心房纤维化重构对房颤影响机制的仿真研究

Fibrotic remodeling of atrial tissue, which has an important impact on atrial electrophysiological and mechanical characteristics, is a hallmark of atrial fibrillation (AF). In addition to experimental and clinical studies, computer simulations are frequently applied to evaluate the function of heart and investigate the mechanisms of cardiac disease. Based on electromechanical coupled models of fibrotic remodeling of atrial tissue, this research focuses on the influencing mechanisms of fibrotic remodeling to AF. The main contents of this project include: Establish a complete myocyte-fibroblastic electromechanical coupled model to explore micro mechanisms of fibrotic remodeling to AF; Construct a histologic model matched characteristics of atrial fibrotic remodeling to investigate macroscopic influences of fibrotic remodeling on AF through simulation of conduction and deformation. Based on these electromechanical strong coupled models of fibrotic remodeling, this research illustrates the effects of fibrotic remodeling on AF. This study has obvious scientific significance for understanding the mechanism of AF inducement and maintainance. Meanwhile, it provides new idea and new method for treatments of AF and cardiac fibrosis.

心房纤维化重构是诱发房颤的结构基础，对心房的电生理及力学特性有重要影响。建模仿真研究具有便利性和可重复性，是对临床研究的辅助手段和必要补充，可广泛应用于心脏功能的评估和心脏疾病机制的研究。本课题拟基于电力学耦合的心房纤维化重构组织模型，研究纤维化对房颤的微观和宏观影响机制。本项目主要研究内容包括：建立完整的心房肌细胞与成纤维细胞的电力耦合模型，研究纤维化对房颤的微观影响机制；建立与实际心房纤维化重构特征相符的组织学模型，通过仿真组织的电兴奋传导和力学形变，研究纤维化重构对房颤的宏观影响机制。本研究通过建立心房纤维重构的组织电力学强耦合模型，阐明纤维化重构对房颤的影响，对加深房颤诱发和维持机制的理解具有重要科学意义，为临床针对心脏纤维化和房颤采取的治疗手段提供新方法和新思路。

心房纤维化重构是诱发房颤的结构基础，对心房的电生理及力学特性有重要影响。建模仿真研究具有便利性和可重复性，是对临床研究的辅助手段和必要补充，可广泛应用于心脏功能的评估和心脏疾病机制的研究。本课题基于电力学耦合的心房纤维化重构的细胞和组织模型，研究了纤维化对心房电生理和力学的微观和宏观影响机制。.项目的主要研究内容包括：基于生理实验数据，仿真成纤维细胞的钠离子电流和机械门控通道特性，修正表征心房肌细胞和成纤维细胞的各类离子通道电流特性的方程，建立完整的心房肌细胞与成纤维细胞的电力耦合模型，研究纤维化对心房电生理及力学特性的微观影响机制；建立与实际心房纤维化重构特征相符的组织学模型，通过仿真心房纤维化组织的电兴奋传导和力学形变，研究纤维化重构对心房电生理及力学特性的宏观影响机制。.项目的研究结果包括：在细胞层面上，心肌细胞的牵张激活通道电流（ISAC）、成纤维细胞的电压门控性钠通道电流（INa_Mfb）和机械门控性通道电流（IMGC_Mfb）使得心房肌细胞的膜电位的幅值和动作电位间期降低、静息期膜电位的去极化程度加强，容易引发心房肌细胞的自发性电兴奋；同时，ISAC和INa_Mfb能够明显增强心肌细胞的收缩力，IMGC_Mfb则使ISAC和INa_Mfb对心肌细胞的作用有所减弱。在组织层面上，当一维心房肌纤维考虑牵张激活通道和机械门控通道时，肌纤维的收缩力和拉伸率有所降低；二维心房肌纤维组织在ISAC、INa_Mfb和IMGC_Mfb的共同影响下，兴奋波的传导减慢，静息电位发生去极化，心房纤维组织的变形延迟，且最大应变降低。.本研究通过建立心房纤维化重构的细胞及组织的电力学强耦合模型，阐明了纤维化重构对心房电生理和力学的影响，对加深房颤诱发和维持机制的理解具有重要科学意义，为临床针对心脏纤维化和房颤采取的治疗手段提供了新方法和新思路。