ارايه يك مدل كمينه براي سلول بطني

دكتري تخصصي

مدل‌سازي رفتار الكتريكي سلول‌هاي قلبي امكان مطالعه‌ي مكانيسم‌هاي عملكرد عضله قلب را فراهم مي‌نمايد. با بكارگيري مدل‌هاي رياضي مي‌توان به مطالعه و شناخت آريتمي‌هاي قلبي پرداخت و روش‌هاي درمان نويني پيشنهاد نمود. از ديد ساختاري، مدل‌هاي سلول قلبي را مي‌توان به چهار دسته‌ي: الكتروفيزيولوژيك پيچيده، الكتروفيزيولوژيك ساده شده، كمينه و رفتاري تقسيم نمود. در الكتروفيزيولوژي منظور از مدل كمينه مدلي است كه با كمترين تعداد متغير حالت (معادله‌ي ديفرانسيل) بتواند رفتار يا رفتارهاي دلخواهي از سلول را شبيه‌سازي كند. مدل‌هاي الكتروفيزيولوژيك پيچيده مبتني بر اندازه‌گيري‌هاي دقيق آزمايشگاهي بوده، جزييات زياد و حجم محاسباتي بالايي دارند و معمولا توسط فيزيولوژيست‌ها ارايه مي‌گردند، در حالي كه سه نوع ديگر كه بار محاسباتي كمتري دارند بيشتر توسط مهندسين پزشكي و رياضيدانان ارايه مي‌شوند. در اين تحقيق بعنوان مهندس پزشكي به ارايه‌ي مدل سلول بطني با استفاده از دو روش؛ يكي ساده‌سازي مدل‌ الكتروفيزيولوژيكي پيچيده و ديگري طراحي مدل كمينه مي‌پردازيم. در روش نخست اين تحقيق، با استفاده از نظريه‌ي ژوليدگي در سيستم‌هاي بيولوژيكي، بنا را بر استفاده‌ي هرچه بيشتر از روابط غيرخطي به جاي معادلات ديفرانسيل مي‌گذاريم، فرضيه‌ي رياضي‌اي را مطرح و روشي براي ساده‌سازي مدل‌هاي پيچيده الكتروفيزيولوژيكي ارايه مي‌كنيم و عناصر غير موثر بر رفتار مدل الكتروفيزيولوژيك پيچيده را حذف مي‌نماييم، با استفاده از اين روش يك مدل الكتروفيزيولوژيك ساده شده بدست آورده و آنرا ارزشيابي مي‌كنيم. آساني تجزيه و تحليل مدل‌هاي سلول بطني يكي از نياز‌هاي محققيني است كه از اين مدل‌ها استفاده مي‌كنند. سادگي تجزيه و تحليل مدل موجب سهولت در تفسير نتايج آزمايش‌هاي in silico و تعيين نقش هر پارامتر در رفتار مدل مي‌گردد. با اين انگيزه روشي گرافيكي مبتني بر استدلال رياضي و سازگار با ساختار الكتروفيزيولوژي سلول بطني پيشنهاد مي‌نماييم و با استفاده از آن، مدلي كمينه براي سلول بطني ارايه و آنرا ارزشيابي مي‌كنيم. بجز مدل‌هاي الكتروفيزيولوژيك پيچيده، انواع ديگر مدل‌ها معمولا نمي‌توانند همه‌ي رفتارهاي سلول بطني را شبيه‌سازي كنند، بنابراين محققين بر حسب موضوع مورد تحقيق، از مدل‌هايي استفاده مي‌كنند كه توانايي شبيه‌سازي رفتار يا رفتارهاي مورد نظري را داشته باشند. براي مطالعه‌ي رفتارهايي بويژه بسياري از انواع آريتمي‌ها، نياز به مدل‌هايي است كه بتوانند شكل فاز كفه در پتانسيل عمل سلول بطني را بدرستي شبيه‌سازي كنند، با اين انگيزه در اين تحقيق با اثبات يك قضيه‌ي رياضي، مدلي غيرخطي براي ثابت زماني دريچه‌هاي يوني پيشنهاد گرديد و با استفاده از اين مدل مورفولوژي‌هاي گوناگون فاز كفه در پتانسيل‌عمل سلول قلبي بازتوليد شد. نتيجه‌ي بررسي و ارزشيابي سه مدلي كه در بالا معرفي شد نشان داد كه اگر چه هر يك از آن‌ها مي‌توانند رفتار يا رفتارهايي از سلول عضله‌ي بطني را شبيه‌سازي كنند اما در صورتي كه به مدلي با توانايي شبيه‌سازي بهتر فاز كفه و همچنين بازتوليد پاره‌اي از رفتارهاي غيرطبيعي نياز باشد بايد متغير حالت سومي به مدل‌هاي دو متغير حالته‌ي بالا اضافه كرد. بر اين اساس با استدلال رياضي و بكارگيري پارامتر جديد نسبت سرعت تقويت‌كنندگي به بازدارندگي دريچه‌ها، يك مدل سه متغير حالته ابداع نموديم. پارامتر جديد در اين مدل در واقع نسبت ثابت‌زماني فعال‌شوندگي به نافعال‌شوندگي دريچه‌هاست و مي‌تواند به عنوان يك پارامتر كنترل پاتولوژيك نيز در نظر گرفته شود. اين مدل كه مي‌توان آنرا مدل نهايي حاصل از اين تحقيق پنداشت علاوه بر توانايي بازتوليد ويژگي‌هاي طبيعي سلول بطني ازجمله مورفولوژي، انتشار، جبران، توانايي شبيه‌سازي ويژگي‌هاي غيرطبيعي آلترنانس و خودبازگشتي را نيز دارد.

195354

دانشگاه علم و صنعت ايران

بيوالكتريك

دكتر سيد حجت سبزپوشان