基于心脏电生理模型的心律失常机制研究进展

揭示发病机制是心律失常诊断、治疗、药物研发和设备设计的关键.整合当前在心脏分子生物学、生物化学、生理学及解剖学方面的最新成果,构建从离子通道、心肌细胞、心肌纤维、心肌组织、心脏器官到躯体各个层次的多尺度多模态心脏电生理模型,用于系统研究微观局部变化发生、发展、转化为宏观心律失常表现的过程,将彻底改变传统从基因突变、蛋白质表达、细胞电生理、临床表现单独研究心律失常的方式,实现微观与宏观研究的统一,使心脏电生理模型成为系统研究心律失常发病机制的有力手段.本文综述了心脏电生理模型的构建方法和研究进展,讨论了多尺度心脏电生理模型在揭示心律失常机制研究中的作用和地位,给出了基于心脏电生理模型心律失常研究的挑战和重要发展方向.     

基于能量融合积分模型的心脏生理物理活动研究

为了更深入地了解目前靠生理实验及临床手段无法洞察的心脏三维空间的电生理运行机制,分析和表现心脏复杂的电生理活动,从而揭示心脏的生理物理特性,本研究通过人类心肌细胞的动作电位传导数学模型,结合基于心脏解剖数据所建立的真实心脏组织结构的三维空间模型,构建出精细的心脏生物物理融合模型,并将心脏在三维空间中的生物物理活动表现出来.实验结果表明,基于心脏动作电位传导的融合模型,不同时刻的动作电位传导在非匀质性组织内的三维空间中的传播位置、空间关系以及生物物理过程被清晰地显示出来,心脏研究人员从而能够以视觉感知的方式认识和深入理解人类心脏电生物物理系统的功能机制,并有助于进一步推测心脏的生理和病理反应.     

小鼠胚胎心肌细胞的分离及电生理特性

本文旨在探索小鼠胚胎心肌细胞的分离方法并观察其电生理特性。应用胶原酶B消化法获得不同时期单个小鼠胚胎心肌细胞;利用全细胞膜片钳技术,记录胚胎心肌细胞的超极化激活的非选择性内向阳离子电流(If)和L-钙电流(ICa-L),并用电流钳记录其自发性动作电位。胚胎心肌细胞通过相差显微镜依据其形态和自发性收缩进行鉴定。本法分离所获得的胚胎心肌细胞容易进行全细胞膜片钳记录,可用于记录If,ICa-L．电流和自发性动作电位,己证实胚胎心肌细胞If和Ica-L的电生理特性与成年起搏细胞或心肌细胞相似。本实验建立的分离方法简单、稳定、有效、可靠,最早可获得8．5d的胚胎心肌细胞。胚胎心肌细胞的电生理记录为探索胚胎心肌细胞的电生理特性提供了一个可用的模型,并可能为某些心脏疾病产生的机制提供实验依据。     

虚拟生理心脏模型及房颤机制研究进展

房颤是临床上最常见的持续性心律失常.揭示房颤的发病机制和病理生理过程是其诊断、预防、治疗、药物研发及临床设备设计的关键,而实验和临床只能呈现细胞或亚细胞的局部特性及房颤病症的宏观结果.随着生物信息技术、统计分析技术等的发展,运用多物理尺度的虚拟生理心脏模型,来实现宏观结果与微观机制相统一的研究方法备受关注.本文综述了离子通道、心肌细胞、心脏组织及器官等多尺度的虚拟生理心脏模型研究进展,探讨了近年来基于虚拟生理心脏模型的房颤机制研究以及房颤的治疗手段,提示了房颤研究的挑战和未来的发展方向.     

微流控芯片在心肌细胞功能研究中的应用

心肌细胞是心脏结构和功能的基本单位,约占心脏细胞总数的三分之一,是心脏发育、生理病理研究的重点对象,然而传统的在体和体外研究技术存在诸多困难,无法实现细胞微环境的有效控制和生理功能的实时动态监测,制约着心肌细胞功能研究的快速发展。近年来迅速发展的微加工技术,尤其是微流控芯片技术为心肌细胞功能研究提供了便利。微流控芯片技术具有微米尺度的细胞及其微环境的时空控制功能,有效提高了体外细胞研究的组织相关性,是心肌细胞生理功能和力学特性研究的重要工具,如实时监测单个心肌细胞的代谢活性、表征细胞的电生理特性和力学特性、研究细胞微环境和力学微环境对心肌细胞形态和功能的影响。本文从前述几个方面对微流控芯片在心肌细胞生理功能研究中的应用进行综述和对其应用前景进行了展望。     

培养的小鼠心室肌细胞动作电位的波型分析

本实验自新生昆明小鼠心室分离心肌细胞,用80％MEM+20％小牛血清培养四天,成功地制备了保持在体心室肌细胞电生理特性,并能自发发放快反应动作电位的培养心肌细胞模型;并根据V_(max)的区别,把培养的小鼠心肌细胞动作电位分为快反应,中间过渡型与慢反应三种类型。     

人诱导多功能干细胞分化的心肌细胞在心律失常建模中的应用

心律失常涉及多种心脏离子通道,理想的研究模型应能够表达各种通道,构成完整的动作电位,更好揭示心律失常复杂的机制。与成熟的人心脏电活动相比,异源表达体系或动物模型不可避免地存在较大差异。自体来源的人诱导多功能干细胞分化的心肌细胞(human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes,hiPSC-CMs)建立的研究模型,在体外近乎完全地复制了心脏电生理活动特性,为疾病的研究搭建了广阔的平台。该文概述了以hiPSC-CMs为工具建立的心律失常模型,希望为相关研究提供一定的参考意义。     

葛氏鲈塘鳢与七彩神仙鱼心肌细胞钠离子通道的温度响应特征

温度适应对于动物的生存至关重要，而目前对于鱼类这样的外温动物的温度适应相关研究仍然缺乏。葛氏鲈塘鳢(Perccottus glenii)可以在结冰的环境中生存数天，而七彩神仙鱼(Symphysodon aequifasciatus)是被广泛饲养的热带观赏鱼类，本研究将这2种鱼类作为冷水鱼与热带鱼的代表，探究其温度耐受性。为此，测定了它们的临界温度以及不同温度下(0 ~ 38 ℃)的心率，并利用原代细胞急性分离，结合膜片钳电生理技术与控温技术，测定了上述2种鱼类心肌电压门控钠离子通道在不同温度下的电生理特征。结果显示，葛氏鲈塘鳢和七彩神仙鱼的温度耐受范围具有较大差异，分别为﹣2.0 ~ 27.4 ℃以及13.1 ~ 39.3 ℃。葛氏鲈塘鳢的心率在0 ~ 19 ℃之间随着温度的升高而稳定升高，在19 ℃时达到最高，其后逐渐降低，这与葛氏鲈塘鳢心肌细胞上的电压门控钠离子通道在20 ℃时电流峰值最大且通道的开放概率最大这一电生理特征具有一致性。而七彩神仙鱼的心率则在14 ~ 31 ℃之间稳定升高，这与其心肌细胞电压门控钠离子通道电流峰值和开放概率在15 ~ 30 ℃的实验范围内随温度的升高而升高的电生理特性也一致。以上结果说明，这2种鱼类的心率、心肌细胞电压门控钠离子通道复合电流对于温度的响应与其自身的温度耐受范围以及原产栖息地温度紧密相关。因此，鱼类心肌细胞上的电压门控钠离子通道可能存在对温度的适应机制，保证鱼类循环系统在不同温度下正常运行。     

心脏电活动的计算机仿真模型

一、前言 自从100多年前人们发现体表心电以来在心脏电生理学方面和心电诊断学方面进行了大量的研究和临床的实践。尤其是心脏电生理学方面的研究十分细致、深入。从心肌细胞的电生理特性到细胞的除极和复极。以致兴奋在整个心脏中的传播机理和过程等都进行了很仔细的研究。另一方面,心电诊断学的发展相对比较粗糙和缓慢。究其原因,可以认     

心肌细胞钙波随机性研究

钙波作为一种胞内的钙释放通道相互触发而产生的连锁反应广泛存在于多种细胞.在心肌中,由于与心律失常的发生有关,心肌细胞中的钙波近年来引起广泛关注.为了在微观上研究钙波的产生和传播过程,利用激光共聚焦钙成像技术对心肌细胞中的钙波进行了成像.实验和分析发现,钙波的起始是钙火花连续随机募集的过程,因此正常细胞中钙波发生概率很低.钙波传播过程中相邻位点开放的时间间隔接近正态分布,显示传播过程具有较大的随机性.且钙波速度越慢,位点间时间间隔的离散度越高.为了进一步研究这种随机性产生的内在机制,构建了一个数值模型对心肌细胞中的钙波进行模拟.研究证明,钙释放位点开放的随机性能够完整地解释实验中观察到的钙波传播的随机行为.实验分析和数值模拟相互印证,首次明确证明,钙波起始和传播过程的随机性,并揭示了该随机性与钙释放位点开放概率的关系.