Распространение электрического импульса и возникновение автоколебаний в неоднородном миокарде
DOI:
https://doi.org/10.7242/2658-705X/2023.1.1Ключевые слова:
миокард, томографический образ, метод конечных элементов, проводящая системаАннотация
Среди процессов, происходящих в сердечной ткани, ведущую роль играет распространение электрического возбуждения, поскольку именно оно определяет и запускает все другие процессы в миокарде. Одним из опасных нарушений деятельности сердца является возникновение самовоспроизводящихся волновых процессов, не приводящих к сокращению сердца как целого органа. Причиной возникновения таких процессов могут служить как дополнительные источники электрического возбуждения, так и дефекты, имеющиеся в миокарде.
В статье представлены результаты численного моделирования электродинамических процессов в миокарде, позволяющие проанализировать автоколебательные режимы миокарда, а также выявить факторы, способствующие возникновению этих явлений и, наоборот, блокирующие их развитие.
Библиографические ссылки
K.H.W.J. Ten Tusscher, Panfilov A.W. Modelling of the ventricular conduction system // Progress in Biophysics and Molecular Biology. – 2008. – Vol. 96. – P. 152–170.
Treece G.M., Prager R.W., Gee A.H., Berman L. Surface interpolation from sparse cross sections using region // Tras. Med. Imaging. – 2000. – № 19. – Vol. 11. – Р. 23–29.
Li B., Acton S. Active contour external force using vector field convolution for image segmentation // Transaction on Medical Imaging. – 2007. – Vol. 16. –№ 8. – P. 38–44.
Del Fresno M., Vénere M., Clausse A. A combined region growing and deformable model method for extraction of closed surfaces in 3D CT and MRI scans // Computerized Medical Imaging and Graphics. – 2009. – Vol. 9. – № 3. – P. 182–199.
Матвеенко В.П., Шардаков И.Н., Шестаков А.П. Алгоритм создания трехмерных образов органов человека по томографическим данным // Российский журнал биомеханики. –2011. – Т. 15. – № 4. – С. 20–32.
Шардаков И.Н., Шестаков А.П. Построение четырехкамерного геометрического образа сердца человека на основе рентгеновской томографии // Российский журнал биомеханики. –2015. – Т. 19. – № 4. –С. 372–384.
Kim W., Kim S. 3D binary morphological operations using run-length representation // Signal Processing: Image Communication. – 2008. – Vol. 23. – P. 442–450.
Sundnes J., Lines G.T., Xing Cai, Nielsen B.F, Mardal K-A, Tveito A. Computing the Electrical Activity in the Heart. – Springer-Verlag, 2006.
Sachse F.B. Computational Cardiology. Modelling of Anatomy. – Electrophysiology and Mechanics. – Springer-Verlag, Berlin (2004).
Potse M., Dube B., Richer J., Vinet A., Gulrajani R.M. A Comparison of Monodomain and Bidomain Reaction-Diffusion Models for Action Potential Propagation in the Human Heart // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. – 2006. – Vol. 53. – № 12. – P. 2425–2435.
Wikswo J.P., Lin S.F., Abbas R.A. Virtual Electrodes in Cardiac Tissue: A Common Mechanism for Anodal and Cathodal Stimulation // Biophys. J. – 1995. – Vol. 69. – P. 2195–2210.
FitzHugh R.A. Impulses and physiological states in theoretical models of nerve membrane // Biophysical Journal. – 1961. – Vol. 1. – № 6. – P. 445–466.
Aliev R.R., Panfilov A.V. A simple model of cardiac excitation. //Chaos, Solitons &Fractals. – 1996. – Vol. 7. – № 3. – P. 293–301.
Beeler G.W., Reuter H. Reconstruction of the action potential of ventricular myocardial fibres. J. Physiol. – 1977. – Vol. 268. – № 1. – Р. 177–210.
Jafri M.S., Rice J.J., Winslow R.L. Cardiac Ca2+ dynamics: The roles of ryanodine receptor adaption and sarcoplasmic reticulum load. Biophysical Journal. – 1998. – Vol. 74. – Р. 1149–1168.
CellML Model Repository [Электронный ресурс] – URL: http://models.cellml.org/cellml/.
The FEniCSx computing platform [Электронный ресурс] – URL: https://fenicsproject.org/.
Вассерман И.Н., Матвеенко В.П., Шардаков И.Н., Шестаков А.П. Конечноэлементное моделирование электрического возбуждения миокарда // Прикладная механика и техническая физика. – 2014. – № 1. – С. 76–83.
Matveenko V.P., Shardakov I.N., Shestakov A.P., Wasserman I.N. Development of finite element models for studying the electrical excitation of myocardium // Acta Mechanica. – 2014. DOI: 10.1007/s00707-014-1088-2. – pp. 1–17.
Русаков А.В., Панфилов А.В., Медвинский А.Б. Однонаправленный блок проведения одиночном автоволны в узком проходе и возникновение двумерного вихря зависят от геометрии препятствия и от возбудимости среды // Биофизика. 2003. – Т. 48. – № 4. – С. 722–726.
Вассерман И.Н., Матвеенко В.П., Шардаков И.Н., Шестаков А.П. Механизм зарождения аритмии сердца за счет патологического распределения проводимости миокарда // Биофизика. – 2016. – Т. 61. – № 2. – С. 352–358.
Вассерман И.Н., Шестаков А.П. Моделирование электродинамических, гидродинамических и деформационных процессов в системе «мышечная ткань сердца-сосуды-кровь». // Вестник Пермского федерального исследовательского центра. – 2016. – № 4. – С. 11–16.
Nielsen P.M.F. [et al.] Mathematical model of geometry and fibrous structure of the heart // Am. J. Physiol. 260(Heart Circ. Physiol. 29): H1365-H1378 (1991).
Вассерман И.Н, Матвеенко В.П., Шардаков И.Н., Шестаков А.П. Численное моделирование распространения электрического возбуждения в сердечной стенке с учетом её волокнистослоистой структуры // Биофизика. – 2015. – Т. 60. – № 4. – 2015. – С. 748–757.
Costabal F.S., Hurtado D.E., Kuhl E. Generating Purkinje networks in the human heart // Journal of Biomechanics. – 2016. – Vol. 49. – P. 2455–2465.
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.
Вассерман И.Н., Шестаков А.П. Моделирование распространения, задержки и блокировки импульса возбуждения в узлах проводящей системы сердца // Вестник Пермского федерального исследовательского центра. – 2018. – № 3. – С. 17–24. https://doi.org/10.7242/1998-2097/2018.3.2.