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1、中南民族大学 硕士学位论文 I及其脱敏特性对人体心房肌细胞动作电位作用计 算机仿真 姓名：郝国梁 申请学位级别：硕士 专业：生物医学工程 指导教师：陈亚光 20080520 中南民族大学硕士学位论文 I 摘 要 心房颤动a t r i a l f i b r i l l a t i o n , A F简称房颤是临床最常见的一种 心律失常据统计, 房颤的发病率为总成年人口的 2 % 并随年龄增长而增加 六十五岁以上的人群则高于 5 % 半个世纪以来对房颤的发生机制和治疗方法 的研究取得了很大进展 但是, 许多关键性的生理和病理问题仍需研究阐明 乙 酰胆碱兴奋钾电流 IK(Ach)是维持人体心房肌
2、细胞静息电位的主要钾电流之一 IK(Ach)的脱敏作用可增加心房肌细胞的易颤性 并可能诱发心房肌细胞产生异常 的自发节律( 特别在老龄人口中) 即房颤因此研究 IK(Ach)及其脱敏特性对 心房肌细胞的作用对揭示房颤的发生机制有着重要的意义 计算机建模仿真是研究细胞电生理特性的重要方法之一通过人体心肌细 胞建模仿真可以更有效的研究心脏生理和病理问题但由于人体心房肌细胞实 验数据的匮乏在当前已建立起的人体心房肌细胞电生理模型中都没有囊括 乙酰胆碱兴奋钾电流 IK(Ach)建立起包含 IK(Ach) 人体心肌细胞模型将给研究工 作者阐明房颤的发生和传导机制提供有利工具本文根据实验数据研究了人 体心
3、房肌细胞的IK(Ach) 及其脱敏特性并建立了包含IK(Ach)人体心房肌细胞模型 有多种计算机语言可以用来描述细胞电生理模型 本文讨论了几种常用语 言的特点并介绍了奥克兰大学生物工程系开发的基于 X M L 语言的细胞标记语 言( C e l l M a r k u p L a n g u a g e ) 本文用这种语言描述了已建立的包含 IK(Ach)人体 心房肌细胞模型并成功的在计算机进行了仿真仿真结果与实验数据足够吻 合能够很好的表达 IK(ACh)及其脱敏特性以及其它人体心房肌细胞的各种透膜 离子电流并能准确的反映各种离子通道电流之间的相互关系和它们对动作电 位的影响 关键词乙酰胆碱
4、兴奋钾电流计算机仿真人体心房肌细胞动作电位细 胞标记语言 IK(ACh)及其脱敏特性对人体心房肌细胞动作电位作用的计算机仿真 II Abstract Atrial fibrillation (AF) is one of the most familiar arrhythmia. According to statistics, the incidence of AF is accounting for 2% in the adults and for greater in the older people. There are more than 5% in above 65 years ol
5、d people. In the past 50 years, researchers have made a great progress in studying mechanism of AF and in developing the therapy of AF. However, there are many key questions need to be illuminated. IK(Ach) is one of the main K + currents to maintain the Rest Potential of human atrial muscle cells. D
6、esensitization of IK(Ach) can make atrial muscle cells be more vulnerable and may induce them generate spontaneous rhythm (especially in old people) which means AF. So, it is significant to study IK(Ach) and its desensitization in order to illuminate the beginning mechanism of AF. Computer modeling
7、and simulation is a important research method for heart cell electrophysiological property investigation. Computer simulation of human atrial muscle cells can make the research in heart physiological and pathological problems more effectively. However, owing to the shortage of experimental data, all
8、 the models which have been built are not containing IK(Ach). Building a human atrial muscle cells model will provide the researchers a usefull tool to illuminate the beginning and conducted mechanism.This article built a human atrial muscle cells model based on experimental data which containing IK
9、(Ach). There are many kinds of computer languages can be used to describe cell electrophysiology models. This article discussed characteristics of several common computer language and introduced the Cell Markup Language which is beening developed by Auckland Bioengineering Institute at the Universit
10、y of Auckland. This language is based on XML. This paper described the human atrial muscle cell electrophysiological model using Cell Markup Language, and successfully simulated it on computer. The simulation results are sufficiently identical with the experimental data. The model can describe the I
11、K(Ach) and its desensitization very well, as well as other kinds of ion currents in human atrial muscle cells.Besides, it can also indicate relationships of ion currents and their effects on the Action Potential. Keywords: IK(Ach), computer simulation, human atrial muscle cell, action potential, Cel
12、l Markup Language 中南民族大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担 作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文 被查阅和借阅本人授权中南民族大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索
13、可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文 本学位论文属于 1保密在_年解密后适用本授权书 2不保密 请在以上相应方框内打 作者签名 日期 年 月 日 导师签名 日期 年 月 日 中南民族大学硕士学位论文 1 第一章 引 言 1 . 1 课题研究意义 心房颤动是临床最常见的一种心律失常 据统计, 房颤的发病率为总成年人口 的 2 % 并随年龄增长而增加在四十岁以下的成年人中其发病率为 1 % 左右六 十五岁以上的人群则高于 5 % 1 半个世纪以来对房颤的发生机制和治疗方法的 研究取得了很大进展2最近十年来大量的临床和基础研究显示肺静脉袖为局 灶性房颤的主要起源地并且建立了射频消融
14、的治疗方法3,4,5但是, 许多关键性 的生理和病理问题仍需研究阐明2这对于揭示房颤的发生机制新药的研发和 治疗方法的改进具有根本性的意义 乙酰胆碱兴奋钾电流 IK(Ach)是维持人体心房肌细胞静息电位的主要钾电流之 一资料显示在健康的成年人中正常情况下到心脏的副交感神经总是处于某 种紧张状态IK(Ach)被持续性激活而抑制副交感神经可使心率加倍当乙酰胆碱 A C h持续存在时 IK(Ach)的活性将随时间而降低 即 IK(Ach)脱敏( d e s e n s i t i z a t i o n ) 6,7,8,9 研究显示 IK(Ach)的脱敏作用可增加心房肌细胞的易颤性并可能诱发心 房肌
15、细胞产生异常的自发节律( 特别在老龄人口中) 即房颤因此研究 IK(Ach)及 其脱敏特性对心房肌细胞的作用对揭示房颤的发生机制有着重要的意义 计算机建模仿真是研究细胞电生理特性的重要方法之一通过人体心肌细胞 建模仿真可以更有效的研究心脏生理和病理问题建立起包含 IK(Ach) 人体心肌细 胞模型将给研究工作者阐明房颤的发生和传导机制提供有利工具这对临床辅助 诊断治疗方法改进或者药物筛选都有着重要意义本文将根据实验数据研究 人体心房肌细胞的 IK(Ach) 及其脱敏特性将此电流加入到人体心房肌细胞动作电 位的电生理模型中并选用细胞标记语言( C e l l M a r k u p L a n
16、g u a g e ) 描述此模型 进行计算机仿真最后对 IK(Ach)对人体心房肌细胞动作电位的作用进行计算机仿 真研究 1.2 国内外研究现况 计算机建模仿真心脏电生理研究始于上世纪 6 0 年代早期, 在半个世纪的发 展中人们对基于离子通道的心电仿真建模做了很多工作和研究建立了多种仿 真模型最具有代表性的是: H o d g k i n - H u x l e y , B e e l e r - R e u t e r , L u o - R u d y 等心电 模型10-23这些模型是阶梯性发展的后者的形成都是基于前者的理论基础 目前心肌细胞的仿真研究在国际上比较热门研究者们在心脏电生理的计 算机建模仿真上做了大量的工作资料显示, 目前已有各种动物多类别的心肌细 IK(ACh)及其脱敏特性对人体心房肌细胞动作电位作用的计算机仿真 2
