耦合线粒体机制的心室肌细胞建模仿真

论文摘要

心肌细胞仿真建模已成为近年来的研究热点。其中,由于完整的心室肌细胞模型更有利于深入的探讨心肌细胞的生理与病理机制,辅助宏观病症的临床诊断,因此建立完整的心室肌细胞集成模型已成为这一领域的趋势。但通过整合热力学,动力学,电生理学等特性,建立完整的模型将是一项难度很高,过程复杂的研究工作。作为心肌细胞中的重要细胞器,线粒体在细胞中通过转化ATP维持能量的供应,影响细胞代谢和信号转导。特别在运动状态下,线粒体维持胞浆钙离子（Ca2+）和细胞代谢的稳定,在细胞完成复杂的生命活动中发挥作用。由于线粒体在心肌细胞运动和病理状态下的影响,建立偶联线粒体机制的心肌细胞模型可以作为研究心脏运动条件、心肌缺血、冠心病等病理诊断的补充手段。本文将TNNP（Tusscher Noble Noble Panfilov）模型与线粒体模型耦合,基于心室肌细胞及线粒体中各种参数在运动状况下的最新实验研究数据,仿真研究心室肌细胞在静息、运动状态下的电生理特性,并评价了两种情况下,Ca2+作用于线粒体和细胞能量交换间的影响。该模型验证了线粒体通过转移Ca2+维持能量供应。结果表明,运动状态下,胞浆中的Ca2+升高,形成Ca2+超载,线粒体通过对其进行回收,发挥维稳的作用。同时,心肌细胞运动越剧烈,回收能力越强。此外,线粒体对非运动状态的L型钙离子通道电流（ICaL）,几乎没有影响,但随着运动越剧烈,ICaL幅值越大。APD（Action Potential Duration）和平台期时程越短。对于Ca2+的影响,表明了线粒体在心肌细胞及其建模仿真中的重要性。本论文的研究工作,对于今后进一步研究心室肌细胞线粒体机制具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩语列表
• 第一章 绪论
•   1.1 线粒体及心肌细胞的建模背景
•     1.1.1 引言
•     1.1.2 耦合线粒体机制的心肌细胞仿真研究进展
•   1.2 选题及意义
•   1.3 本文构成
• 第二章 心室肌细胞线粒体的仿真建模
•   2.1 建模背景
•   2.2 线粒体生理机制及能量代谢过程
•     2.2.1 三羧酸循环
•     2.2.2 呼吸链的电子传递
•     2.2.3 氧化磷酸化
•     2.2.4 线粒体ATP合成酶
•     2.2.5 线粒体中的钙作用/钙动力学
•   2.3 线粒体仿真建模
•     2.3.1 TCA循环模块
•     2.3.2 氧化磷酸化模块
•     2.3.3 ATP合成酶模块
• 2+动力学模型'>    2.3.4 Ca²⁺动力学模型
•   2.4 仿真结果分析讨论
• 2+-敏感脱氢酶的激活作用'>    2.4.1 呼吸作用的控制和Ca²⁺-敏感脱氢酶的激活作用
• 2+对线粒体热力学的影响'>    2.4.2 Ca²⁺对线粒体热力学的影响
•   2.5 本章小结
• 第三章 偶联线粒体机制的心肌细胞仿真研究
•   3.1 建模背景
•   3.2 模型的建立
•     3.2.1 TNNP模型的引入
•     3.2.2 连接线粒体能量与兴奋-收缩耦连的能量中间体
•     3.2.3 胞浆中的ATP消耗过程
•     3.2.4 心肌细胞力学模型耦合
•   3.3 模型仿真结果
•     3.3.1 工作负荷改变后,线粒体能量的时间曲线变化
• 2+和ADP介导的调节机制'>    3.3.2 涉及线粒体能量供应的Ca²⁺和ADP介导的调节机制
•     3.3.3 兴奋-收缩耦合/线粒体能量模型描述
•     3.3.4 模型与实验结果的比较
•   3.4 本章小结
• 第四章 心室肌细胞在运动状态下的电生理仿真
•   4.1 研究背景
•   4.2 仿真模拟电生理特性
• 2+的回收作用'>    4.2.1 对Ca²⁺的回收作用
• 2+通道的电流(I_CaL)作用'>    4.2.2 对动作电位平台期的L型Ca²⁺通道的电流(I_CaL)作用
•     4.2.3 对APD作用
•   4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 俞紫怡

导师: 夏灵

关键词: 线粒体,钙离子,运动状态,心室肌细胞,仿真建模

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 生物学,生物医学工程

单位: 浙江大学

分类号: R318

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.001057

总页数: 73

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