基于心脏电生理模型的心律失常机制研究进展

揭示发病机制是心律失常诊断、治疗、药物研发和设备设计的关键.整合当前在心脏分子生物学、生物化学、生理学及解剖学方面的最新成果,构建从离子通道、心肌细胞、心肌纤维、心肌组织、心脏器官到躯体各个层次的多尺度多模态心脏电生理模型,用于系统研究微观局部变化发生、发展、转化为宏观心律失常表现的过程,将彻底改变传统从基因突变、蛋白质表达、细胞电生理、临床表现单独研究心律失常的方式,实现微观与宏观研究的统一,使心脏电生理模型成为系统研究心律失常发病机制的有力手段.本文综述了心脏电生理模型的构建方法和研究进展,讨论了多尺度心脏电生理模型在揭示心律失常机制研究中的作用和地位,给出了基于心脏电生理模型心律失常研究的挑战和重要发展方向.

全心脏电生理模型的仿真应用

实现了用细胞自动机式并行计算构造全心脏的电生理模型 ,并介绍这种电生理模型的仿真设施与应用。仿真应用首先是求解心电图正问题 ,尤其是仿真各种心律失常心电图 ,准确说明各种不规则波形所蕴含的电生理意义。其次 ,是在通道层次对心电活动动力学性质特别是对心律失常形成与维持的机制进行研究。第三 ,是模拟对心电活动的各种调制与干预 ,研究起搏、除颤、消融。

基于电生理-力学复合心脏模型的右心室三维运动分析

在原有电生理心脏模型基础上,我们采用有限元方法和复合材料理论建立了一个电生理-力学复合双心室模型,并基于该模型对右心室心壁在收缩期的三维运动进行仿真分析。模型建立过程中,考虑了心肌的纤维旋向、心电兴奋产生的心肌收缩力。心室壁位移、最小主应变(E 3)等用来表征心室的运动。仿真结果与加标记磁共振成像的实验结果基本一致。另外,仿真结果还表明,虽然心基部位移最大,但最大收缩力却发生在心尖部,这个结果用一般的动物实验或人体实验是难以得到的。因此,电生理-力学复合双心室模型对于今后进一步评价心脏功能具有重要意义。

基于动态心脏模型的体表心电图仿真研究

以往的电生理心脏模型大多是静态的,而非动态模型。这样在用准静电场理论求解体表电位时,整个心动周期中等效心电偶极子(源点)与体表(场点)之间的距离假设为恒定不变,从而会引入较大的系统误差。因此,为了更准确仿真心电图,有必要采用动态或跳动的心脏模型。基于原来静态心脏模型,构造了一个动态心脏模型,并对体表12导联心电图进行仿真比较研究。在动态心脏模型中考虑了心肌电兴奋引起的心脏机械力学收缩,通过计算心动周期中心室壁的位移,从而将心脏与体表之间的相对距离变化考虑进体表电位计算过程。仿真结果表明,对于正常心电图,基于动态心脏模型的仿真结果比基于静态心脏模型的仿真结果更符合临床记录心电图,特别是V1-V6胸导联的ST段和T波。对于前壁轻微缺血情况,在动态心脏模型的仿真心电图中能明显看出ST段和T波的变化,而在静态心脏模型的仿真心电图中与正常心电图相比看不出什么变化。本研究的仿真研究证实了动态心脏模型的确能更准确地仿真体表心电图。

心脏建模研究现状及发展趋势

心脏建模对于心脏疾病的诊断和治疗具有重要意义。随着生物医学技术、材料及计算机科学的发展,心脏建模仿真在心脏数据的获取、建模方法的研究以及临床应用方面提出了新的要求。该文从几何/解剖学、电生理学和机械动力学角度对心脏模型进行了介绍,并综合分析了心脏建模中存在的问题及今后的发展趋势。

心脏建模仿真研究进展

本文综述了近年来国际上在不同层次上心脏建模仿真的研究成果和进展 ,分别介绍了亚细胞和细胞层次、组织和器官层次上的心脏电生理模型、机械力学模型和生物化学模型。最后 。

基于心电研究进展完善心电模型构建和心律失常研究的策略

心律失常是一类严重威胁人类生命安全的心血管疾病,其机制复杂,临床治疗亟待改进。当前虚拟电生理仿真模型整合离子通道电生理特性、动作电位、体表心动图等基础研究数据,对心电活动和心律失常机制的阐释有了长足的进步,但与真实人体心电活动仍存在一定差异。本文结合基础与临床最新研究进展,提出将离子通道β亚基、细胞器和亚细胞结构等调节心电活动的数据以及基于人类iPS衍生的心脏类器官获取的心电数据纳入心电模型构建的策略,从微观和宏观多尺度更新、完善和验证虚拟心脏电生理模型,并提出通过分子对接结合心电仿真模型筛选、评估靶向治疗心律失常药物的思路。