心室内膜细胞起搏及驱动机制的仿真研究

Because of the disadvantages of the electronic pacemakers, pacing tissue in the ventricle has attracted interests in academia; however, there are still many key issues to solve. Based on the precious cardiac models and related biological experiments, we construct ventricular models with pacing tissue and conduct the research project entitled “Simulation research of the pace-making and driving mechanism of the ventricular endocardial myocytes”, in order to deeply investigate the pacing mechanism of the ventricular endocardial myocytes, and to explore the best construction of the pacing tissue and mechanism of its driving. Firstly, the nonlinear dynamics theory will be applied to analyze the pacing mechanism of the single cell, finding the key factors which would influence the pacing. And then, construct the computing model of the single pacing ventricular cell. On the basis of the model of the pacing cell, and together with the cardiac data with fine structure, the 2D and 3D ventricular computing models with pacing tissue will be constructed, to investigate the best structure of the pacing tissue and its driving mechanism. The output of the project will provide theoretical support and guide for the biological experiments and the clinical applications of the biological pacemakers.

由于电子起搏器存在很多弊端，在心室中生成起搏组织已引起学术界的广泛关注，但相关研究仍有很多问题需要解决。为了深入地研究心室内膜细胞的起搏机制、探索起搏组织的构建方式和起搏组织对心室的驱动机制等关键问题，本研究拟在前期心脏模型及相关生物实验的基础上，构建含有起搏组织的心室模型，开展“心室内膜细胞起搏及驱动机制的仿真研究”。首先，应用非线性动力学理论，分析心室细胞起搏的机制，得出影响正常心室内膜细胞变为起搏器细胞的关键因素；然后，结合相关生物实验数据，构建心室起搏单细胞模型；在起搏细胞模型的基础上，再结合含有精细结构的心脏解剖数据，构建含有起搏组织的2D和3D心室计算模型，研究起搏组织的最佳构建方式及其对心室的驱动机制。本研究将为生物起搏器相关生物实验的开展及其早日临床应用提供理论支持和指导。

本课题主要探究在心室内生成起搏组织的可行性，揭示心室细胞产生自发起搏的机制、研究心室内起搏组织的起搏及驱动机制，为相关生物实验的进行提供理论指导和依据，加快相关技术在临床上的应用。为实现上述目标，本课题分为以下四部分研究内容：.1..构建心室单细胞起搏模型并分析其起搏机制；.2..研究心室内具有起搏组织时对心室组织的影响，分析起搏组织对心室的作用；.3..研究与心室组织电隔离的生物起搏器的起搏及驱动机制；.4..研究通过弱电偶联生成的生物起搏器的起搏及驱动机制。.通过对本课题深入的研究，取得如下一系列成果：.1..分析心室细胞模型，找到诱导普通心室细胞为起搏细胞的关键因素内向整流钾电流，进而构建起搏细胞模型；.2..构建包含起搏器的1维纤维级心室组织模型，分析边界电偶联对起搏器功能的影响；.3..构建包含起搏器的2维心室组织模型，分析影响起搏器功能的因素；.4..构建包含起搏器的3维心室模型，验证电隔离对起搏器的保护作业；.5..发现心室组织具有起搏能力时可以一定程度削弱折返波的危害；.6..给出起搏器所需细胞数量、维度和电偶联之间的定量关系。.基于该课题，负责人以第一作者发表SCI论文3篇、学术专著1部、国际会议论文1篇，合作会议论文2篇。