心律失常的动力学机制及控制策略研究

从动力学角度研究心律失常时心肌动作电位的传导性质和相关控制策略,是非线性和心脏病研究交叉领域非常重要的研究课题,将给临床实践和电生理实验提供重要参考,具有很强的实际意义和重要的学术价值。本项目以心律失常时折返波和湍流态的动力学性质为研究对象,采用数值模拟和理论解析相结合、并联合分析相关临床表现和电生理实验的研究方法.主要研究内容有：（1）设计旋转电场在心肌缺陷上激发兴奋波的新方法，高效地消除折返波和湍流态，并用电生理实验验证;(2)各类电场控制三维回卷波动力学行为(阻止破裂、消除湍流态、诱导漂移等),拓展电场的控制理论；各类回卷波动力学性质与临床心电图表现的关联分析;(3)研究振荡缺陷对心肌动作电位传导的影响和自律性心肌组织在抗心律失常过程中的影响。本项目的研究目标是加深对心律失常时动作电位的动力学性质和作用机理的理解，提出抗心律失常的新思路，拓展控制理论和策略,为心脏临床实践提供帮助。

项目以心律失常时折返波和湍流态的动力学性质为研究对象，从非线性动力学角度研究了心肌动作电位的传导性质和相关控制策略，通过采用数值模拟和理论解析相结合的研究方法，并注意联系研究内容在心脏医学中的实际应用。. 通过课题组成员们努力，顺利地完成了申请书的研究内容，发表了SCI论文9篇，取得了有原创性的一点成果：1）按照申请书中拟开展的核心内容，提出了通过旋转电场在心肌缺陷上激发兴奋波（WEH）的新控制方法，通过与现有的脉冲电场的比较，表明此方法能高效地消除折返波和湍流态。由于旋转电场的控制具有一些优势，并且在最近的实验中已经实现，可能给存在缺陷的心肌组织中折返螺旋波和湍流态的控制带来潜在的应用。我们相信新提出的控制方法能引起较大关注以及后续实验研究的跟进；2）提出了局域起搏(ATP)联合辐射电场的新控制策略，消除不均匀介质中的湍流态，明显地提高了ATP的效率，并且阐述了控制机理；3)系统地研究了旋转电场驱动螺旋波动力学性质，发现了驱动角度同步，压制漫游螺旋波到稳定以及阻止螺旋波破裂三个效应；4）研究了介质的收缩扩张同步性对螺旋波漂移行为的调制，发现当形变频率3倍于螺旋波频率相等时,完全同步形变能锁定螺旋波,而最大程度的不同步形变能导致螺旋波快速漂移.基于弱形变近似的解析结果很好地验证了数值模拟结果；5）提出了一种计算外场频率和受此外场激发的靶波频率之间关系的算法，检验了此种方法的应用：消除自由和受钉扎的螺旋波；6）研究了神经元膜片温度参数对神经元网络中螺旋波演化的影响；7）研究了通电螺旋管对螺旋波动力学性质的控制，研究表明：涡旋电场能有效消除湍流态,实现斑图转变；8）改进了反应多粒子碰撞动力学方法，模拟了快速反应的双稳负反馈系统；9）研究了长程排斥短程吸引胶体系统的驱动动力学性质。. 通过本项目的研究，加深对心律失常时动作电位的动力学性质和作用机理的理解，特别是提出了一些抗心律失常的新思路，拓展了控制理论和策略。. 最后，受益于项目的资助，培养毕业了研究生3名，进行了活跃的学术交流活动。