心房细胞氧化应激模型的构建及其对电动势影响的分析

发布时间：2020-07-15 21:39

【摘要】：心律失常是引发心脏疾病的重要因素,并且其发病率呈逐年增长的趋势,特别是在人口老龄化趋势增加的时期,探索心律失常的发病机制具有重要的现实意义。虚拟心脏建模与仿真为心脏相关疾病的研究提供了全新的探究心脏方法。它可以仿真心脏微观层次的生理病理变化,提供了从离子、细胞、组织到整体的定量分析,深入临床医学无法关注到的心脏微观领域。氧化应激是细胞新陈代谢失常的主要表现。相关实验已表明它会影响细胞的多个离子通道以及蛋白酶,造成异常的动作电位,最终引发心律失常。本文主要从心房细胞仿真计算模型出发,探究氧化应激引发心律失常的内在机制。本文首先建立了人类心房细胞仿真计算模型,包括离子电流、离子浓度、钙循环以及兴奋收缩耦合机制。创新性的融合了钙/钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ(Ca MKII)激活模型和Ca MKII对相关蛋白和离子通道的调控。生理实验已表明活性氧族(Reactive Oxygen Species,ROS)参与了Ca MKII的激活过程,因此本模型将Ca MKII作为氧化应激和心房细胞电生理关联的桥梁。仿真结果表明氧化应激会通过影响钙循环过程导致动作电位的早期后除极现象,并以全新的微观角度揭示了其发病机理。氧化应激可以通过增强L型钙电流和钙循环机制的反馈作用逐渐增加细胞质中的钙离子浓度。钠钙交换电流在升高的钙浓度作用下幅值增加,抬高了动作电位的平台期电位,并间接减缓了L型钙电流的失活过程。最终导致动作电位平台期延长,L型钙电流在失活后由于过高的膜电位再次激活,产生早期后除极现象。然后本文在心房细胞仿真模型的基础上,建立了二维理想组织模型。探究氧化应激对细胞组织的电兴奋传导过程的影响。仿真实验表明氧化应激的细胞会阻碍电兴奋的传导,并可能引发折返。同时,氧化应激会造成折返波破裂,促使心脏跳动节律紊乱,导致心律失常的发生。最后,本文将心房细胞仿真模型开发为演示软件。用户可以自己设定细胞的环境参数和相关细胞成分参数,并可以观察心房细胞模型的仿真实验数据和图形展示。方便用户学习了解心房细胞的电生理知识和相关的实验研究。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.52;R541.7
【图文】：

动作电位,静息电位,离子通道

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文作电位电位是指心肌细胞受到刺激后细胞膜两侧发生的快速、可逆变化过程[33]。心脏细胞在舒张期的膜电位称为静息电位，此于稳定状态，细胞膜内保持着外正内负的电位差。动作电位细胞受到刺激后，膜上离子通道开放使得离子进行跨膜运输电位的波动。细胞在静息状态下受到阈上刺激后，电压控制首先开放，导致原有的-70~-80mV 的负电位转变成+20~50m过程称为去极化过程。然后，由于各离子通道的逐渐失活，外负状态恢复到静息电位的内负外正状态，这过程称为复极

亚基,受体,催化域,同基因

图 2-2 CaMKII 型分子结构依赖性蛋白激酶（CaMK）是催化蛋白质磷酸化的一浓度的变化，其成员包括 CaMKI、CaMKII 和 CaM量最多，而 CaMKIV 的含量极低，不太可能发挥重要楚，实验表明 CaMKI 在结构性心脏病并没有量的同基因编码的亚型：、、和，其中型主要分，CaMKII 是由 12 个亚基的羧基端关联并排列成六聚联域、催化域和调节域组成。关联域是各亚基的结结合并执行激酶功能，调节域控制酶的活化。调动激活，Thr307 负责自动磷酸化的失活，Met281 和。CaMKII 的激活首先需要钙离子结合的钙调蛋白（M 结合区结合来诱导 CaMKII 的构象重排，因此这意内的钙浓度有着密切关系。CaMKII 存在于细胞膜、核中，参与多个离子通道以及相关受体的激活过程过程中，各种蛋白酶和受体存在于各种钙离子通道

数据对比,速率,模型

图 2-7 CaMKII 模型氧化通路仿真与实验数据对比表 2-2 CaMKII 模型参数定义 I 向 B 转变的速率 CaMCa4 从 B(BO)态分离的速率 0Ca2+从 B(BO)态分离的速率 0CaMCa4 从 BP 态分离的速率 0Ca2+从 BP 态分离的速率 0B 向 BP 转变的速率 6BP 向 B 转变的速率 1B 向 BO 转变的速率 6.48BO 向 B 转变的速率 1 调控作用

【参考文献】