养及鉴定

背景：培养的心肌细胞被广泛应用于心肌细胞的生理特性、毒性实验、基因工程、疾病模型和药物筛选等方面的研究。获得纯度较高活性良好的品系小鼠心肌细胞是研究的关键前提。 目的：分离和培养C57小鼠胎鼠、乳鼠及成年小鼠心室肌细胞。 方法：应用机械切碎心室肌后,胰蛋白酶消化不同发育阶段的C57小鼠心室肌细胞,差速贴壁1 h纯化心室肌细胞,锥虫蓝染色判定心肌细胞活力,体外分别培养48~72 h后分别行倒置显微镜、扫描及透射电镜观察细胞形态,微电极阵列评价细胞电生理指标,免疫组化鉴定。 结果与结论：经3~6次消化后,心室组织消化完全,即刻细胞存活率大于85%。倒置显微镜下观察,细胞呈梭形、多角形。12 h有少部分细胞搏动,48 h细胞交织成网,搏动呈同步性,搏动频率30~90次/min。说明用胰蛋白酶组织消化法可以成功地分离、培养,并获得形态、活力良好的胎鼠、乳鼠及成年C57小鼠心室肌细胞。     

2型糖尿病大鼠心室肌细胞离子通道功能和表达变化

目的:探讨2型糖尿病大鼠心室肌细胞离子通道电流及其相关蛋白表达的改变。方法:采用Zucker糖尿病肥胖(Zucker diabetic fatty,ZDF)大鼠建立2型糖尿病大鼠模型,Zucker瘦型(Zucker lean,ZL)大鼠为对照组。采用急性酶解法分离大鼠单个心室肌细胞,采用全细胞膜片钳技术记录其动作电位、L型钙通道电流(I_Ca-L)及瞬时外向钾电流(I_to)的变化;提取大鼠心肌组织蛋白,采用Western blot检测心肌细胞肥大标志物β-肌球蛋白重链(β-myosin heavy chain,β-MHC)和心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide,ANP),以及L型钙通道(Cav1.2)和钾通道(Kv4.3)的蛋白表达水平。结果:用高脂饮食诱导ZDF大鼠成功建立2型糖尿病模型;与ZL大鼠相比,ZDF大鼠心室肌细胞的动作电位时程显著延长,I_Ca-L和I_to密度显著降低[峰值分别为(?5.96±0.37)pA/pF vs(?4.92±0.30)pA/pF,(12.43±0.86)pA/pF vs(7.48±0.58)pA/pF,均P<0.05];与ZL大鼠相比,ZDF大鼠心肌组织中β-MHC和ANP的表达水平明显增加,伴有Cav1.2和Kv4.3蛋白表达下降(P<0.05)。结论:与ZL大鼠相比,2型糖尿病大鼠心肌细胞肥大,心室肌细胞动作电位时程延长,I_Ca-L和I_to密度及其相关蛋白表达水平降低,提示糖尿病大鼠心室肌细胞发生电生理重构。     

用于测量单心肌细胞肌节运动的微机图象处理系统

分离的单心肌细胞在研究心脏力学及其电生理特性具有重要的作用。然而,过去很少有人同时研究心肌细胞的力学特性与电生理特性,其主要原因是缺乏同时记录细胞动作电位与测量肌节收缩的仪器系统。本文描述了一个解决此问题的仪器系统。该系统由显微镜、电极、摄象机、监视器、图象输入机、计算机和某些辅助电路组成。系统在记录动作电位的同时记录下细胞的图象,图象经图象输入数化后,输入计算机,运用数字图象处理技术,可测量收缩过程中肌节的长度。文中给出了运用此系统对豚鼠心室细胞进行研究的结果。实验结果表明,该系统是研究肌节兴奋——收缩的重要工具,它克