心肌细胞和心肌组织的钙离子动力学研究

本申请项目研究心肌细胞及心肌组织内钙离动力学的问题。心肌细胞内钙离子的内在动力学失常被认为是引发心脏非正常现象的主要原因，Ca浓度Alternans（长短波交替）更是T波Alternans（病人发生心颤风险指示）的直接原因，钙浓度Alternans的内在机制尚未明朗。本项目研究是从物理的角度，抓住心肌细胞钙循环为可激发过程的这一特性来构建模型，通过数值模拟再现心肌细胞和组织的钙离子循环，研究单个细胞和二维组织的钙离子波传播和螺旋波的机制及控制方法、单个细胞与二维组织的动力学对应关系、从其动力学角度来找出影响钙离子循环失衡的关键因素及控制该因素的有效方法。进而找出心脏出现异常的原因，为心脏类疾病的控制提供可能的新的有用建议和方法。

本项目主要研究心肌细胞及心肌组织内钙离动力学的问题。在经费支持下，近三年我们的工作主要集中钙离子波的传播、竞争特性研究以及不同细胞间钙离子波的传播关系研究上。钙离子波是典型的非线性波，我的工作有很大一部分集中在非线性波的传播、竞争的普适性特性上。目前共发表SCI论文3篇，核心2篇，已经录用的SCI文章1篇,正在审理的稿件1篇,软件专利权1项,主要工作如下：. 我们研究了非均匀介质中非线性波的普适竞争机制。钙离子波是典型的非线性波，非线性波的普适特性对它都适用。我们发现界面波产生的更宽广条件，只要两边的正负介质能够支持同样的频率，就交界处就能生成界面波。在非均匀介质内两个波的竞争不仅仅可以用色散曲线去解释，更可以结合界面波去进行波竞争的预测，这对实验和理论模拟都有指导意义。另外，在非均匀介质中通过外界驱动产生波，一定要考虑界面波的影响。有界面波的介质，要生成频率比界面波大的波，需要在正波介质进行驱动；反之，则要在负波介质进行驱动。相应的工作发表在了Physical Review E上，另有一篇已投稿至理论物理通讯(Communications in Theoretical Physics)。. 在二维波传播的研究过程中，我们观察到了靶波成像现象。并且随着驱动靶波位置的移动，成的像也会移动，这与线性光学里的成像现象非常类似。但是这又跟光学里的成像有很大不同，这里的靶波成像是不需要光学器具就能在对方区域观测到像的。如果我们能在心肌细胞内实现该成像现象，可以利用像来做驱动，进行无痕控制。成像现象的相应规律我们已经总结整理成文，准备投出。. 在单个细肌细胞的钙离子动力学研究中，我们着重研究了心肌细胞中耦合系数。发现，在持续刺激下，适当的耦合系数能够使系统出现持续振荡行为。而持续振荡行为是可以作为驱动去抑制不规则波的，这是波控制的一种新设想。对应的工作我们发表在了核心期刊上。. 此外，我还和合作者一起研究了窦房结信号在心房内的传播特性，尤其是不同的耦合对这一特性的影响。该工作已经投稿到Plos one。. 在二维中，细胞与细胞连接方式，我们提出了新的设想。我们用网络中的长程链接，替代细胞间的间隙链接。在两个有长程链接的细胞中我们观察到了部分同步。相关的工作尚未整理，我们会将这部分工作作为下一阶段的重点，尽早完成。