イオン電流モデルによる心筋細胞興奮・伝導のシミュレーション

使用离子电流模型模拟心肌细胞的激发和传导

• 批准号: 04248205
• 负责人: 臼井 支朗
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1992
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1992 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04248205/
• 关键词: イオン電流モデル; 活動電位; シミュレーション解析; 心筋細胞; Na電流; Hodgkin-Huxleyモデル; 興奮伝搬; 異方向性

近年,致死性不整脈の原因究明を目的に,心筋組織における興奮伝搬過程を対象とした多くの生理実験が進められている.こうした興奮伝搬過程は極めて非線形かつ動的な現象であり,その本質を解明するためには、イオン電流など生理学的知見に基づく単一細胞モデルを基にした心筋構造モデルとして再構成し,計算機シミュレーションにより実験的に得られる現象を解析する,生理工学的アプローチが有用と考えられる.我々はこうした立場から,これまで,興奮伝搬に最も関与する活動電位立上り部分の改良を行い,生理実験データを定量的に再構成できる単一細胞モデルを提案した.さらに,この単一細胞モデルを用いて1次元および2次元細胞ネットワークモデルを構成し,実験結果と同様の異方向性(心筋組織における興奮伝搬方向に依存した伝搬特性の変化)を定性的に表現できる2次元興奮伝搬モデルを提案した.本研究では,心筋組織の複雑な3次元構造が興奮伝搬特性,特に活動電位最大立上り速度(V^^.max)に及ぼす影響を調べるために,単一細胞モデルに基づく細胞ネットワークモデルを3次元に拡張し,V^^.maxの定量的特性に着目して3次元興奮伝搬過程のシミュレーション解析を行った.その結果,1つの細胞が他の10個の細胞と結合した3次元10接続モデルは,接続細胞数などのモデル構造が実験結果とよく一致し,生理実験により得られた興奮伝搬過程のV^^.を定量的に表現できることがわかった.すなわち,我々が提案した一連のモデルにより,単一細胞レベルから多細胞標本(心筋組織)に至るV^^.maxを,定量的かつ統一的に説明することが可能となり,本モデルし生体内における興奮伝搬過程の解析に不可欠なものと言える.今後,本モデルを用いて異常興奮伝搬現象,抗不整脈薬投与などに対応したシミュレーションを行うことにより,不整脈の原因究明および治療法の確立に大きく貢献できるものと考える.

In recent years, fatal reason not whole pulse の investigate Ming に を purpose, heart muscle tissue に お け る excited 伝 を moving process like と seaborne し た more く の physiological be 験 が into め ら れ て い る. こ う し た は extremely excited 伝 move process め て nonlinear か つ dynamic phenomena of な で あ り, そ の nature を interpret す る た め に は, イ オ ン current な ど physiology knowledge に base づ く 単 a cell モ デ ル を base に し た heart muscle structure モ デ ル と し て constitute し again, computer シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り be 験 に better ら れ る phenomenon を parsing す る, physical engineering ア プ ロ ー チ が useful と exam え ら れ る. I 々 は こ う し た position か ら, こ れ ま で, excited 伝 move に most も masato and す る activity potential line portion of り の improved を い, physiological be 験 デ ー タ を quantitative に reconstitution で き る 単 a cell モ デ ル を proposal し た. さ ら に, こ の 単 a cell モ デ ル を with い て 1 yuan お よ び 2 dimensional cell ネ ッ ト ワ ー ク モ デ ル を し, be 験 knot With others in fruit と の different directional (heart muscle tissue に お け る excited 伝 moving direction に dependent し た 伝 move features の variations) を qualitative に performance で き る 2 dimensional excited 伝 move モ デ ル を proposal し た. This study で は, the heart muscle tissue after の 雑 な three yuan structure が excited 伝 moving features, especially に activities on the potential maximum vertical り velocity (V ^ ^. The Max) に and ぼ す influence を adjustable べ る た め に, a cell モ 単 デ ル に base づ く cells ネ ッ ト ワ ー ク モ デ ル を 3 dimensional に company, zhang し, V ^ ^. The Max の quantitative characteristics に the mesh し て 3 dimensional excited 伝 moved Cheng の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン parsing line を っ た. そ の results, 1 つ の cells が he の 10 と の cells combined with し た 3 RMB 10 pick 続 モ デ ル は, meet 続 cell number な ど の モ デ が ル structure be 験 results と よ く し, physiological be 験 に よ り have ら れ た excited 伝 move process の V ^ ^. を quantitative に performance で き る こ と が わ か っ た. す な わ ち, I 々 が proposal し た for の モ デ ル に よ り, a cell レ 単 ベ ル か ら multicellular specimens (heart muscle tissue) に to る V ^ ^. The Max を, quantitative か つ unified に illustrates す る こ と が may と な り, this モ デ ル し born in vivo に お け る excited 伝 move process analytical に の not owe な も の と said え る. In the future, this モ デ ル を with い て excited 伝 move phenomenon, not the whole pulse 薬 resistance cast with な ど に 応 seaborne し た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line う こ と に よ り, not the whole pulse の why investigate Ming お よ び therapy の establish に big き く contribution で き る も の と exam え る.

项目成果

白川 正輝: "活動電位脱分極相に基づく心室筋Na電流モデル記述の改良" 電子情報通信学会論文誌(D-II). J76-D-II. (1993)

Masaki Shirakawa：“基于动作电位去极化阶段的心室肌 Na 电流模型描述的改进”电子、信息和通信工程师学会汇刊 (D-II) (1993)。

臼井 支朗: "心筋活動電位脱分極相の対称化によるスペクトル推定" 電子情報通信学会論文誌(D-II). J75-D-II. 1738-1742 (1992)

Shiro Usui：“通过心肌动作电位去极化阶段的对称化进行频谱估计”电子、信息和通信工程师学会汇刊（D-II）1738-1742（1992）。

M.Shirakawa: "Simulation study for anisotropic propagetion of ventricular action potential with two-dimensional hexagonal model" Proceedings of Computers in Cardiology,IEEE Computer Society Press. 51-54 (1992)

M.Shirakawa：“二维六边形模型对心室动作电位各向异性传播的模拟研究”心脏病计算机学报，IEEE计算机协会出版社。

井澤 卓司: "単一細胞モデルに基づく3次元心筋興奮伝搬過程のシミュレーション解析" 電子情報通信学会技術報告. MBE92.

Takuji Izawa：《基于单细胞模型的三维心肌兴奋传播过程的模拟分析》IEICE MBE92。

臼井 支朗: "イオン電流モデルによる2次元心筋興奮伝搬過程のシミュレーション" 心電図学会誌.

Shiro Usui：“使用离子电流模型模拟二维心肌兴奋传播过程”心电图学会杂志。