Исследование перегрузки кардиомиоцитов кальцием на одномерной модели мышечного волокна. Влияние пространственного распределения патологии

Abstract

The premature ventricular contractions are relatively common clinical diagnosis. Ventricular activation initiated from an ectopic focus in the heart ventricles results in the premature contraction. Pathophysiology of this disease is related to calcium overload in cardiomyocytes when delayed after depolarization aroused due to spontaneous calcium release from sarcoplasmic reticulum. This could lead to myocardium activation from an ectopic focus and premature ventricular contraction. In our work, we study calcium overload in cardiomyocytes using one-dimensional monodomain electrophysiological model of the myocardium. Calcium overload in cardiomyocytes is simulated by inhibition of Na + /K + exchanger and SERCA-pump within the Noble98 cell model. We propose an algorithm to automatically detect premature activation in the one-dimensional model. The main goal of our study is to evaluate the effect of a spatial distribution of pathology on the frequency of premature myocardium excitations. Model simulation showed that an ectopic activation is usually initiated in a region of the maximum pathology. However, if the function of a spatial distribution of pathology had a discontinuity, then an ectopic activation initiated from the region of discontinuity of a function. Also, we study changes in action potential generation in the pathology region. We obtained a nonlinear and a nonlocal relationship between spatial distribution of pathology and the degree of sarcoplasmic reticulum overload in the one-dimensional model. © 2005-2018 IMPB RAS.Желудочковая экстрасистолия является достаточно распространенной патологией, которая характеризуется появлением внеочередных сокращений из эктопических источников возбуждения в миокарде желудочков сердца. Основной причиной этой патологии на уровне клеток является перегрузка кардиомиоцитов кальцием и вызываемые перегрузкой задержанные постдеполяризации, переходящие в некоторых случаях к внеочередным возбуждениям миокарда. В нашей работе мы исследуем появление внеочередных возбуждений, вызванных перегрузкой кардиомиоцитов кальцием, используя одномерную монодоменную электрофизиологическую модель миокарда. Перегрузка кардиомиоцитов кальцием имитируется в ионной модели Noble98 за счет ингибирования Na + /K + мембранного насоса и Ca 2+ насоса саркоплазматического ретикулума. Внеочередные сокращения регистрируются автоматически предложенным нами алгоритмом. Главной особенностью нашего исследования является оценка влияния характера распределения степени патологии в пораженном регионе на частоту появления внеочередных возбуждений миокарда. Установлено, что экстрасистолы чаще появляются в зоне максимальной патологии. Однако если функция, задающая степень патологии, имеет разрыв в пространстве, то эктопические возбуждения в основном происходят в окрестности разрыва. Помимо этого, в работе изучены изменения, происходящие в потенциалах действия в патологическом регионе, и показана нелинейная и нелокальная связь между распределением патологии в пространстве и степенью перегрузки саркоплазматического ретикулума. © 2005-2018 IMPB RAS.