電気機械帰還現象を利用した数値計算と実験による心筋細胞膜の力学特性の調査

利用机电反馈现象通过数值计算和实验研究心肌细胞膜的机械特性

• 批准号: 09J10630
• 负责人: 朝原 智子 (平林 智子)
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J10630/
• 关键词: バイオメカニクス; 有限要素法; 非線形問題; 連成問題; 三相理論; 心筋細胞; 細胞膜; イオンチャネル

心臓における機械電気帰還現象の解明を目的とし、力学・電気化学連成現象を考慮した心筋細胞モデル化への三相理論適用の可能性を検討した.具体的には下記の成果が得られた.まず,未知数の取り方を変更することで,安定かつ従来よりも低計算負荷に離散化する手法を考案した.また従来の三相理論では固定電荷は一定であったが,これを可変とすることで細胞生理学モデルと接続する工夫を行った.特に細胞膜においては,これをはさんだ細胞内外で三相理論の電気的中性条件が成立すると考え,膜をコンデンサとみなす細胞生理学モデルと整合させた.以上の手法を実装することにより,細胞組織の変形,細胞液の流れ,圧力,イオンの流れ(電流),電位を総て連成して解くことが出来るようになった.そして,2次元の簡単なモデルではあるが,基礎的な挙動を数値計算により調べ,a)複数のイオンがそれぞれ均一に分布している状態からある一つのイオンのみに濃度勾配を与えた際に他のイオンも電位勾配に従って移動する,b)固定電荷の存在によって電位勾配がうまれる,c)細胞組織の変形による細胞液の流動は細胞組織あたりのイオン濃度を変化させ得る,などを確認した.またイオンの濃度勾配,電位勾配,移流に関する考察を行い,心筋細胞の挙動にはこれらの因子が複合して影響を及ぼすことを論じた.更に,電場による単離心筋細胞の興奮実験と類似の数値実験を行い,定性的にではあるが同様の結果を得た.以上のように,極めて簡単な2次元モデル化やパラメータ設定の下でも三相理論を応用することにより心筋細胞の基本的特性を表せることを実証した.

Heart viscera に お け る mechanical electrical 気 帰 phenomenon の also interpret を purpose と し, mechanics, electricity 気 chemical into phenomenon を consider し た heart muscle cells モ デ ル change へ の three-phase theory applicable possibility の を beg し 検 た. Under specific に は が の achievements have to remember ら れ た. ま ず, unknown の take り party を - more す る こ と で, settle か つ 従 to よ り も low computational load に discretization す る gimmick を test case し た. ま た 従 to の three-phase theory で は は certain fixed charge で あ っ た が, こ れ を can - と す る こ と で cell physiology モ デ ル と meet 続 す る time line を っ た. Special に membrane に お い て は, こ れ を は さ ん だ cells inside and outside で three-phase theory の electric 気 neutral conditions established が す る と え, membrane を コ ン デ ン サ と み な す cell physiology モ デ ル と integration さ せ た. Above の gimmick を be loaded す る こ と に よ り, tissue の variations, れ の cell SAP flow, pressure, イ オ ン れ の flow (current), potential を 総 て connect し て solution く こ と が out る よ う に な っ た. そ し て, 2 dimensional の Jane 単 な モ デ ル で は あ る が, basic な 挙 dynamic を the numerical computing に よ り べ, a) a plural の イ オ ン が そ れ ぞ れ are A に distribution し て い る state か ら あ る a つ の イ オ ン の み に concentration hook を and え た interstate に he の イ オ ン も potential hook with に 従 っ て mobile す る, b) fixed charge の に よ っ て potential hook with が う ま れ る, c) tissue の - shaped に よ る の cell SAP flow は tissue あ た り の イ オ を ン concentration variations change さ せ る, な ど を confirmation し た. ま た イ オ ン の concentration distribution and potential distribution and advection に masato す る を line い, heart muscle cells の 挙 dynamic に は こ れ ら の factor が composite し て influence を and ぼ す こ と を theory じ た. Further に, the electric field による単 centrifuge tendon cell <s:1> excitation experiment と similar to the <s:1> number value experiment を row に, the qualitative にで あるが あるが あるが similar to the <s:1> results を obtain た. Above の よ う に, extremely め て Jane 単 な 2 dimensional モ デ ル change や パ ラ メ ー タ set under の で も three-phase theory を 応 with す る こ と に よ り basic features of heart muscle cells の を table せ る こ と を card be し た.

项目成果

Effects of Wall Stress on the Dynamics of Ventricular Fibrillation. A computer simulation study of mechanoelectric feedback

壁应力对心室颤动动力学的影响。

• 发表时间: 2009
• 期刊: Mechanosensitivity in Cells and Tissues : Mechanosensitivity of the Heart
• 作者: Satoko Hirabayashi;Masashi Inagaki;Toshiaki Hisada;Masaru Sugimachi
• 通讯作者: Masaru Sugimachi