心肌細胞和心肌組織的鈣離子動力學研究

《心肌細胞和心肌組織的鈣離子動力學研究》是依託北京師範大學，由崔曉華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：心肌細胞和心肌組織的鈣離子動力學研究
• 依託單位：北京師範大學
• 項目負責人：崔曉華
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

本申請項目研究心肌細胞及心肌組織內鈣離動力學的問題。心肌細胞內鈣離子的內在動力學失常被認為是引發心臟非正常現象的主要原因，Ca濃度Alternans（長短波交替）更是T波Alternans（病人發生心顫風險指示）的直接原因，鈣濃度Alternans的內在機制尚未明朗。本項目研究是從物理的角度，抓住心肌細胞鈣循環為可激發過程的這一特性來構建模型，通過數值模擬再現心肌細胞和組織的鈣離子循環，研究單個細胞和二維組織的鈣離子波傳播和螺旋波的機制及控制方法、單個細胞與二維組織的動力學對應關係、從其動力學角度來找出影響鈣離子循環失衡的關鍵因素及控制該因素的有效方法。進而找出心臟出現異常的原因，為心臟類疾病的控制提供可能的新的有用建議和方法。

結題摘要

本項目主要研究心肌細胞及心肌組織內鈣離動力學的問題。在經費支持下，近三年我們的工作主要集中鈣離子波的傳播、競爭特性研究以及不同細胞間鈣離子波的傳播關係研究上。鈣離子波是典型的非線性波，我的工作有很大一部分集中在非線性波的傳播、競爭的普適性特性上。目前共發表SCI論文3篇，核心2篇，已經錄用的SCI文章1篇,正在審理的稿件1篇,軟體專利權1項,主要工作如下：我們研究了非均勻介質中非線性波的普適競爭機制。鈣離子波是典型的非線性波，非線性波的普適特性對它都適用。我們發現界面波產生的更寬廣條件，只要兩邊的正負介質能夠支持同樣的頻率，就交界處就能生成界面波。在非均勻介質內兩個波的競爭不僅僅可以用色散曲線去解釋，更可以結合界面波去進行波競爭的預測，這對實驗和理論模擬都有指導意義。另外，在非均勻介質中通過外界驅動產生波，一定要考慮界面波的影響。有界面波的介質，要生成頻率比界面波大的波，需要在正波介質進行驅動；反之，則要在負波介質進行驅動。相應的工作發表在了Physical Review E上，另有一篇已投稿至理論物理通訊(Communications in Theoretical Physics)。在二維波傳播的研究過程中，我們觀察到了靶波成像現象。並且隨著驅動靶波位置的移動，成的像也會移動，這與線性光學裡的成像現象非常類似。但是這又跟光學裡的成像有很大不同，這裡的靶波成像是不需要光學器具就能在對方區域觀測到像的。如果我們能在心肌細胞內實現該成像現象，可以利用像來做驅動，進行無痕控制。成像現象的相應規律我們已經總結整理成文，準備投出。在單個細肌細胞的鈣離子動力學研究中，我們著重研究了心肌細胞中耦合係數。發現，在持續刺激下，適當的耦合係數能夠使系統出現持續振盪行為。而持續振盪行為是可以作為驅動去抑制不規則波的，這是波控制的一種新構想。對應的工作我們發表在了核心期刊上。此外，我還和合作者一起研究了竇房結信號在心房內的傳播特性，尤其是不同的耦合對這一特性的影響。該工作已經投稿到Plos one。在二維中，細胞與細胞連線方式，我們提出了新的構想。我們用網路中的長程連結，替代細胞間的間隙連結。在兩個有長程連結的細胞中我們觀察到了部分同步。相關的工作尚未整理，我們會將這部分工作作為下一階段的重點，儘早完成。