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。

生理动力学模型及其在健康风险评估中的应用进展和展望

基于生理的动力学(physiologically based kinetic,PBK)模型是一种用于模拟化学物质在有机体(如人类和其他动物物种)中的生物过程(吸收、分布、代谢和排泄,简称ADME)和推导体内、外剂量或靶器官剂量的工具。相较于PBK在药物研发的不同阶段的广泛应用,近几年来PBK在化学物质管理中应用的发展更为迅速。在过去十几年中,化学品安全管理领域的不同国际组织和权威机构相继发布了关于合理构建和使用PBK模型的指导文件。本文主要总结了人类/哺乳动物的PBK模型构建、化学物质健康风险评估中常用的软件和平台,以及PBK模型软件在化学物质管理中的应用和相关案例,简述了基于PBK和体外-体内外推(IVIVE)方法在下一代健康风险评估中的应用潜力,并对PBK在中国化学物质管理应用中需要解决的科学问题进行了讨论,以期为PBK在我国化学物质管理应用提供借鉴。

心室肌细胞电生理-力学复合模型在心力衰竭中的仿真研究

目的:研究心力衰竭情况下快速收缩心肌和慢速收缩心肌力学特性的变化及其对心脏电生理的影响。方法:基于心衰心肌生理实验数据建立心室肌细胞电生理-力学复合模型,仿真对比正常和心衰肌细胞内钙离子浓度的变化,进而研究其对细胞收缩力学特性的影响。结果:仿真显示与正常细胞相比,心衰肌细胞电生理特性的变化导致细胞内钙离子浓度降低。进而与肌钙蛋白的钙结合亚单位(TnC)结合的钙离子比正常时大大减小,直接导致细胞收缩力减小。结论:心衰时心室肌细胞的收缩力减小,肌细胞中正常的电力学反馈作用减弱,增大了心室壁细胞动作电位的透壁梯度,从而可能诱发心律失常。仿真结果与文献报道的实验发现一致,将来在组织和器官层次上的心脏建模工作可以整合单细胞的电力学模型,有助于深入研究心力衰竭的病理机制。

生理药代动力学-二肽基肽酶-4占有率结合模型预测奥格列汀在人体内的药代动力学和药效学

目的:建立奥格列汀生理药代动力学-DPP-4占有率结合模型(PBPK-DO),预测口服给药后人体内的药代动力学(PK)和药效学(PD)。方法:通过文献获得奥格列汀建模的参数和肝、肾损伤人群的生理参数,建立PBPK-DO模型;采用临床PK和PD曲线验证所建立的模型,通过比较预测和临床观测连续给药蓄积率、人体尿液累积排泄量,进一步验证模型预测准确性。结果:PBPK-DO模型预测奥格列汀所有PK参数(AUC、C_(max)、C_(168)、T_(max))和PD参数(TO_(max)和TO_(168))与实测值的倍数误差均<2。模型计算连续口服奥格列汀的蓄积率在0.85~1.25之间;336 h人体尿液中累积回收量为81.5%,均与临床实测值接近。模型预测血药浓度达到50 nmol·L^(-1)时,DPP-4占有率可达到近100%。此外,PBPK-DO模型确定临床最低的给药剂量为25 mg,qw。结论:本研究所建立的PBPK-DO模型能预测奥格列汀在健康人群和肝肾损伤人群体内PK和PD数据。

电化学方法下的聚β-环糊精吸附苯胺特征

聚β-环糊精(聚β-CD)是通过电化学合成法制备的一形状类似β-环糊精(β-CD)锥筒型的β-环糊精聚合物。苯胺是一种危害较大的环境污染物之一,聚β-CD包合吸附苯胺(An)的机制研究对今后聚β-CD去除苯胺具有重要的意义。在298.15~323.15 K的温度范围内,以电聚合法合成的聚β-CD/聚苯胺(PANI)复合材料的荷电量为吸附量,通过6种吸附等温模型(Langmuir、Freundlich、Langmuir-Freundlich、Temkin、Henry和BET)和4种动力学方程(准一级动力学、准二级动力学、颗粒内扩散及Elovich方程)的拟合,考察了聚β-CD包合吸附苯胺过程中的等温模型及其吸附动力学特征。结果显示,在此温度范围内,Langmuir-Freundlich、Temkin等温吸附模型适合描述聚环糊精对苯胺的包合吸附,说明聚β-CD包合苯胺是单分子层与多分子层吸附共存,且其吸附热与温度呈线性关系,吸附热随表面覆盖率增加而下降;准一级动力学模型更适合模拟聚β-CD包合吸附苯胺的反应过程,表明聚β-CD包合吸附苯胺以物理吸附为主,因此聚β-CD可以应用于苯胺的去除。

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.

慢性应激抑郁大鼠模型心脏电生理变化与5-羟色胺、生长相关蛋白-43影响的研究

目的:探讨慢性应激抑郁大鼠模型5-羟色胺(5-HT)对心脏局部组织生长相关蛋白-43(GAP-43)及动作电位的影响。方法:随机将20只大鼠分为对照组和抑郁组,对抑郁组大鼠进行连续21天的慢性应激。应用电生理仪纪录心率、心房、心室局部组织动作电位时间(APD),对左心室心尖部行5-HT及GAP-43免疫染色。结果:抑郁组大鼠慢性应激后的糖水消耗试验、自主活动得分均明显低于对照组,差异有显著统计学意义(P <0.01)。抑郁组大鼠心率高于对照组,差异有统计学意义(P <0.05)。抑郁组大鼠心房、心室组织动作电位时间低于对照组大鼠,差异有统计学意义(P <0.05)。抑郁组大鼠心室组织5-羟色胺及GAP-43递质含量高于对照组大鼠,差异有统计学意义(P <0.01)。结论:慢性应激所致的抑郁导致交感神经平衡紊乱及5-羟色胺及GAP-43递质含量增多,明显缩短大鼠心房、心室动作电位时程,破坏了心室电生理一致性,这可能是抑郁导致心律失常的机制之一。

犬希氏束起搏的心脏电生理和血液动力学效应研究

目的 :探讨希氏束起搏电极定位技术及心脏电生理和血液动力学变化特点。方法 :健康犬在全麻呼吸机通气下 ,开胸 ,将特制希氏束 (HisB)标测 /起搏电极进行HisB电位标测 ,确定HisB起搏位点 ;并将心室起搏电极固定于右室尖部分别构成HisB - VVI、RVA - VVI单腔心脏起搏 ,对比分析其心脏电生理和血液动力学参数变化。结果 :HisB起搏阈值参数符合心室起搏要求 ;HisB - VVI起搏QRS波较RVA - VVI起搏变窄 ;心输出量 (CO)较自身增加1 8.81 % ,RVA - VVI起搏反而降低约 5 .41 % ;每搏量 (SV)接近于自身窦性心律 ,但明显高于RVA - VVI起搏约 2 5 .59% ;左室每搏功 (LVSW )和右室每搏功 (RVSW)等参数亦明显优于RVA - VVI心脏起搏。结论 :HisB起搏由于将心室起搏位点从传统的右室尖改为His束 ,从而保持了近于正常生理性心室激动顺序和心室收缩同步性 ,故可维持整个心脏协调有序的收缩和舒张 ,产生优于RVA - VVI起搏的血液动力学效果。

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。

经食管心脏电生理检查揭示房室结多径路1例

房室结多径路是指房室结内存在解剖或功能上传导特性各异的多条径路。多条径路的存在可形成不同折返组合,在临床上表现为各类心动过速或特殊心电现象。经食管心脏电生理检查具有食管导联P波易辨认、可复制心电现象或易诱发心律失常等优势,在判断心动过速的性质及发生机制方面有重要作用。本文报告1例心悸患者,通过经食管心脏电生理检查发现不典型文氏现象,并诱发慢-慢型房室结折返性心动过速,从而揭示房室结多径路的存在。

用于心脏电生理研究的动物模型

简单介绍了用于心脏电生理研究的动物模型 ,包括整体模型和单细胞模型。整体模型已从传统的麻醉状态转为清醒状态模型、心肌单细胞模型与分子生物学和克隆技术相结合在心肌电生理及其他学科研究中具有广泛应用前景。

以1,1,1-三氯乙烷为例介绍生理药代动力学模型的建立

生理药代动力学(PBPK)模型在毒理学和药理学领域得到越来越多的关注和应用,但目前鲜有资料从技术层面介绍建立PBPK模型的过程,这为初学者学习掌握该技术带来困难。本文以1,1,1-三氯乙烷为例从技术细节方面介绍如何建立PBPK模型,涉及了建立PBPK模型的一般步骤,包括搜集资料、确定模型结构、模型运算、比较模型模拟药动学和实验药动学资料、灵敏度分析、模型验证以及外推等。并讨论了初学者在学习PBPK模型时可能遇到的疑惑、困难和注意点。

七氟醚对大鼠离体心脏全心缺血-再灌注心律失常及电生理的影响的实验研究

目的:研究七氟醚对大鼠离体心脏全心缺血-再灌注心律失常及电生理的影响。方法:30个心脏灌注模型制备成功的SD大鼠,以K-H液对其进行15min的灌注,然后将SD大鼠均等分为3个组别,即对照组、再灌注组、七氟醚组。对照组大鼠再利用K-H液对其进行105min的灌注;再灌注组大鼠先利用K-H液对其进行15min的灌注,再利用浓度为20mL/kg的Thomas液(4℃)使大鼠心脏停止跳动1h,在4℃Thomas液对心脏进行低温保护的前提下,以浓度为10mL/kg的Thomas液(4℃)对大鼠心脏进行30min的灌注,结束1h后,再利用K-H液对大鼠心脏进行30min的灌注;七氟醚组:在使用的K-H液中添加1.0MAC强度的七氟醚,其余操作与再灌注组一致。对比3组大鼠在再灌注期间发生心律失常的情况及心脏复跳时间,同时记录4个灌注时间点的HR(心率)、左心室前壁内外膜层心肌单相动作单位,4个灌注时间点分别为T0(3组均衡灌注15min)、T1(继续灌注15min)、T2(再灌注15min/继续灌注105min)、T3(再灌注15min/继续灌注120min),记录MAPD50(单相动作电位复极50%)、MAPD90(单相动作电位复极90%)、TDR(跨室壁复极离散度)。结果:T2及T3时间点时,再灌注组大鼠的HR水平较T0、T1时显著降低(P<0.05);T2及T3时间点时,七氟醚组大鼠的HR水平较再灌注组明显上升(P<0.05);七氟醚组的心律失常持续时间以及心脏复跳时间较再灌注组明显更短(P<0.05);与再灌注组相比,七氟醚组在T2、T3时MAPD90缩短,TDR减少(P<0.05)。结论:七氟醚可降低大鼠离体心脏全心缺血-再灌注的MAPD90及TDR水平,并促进此过程中心脏的复跳以及缩短心律失常的持续时间,降低心律失常的发生风险。

犬心房-希氏束顺序起搏的心电生理学和血液动力学研究

目的 :探讨心房希氏束顺序起搏时心脏电生理和血液动力学效应 ,为临床开展生理性心脏起搏提供理论依据。方法 :健康犬 2 0只 ,全麻机械通气下 ,开胸暴露心脏 ,将特制希氏束 (HisBundle ,HisB)标测 起搏电极进行His束电图标测 ,选择最佳His束起搏位点 ,并与右心房 (rightatria,RA)、右室尖部 (rightventricularapex ,RVA)心外膜起搏位点组合成不同的心脏起搏模式 ,比较RA AAI、HisB VVI、RVA VVI单腔按需型心脏起搏和RA HisBDDI、RA RVADDI双腔按需型心脏起搏时的心脏电生理学和血液动力学参数变化特点。结果 :HisB起搏阈值接近于RVA起搏 ;RAAAI、HisB VVI和RA HisBDDI起搏时心输出量 (CO)较起搏前均有不同程度提高 ,RA HisBDDI起搏CO提高最显著约 2 9.6 4%(P <0 .0 1) ,RA RVADDI起搏提高约 0 .2 5 % (P >0 .0 5 )、单RVA VVI起搏则降低约 5 .41% (P >0 .0 5 ) ,每搏量 (SV)、左室每搏功 (LVSW)和右室每搏功 (RVSW)等参数明显优于RVAVVI和RA RVADDI起搏。结论 :HisB VVI和RA HisBDDI起搏由于将起搏位点从传统的右室尖改为His束 ,从而保持了近于正常生理性房室激动顺序和心室收缩同步性 ,故可维持整个心脏协调有序的收缩和舒张 ,产生优于RVA VVI、RA RVADDI起搏的血液动力学效果 。

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。

线圈转移对导电弹性针织柔性传感器的电-力学性能影响

为给弹性纬平针织物柔性传感器的设计提供理论指导,基于针织物线圈结构对导电镀银纱弹性针织物的电-力学性能建立了电阻六角模型,并研究了电阻和导电针织物张力的关系,通过求解导电针织物电路方程组得到其等效电阻。结果表明:导电针织物电路是综合串联和并联的复杂电路网;沿纵行方向,它是一个并联电路;沿横列方向,它是一个串联电路。为了简化计算过程,只需要计算m横列×1纵列线圈的等效电阻。从理论分析和实验研究可得,线圈纱段转移引起了导电弹性针织柔性传感器的电阻变化,并且是影响传感器灵敏度的关键因素;针织物的电阻随应变的增加而线性增加。此外,接触电阻、织物结构和纱线伸长也影响针织物传感器的性能。

右美托咪定对家兔离体心脏缺血-再灌注时心肌单相动作电位及跨室壁复极离散度的影响

目的观察右美托咪定对家兔离体心脏缺血-再灌注心肌动作电位及跨室壁复极离散度的影响,探讨其对缺血-再灌注心肌电生理特性的作用。方法健康成年家兔18只,体重（2.0±0.5）kg,成功制备Langendorff离体心脏灌注模型,K-H液平衡灌注15min后,随机分为三组,每组6只：空白对照组（C组）：持续平衡灌注37℃K-H液150min;缺血-再灌注组（IR组）：K-H液继续灌注15min后停止,注射Thomas液（4℃,10 ml/kg）使心脏停搏60 min,心脏周围用低温（4℃）Thomas液保护,30min半量复灌Thomas液（4℃,5ml/kg）,60min时复灌K-H液;右美托咪定组（DEX组）：于K-H液及Thomas液中加入右美托咪定（25ng/ml）,余同IR组。记录平衡灌注15min（T0）、继续灌注15min/平衡30min（T1）、复灌30min/平衡120min（T2）、复灌60min/平衡150min（T3）的HR及三层心肌[内膜（Endo）、中膜（Mid）、外膜（Epi）]单相动作电位振幅（monophonic action potential amplitude,MAPA）,0相最大上升速率（Vmax）,90%单相动作电位时程（monophonic action potential duration,MAPD90）并计算跨室壁复极离散度（transmural dispersion of repolarization,TDR）,观察心脏复灌时心律失常、复跳时间,均不使用药物恢复心律。结果 DEX组心脏复跳时间（16.67±3.78）s明显短于IR组（46.33±7.29）s（P〈0.05）;心脏复跳时IR组有6例发生心律失常,2min内有2例恢复正常节律;DEX组有2例发生心律失常,2min内有1例恢复正常节律。与T0时比较,T2、T3时IR组,T1-T3时DEX组HR明显减慢（P〈0.05）;与T1时比较,T2、T3时DEX组HR明显减慢（P〈0.05）;与T2时和C组比较,T3时DEX组HR明显减慢（P〈0.05）;T1-T3时DEX组HR明显慢于IR组（P〈0.05）。与T0时比较,T1时DEX组Mid部位,T2、T3时DEX组Epi、Mid、Endo部位的MAPD90明显延长（P〈0.05）。与T1时比较,T3时DEX组Epi、Mid、Endo部位的MAPD90明显延长（P〈0.05）;T3时DEX组Mid部位的MAPD90明显长于C组（P〈0.05）;T2、T3时DEX组Epi、Mid、Endo部位的MAPD90明显长于IR组（P〈0.05）。与T0时和C组比较,T2、T3时IR组,T1-T3时DEX组TDR明显增大（P〈0.05）;T2、T3时DEX组TDR明显小于IR组（P〈0.05）。结论右美托咪定能够延长MAPD、抑制缺血-再灌注损伤后心肌复极不均一性,具有稳定缺血-再灌注心肌电生理特性的作用。

接触电阻对导电纬平针织物柔性传感器的电-力学性能影响

采用Popper和Kawabata的针织物力学模型计算纬平针织物线圈中交叠纱线间的接触力,为了简化计算过程,采用两个弯曲的纱线相互钩套来模拟导电纬平针织物线圈中相互交叠的纱线,导电纱线间接触电阻和接触力的关系可用经验幂函数求得.由理论分析和试验研究可得:导电纬平针织物线圈中交叠纱线之间的接触电阻随接触力的增加呈幂函数减小;由接触电阻引起的电阻变化是影响导电纬平针织柔性传感器灵敏度的关键因素;导电纬平针织物电阻随应变的增加而线性减小.

6-羟多巴胺毁损的帕金森病模型大鼠脚桥核神经元放电频率和放电形式的变化(英文)

目的 观察6- 羟多巴胺毁损的帕金森病(Parkinson’sdisease, PD)模型大鼠脚桥核(pedunculopontinenu cleus, PPN)神经元放电频率和放电形式的变化。方法 采用在体玻璃微电极细胞外记录法,记录正常对照组和PD模型组大鼠PPN神经元的电活动。结果 对照组和PD组大鼠PPN神经元的放电频率分别为(9. 0±0. 8)Hz[ (0. 5 25. 2)Hz, n=56]和(16. 1±1. 6)Hz[ (1. 2 49. 7)Hz, n=57],PD组大鼠的放电频率显著高于对照组(P<0. 001)。在对照组大鼠脚桥核, 68% (38 /56)的神经元呈现规则放电, 27% (15 /56)呈现不规则放电, 5% (3 /56)为爆发式放电;在PD组大鼠脚桥核,具有规则、不规则和爆发式放电的神经元比例分别为39% (22 /57)、47%(27 /57)和14% (8 /57),PD组大鼠具有不规则放电的神经元比例明显高于对照组(P<0. 05)。结论 PD大鼠PPN中神经元的放电频率增高和不规则放电增多, 这可能在帕金森病的病理生理变化中具有重要作用。