Study of calcium overload in one-dimensional cardiac model. Role of spatial distribution of pathology

Research output: Contribution to journalArticleResearchpeer-review

Abstract

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.
Translated title of the contributionStudy of calcium overload in one-dimensional cardiac model. Role of spatial distribution of pathology
Original languageRussian
Pages (from-to)467-479
Number of pages13
JournalMathematical Biology and Bioinformatics
Volume13
Issue number2
DOIs
Publication statusPublished - 1 Jan 2018

Fingerprint

Overload
Pathology
Calcium
Spatial Distribution
Cardiac
Spatial distribution
Activation
Chemical activation
Myocardium
Sarcoplasmic Reticulum
Contraction
One-dimensional Model
Discontinuity
Pathophysiology
Depolarization
Model
Action Potential
Pump
Simulation Model
Excitation

Keywords

    ASJC Scopus subject areas

    • Biomedical Engineering
    • Applied Mathematics

    GRNTI

    • 34.00.00 BIOLOGY

    Level of Research Output

    • VAK List

    Cite this

    @article{9d2b93edde134475b3092f6198afdef7,
    title = "Исследование перегрузки кардиомиоцитов кальцием на одномерной модели мышечного волокна. Влияние пространственного распределения патологии",
    abstract = "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.",
    keywords = "Calcium overload, Cardiomyocyte model, Electrophysiology, Mathematical physiology, Myocardium heterogeneity, Premature ventricular beats, Желудочковая экстрасистолия, Кальциевая перегрузка, Математическая физиология, Модель кардиомиоцитов, Неоднородность миокарда, Электрофизиология",
    author = "Nesterova, {T. M.} and Ushenin, {K. S.} and Balakina-Vikulova, {N. A.} and O. Solovyova",
    year = "2018",
    month = "1",
    day = "1",
    doi = "10.17537/2018.13.466",
    language = "Русский",
    volume = "13",
    pages = "467--479",
    journal = "Математическая биология и биоинформатика",
    issn = "1994-6538",
    publisher = "Институт математических проблем биологии Российской академии наук",
    number = "2",

    }

    TY - JOUR

    T1 - Исследование перегрузки кардиомиоцитов кальцием на одномерной модели мышечного волокна. Влияние пространственного распределения патологии

    AU - Nesterova, T. M.

    AU - Ushenin, K. S.

    AU - Balakina-Vikulova, N. A.

    AU - Solovyova, O.

    PY - 2018/1/1

    Y1 - 2018/1/1

    N2 - 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.

    AB - 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.

    KW - Calcium overload

    KW - Cardiomyocyte model

    KW - Electrophysiology

    KW - Mathematical physiology

    KW - Myocardium heterogeneity

    KW - Premature ventricular beats

    KW - Желудочковая экстрасистолия

    KW - Кальциевая перегрузка

    KW - Математическая физиология

    KW - Модель кардиомиоцитов

    KW - Неоднородность миокарда

    KW - Электрофизиология

    UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85059258099&partnerID=8YFLogxK

    UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=36775135

    U2 - 10.17537/2018.13.466

    DO - 10.17537/2018.13.466

    M3 - Статья

    VL - 13

    SP - 467

    EP - 479

    JO - Математическая биология и биоинформатика

    JF - Математическая биология и биоинформатика

    SN - 1994-6538

    IS - 2

    ER -