Моделирование распространения, задержки и блокировки импульса возбуждения в узлах проводящей системы сердца

Авторы

  • И.Н. Вассерман Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • А.П. Шестаков Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/1998-2097/2018.3.2

Ключевые слова:

проводящая система сердца, блокада ножек пучка Гиса, электродинамика, метод конечных элементов

Аннотация

В статье численно моделировалось распространение возбуждения в проводящей системе. Дан обзор моделей поведения трансмембранного потенциала клеток проводящей системы. Для работы были выбраны соотношения Ли-Руди (2011). Построена конечно-элементная модель проводящей системы, где она рассматривалась как одномерная последовательность клеток, соединенных на концах. На основе разработанной модели исследовался один из механизмов блокады ножек пучка Гиса. Рассмотрена Y-образная структура, моделирующая переход от общего ствола пучка Гиса к ножкам Гиса. Результаты показывают, что в зависимости от проводимости частей проводящей системы могут иметь место три режима: прохождение возбуждения через разветвление, полная блокада и прохождение возбуждения с задержкой. Получены области значений проводимости общего ствола пучка Гиса и ножек Гиса, при которых имеет место каждый из этих режимов. Рассмотрена роль быстрых и медленных натриевых каналов в возникновении режима с задержкой.

Биографии авторов

  • И.Н. Вассерман, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    кандидат физико-математических наук, научный сотрудник
  • А.П. Шестаков, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    младший научный сотрудник, ИМСС УрО РАН

Библиографические ссылки

  1. Ten Tusscher K.H.W.J., Panfilov A.W. Modelling of the ventricular conduction system // Progress in Biophysics and Molecular Biology. - 2008. - Vol. 96. - Р. 152-170.
  2. Noble D. A Modification of the Hodgkin-Huxley Equations Applicable to Purkinje Fibre Action and Pacemaker Potentials // J. of Physiology. - 1962. - Vol. 160. - Р. 317-352.
  3. Hodgkin L., Huxley A.F. A Quantitative Description of Membrane Current and its Application to Conduction and Excitation in Nerve // The J. of Physiology. - 1952. - Vol. 117. - Р. 500-544.
  4. McAllister R.E., Noble D., Tsien R.W. Reconstruction of the Electrical Activity of Cardiac Purkinje Fibres // J. of Physiology. - 1975. - Vol. 251. - Р 1-59.
  5. Francesco Di, Noble D. A Model of the Cardiac Electrical Activity Incorporating Ionic Pumps and Concentration Changes - Simulations of Ionic Currents and Concentration Changes // Phil. Trans. R. Soc. Lond. - 1985. - Vol. 307. - Р. 353-398.
  6. Ten Tusscher K.H.W.J., Noble D., Noble P.J., Panfilov A.V. A model for human ventricular tissue // American J. of Physiology. - 2004. - Vol. 286. - № 4. - Р. 1573-1589.
  7. Ten Tusscher K.H.W.J., Panfilov A.V. Alternans and spiral breakup in a human ventricular tissue model // American J. of Physiology, Heart and Circulatory Physiology. - 2006. - Vol. 291. - Р. 1088-1100.
  8. Aslanidi O.V., Stewart P., Boyett M.R., Zhang H. Optimal velocity and safety of discontinuous conduction through the heterogeneous Purkinje-ventricular junction // Biophysical J. - 2009. - Vol. 97. - Р. 20-39.
  9. Stewart P., Aslanidi O.V., Noble D., Noble P.J., Boyett M.R., Zhang H. Mathematical models of the electrical action potential of Purkinje fibre cells // Philosophical Transactions of the Royal Society. - 2009. - Vol. 367. - Р. 2225-2255.
  10. Sampson K.J., Iyer V., Marks A.R., Kass R.S. A computational model of Purkinje fibre single cell electrophysiology: implications for the long QT syndrome // J. Physiol. - 2010. - Vol. 588. - № 14. - Р. 2643-2655.
  11. Corrias A., Giles W., Rodriguez B. Ionic mechanisms of electrophysiological properties and repolarization abnormalities in rabbit Purkinje fibers // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. - 2011. - Vol. 300. - № 5. - Р. 1806-1813.
  12. Li P., Rudy Y. A Model of Canine Purkinje Cell Electrophysiology and Ca2+ Cycling. Rate Dependence, Triggered Activity, and comparison to Ventricular Myocites // Circulation Reesearch. - 2011. - Vol. 109. - Р. 71-79.
  13. Cherry E.M., Fenton F.H. Contribution of the Purkinje network to wave propagation in the canine ventricle: insights from a combined electrophysiological-anatomical model // Nonlinear Dyn. - 2012. - Vol. 68. - Р. 365-379.
  14. Garzon A., Grigoriev R.O., Fenton F.H. Continuous-time control of alternans in long Purkinje fibers // Chaos. - 2014. - Vol. 24. - № 3. - 033124.
  15. URL:http://rudylab.wustl.edu/research/cell/code/AllCodes.html (дата обращения: 18.09.2018).
  16. The CellML project [Электронный ресурс] URL:https://models.cellml.org/cellml (дата обращения: 18.09.2018).
  17. Clerx M., Collins P., de Lange E., Volders P.G. Myokit: A simple interface to cardiac cellular electrophysiology // Progress in Biophysics and Molecular Biology. - 2016. - Vol. 120. - №1-3. - Р. 100-114.
  18. URL:http://myokit.org/ (дата обращения: 18.09.2018).
  19. Keener J., Sneyd J. Mathematical Physiology. Springer, 2009.
  20. Laske T.G., Iaizzo P.A. The Cardiac Conduction System // In: Handbook of Cardiac Anatomy, Physiology and Devices. Humana Press. - 2005. - Chapter 9. - Р. 123-136.
  21. Iaizzo P.A., Laske T.G. Anatomy and Physiology of the Cardiac Conduction System. // In: Cardiac Electrophysiology Methods and Models. Springer. - 2010. - Chapter 4. - P. 73-89

Загрузки

Опубликован

2018-11-02

Выпуск

№ 3 (2018)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Вассерман, И., & Шестаков, А. (2018). Моделирование распространения, задержки и блокировки импульса возбуждения в узлах проводящей системы сердца. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 3, 17-24. https://doi.org/10.7242/1998-2097/2018.3.2