15303

15303

ارايه يك مدل سه متغير حالتي براي سلول عضله بطني

كارشناسي ارشد

برق - بيوالكتريك

شهريور ماه 1394

شهريور ماه 1394

دكتر سيدحجت سبزپوشان

چكيده مدل¬سازي رفتـار الكتريكي سلول¬هاي قلبـي امكان مطالعه مكانيسم¬هاي عملكردي عضله¬ي قلب را فراهـم مي نمايد. مدل¬هاي سلولي، تغييرات ولتاژ غشاي سلول بر اثر اعمال سيگنال تحريك الكتريكي را نمايش مي¬دهند. يافته¬هاي الكتروفيزيولوژيك نشان مي¬دهد كه اين تغييرات ولتاژي در غشاي سلول، بر اثر عبور جريان¬هاي يوني از كانال¬هاي غشا به ¬وجود مي¬آيد و به شكل پتانسيل عمل (AP) نمود پيدا مي¬كند. مطالعه¬ي تجربي و مستقيم بر روي سلول¬هاي قلبي معمولا ناممكن و خطرناك است، بنابراين، استفاده از روش¬هاي insilico (شبيه¬سازي¬هاي كامپيوتري برروي مدل¬هاي سلولي) براي انجام چنين مطالعاتي ترجيح داده مي¬شود. اساسا دو كلاس اصلي از مدل¬هاي سلول قلبي وجود دارد: كلاس اول شامل مدل¬هاي يوني يا الكتروفيزيولوژيكي است. اين مدل¬ها تعداد زيادي متغير حالت دارند.كلاس دوم از مدل¬هاي كمينه با تعداد متغيرهاي حالت كم تشكيل شده است كه با انگيزه كاهش حجم محاسباتي مدل¬هاي الكتروفيزيولوژيكي، مطرح شده¬اند. مدل¬هاي كمينه¬ي امروزي بيشتر براي شبيه¬سازي رفتارهاي طبيعي سلول به¬ كار رفته و شـبيه¬سازي رفتارهاي غيرطبـيعي با آن¬ها كمـتر مورد توجه قرارگرفته¬اند و يا اساسا قادر به شبيه سازي رفتار¬هاي غيرطبيعي نيستند. با توجه به نكات فوق؛ تلاش كرده ايم مدل كمينه¬اي طراحي كنيم كه در عين سادگي و كم بودن حجم محاسبات ، بتواند مورفولوژي و رفتار طبيعي پتانسيل عمل قلبي را شبيه سازي نـمايد و درضمن قـادر به شبيـه سـازي برخي رفتارهاي غير طبيعي مانند پديده باشد. تحقيقات ما در اين پروژه نشان داد كه براي توصيف ويژگي هايي از يك سلول مانند تحريك¬پذيري و يا ايجاد برخي رفتارهاي غيرطبيعي مانند نوسان، دو متغير حالت مي¬تواند كافي باشد. با اين وجود براي تطابق بيشتر مدل با واقعيت¬هاي الكتروفيزيولوژيكي، يك متغير ديگر به آن اضافه كرديم. كه نتيجه يك مدل سه متغير حالتي بود. متغير سوم را به صورت يك ضريب نافعالي براي جريان خروجي در نظر گرفتيم تا بتواند رفتار جريان كند ورودي (مثلا جريان ) را شبيه¬سازي كند. نتايج نشان داد كه اضافه كردن متغير سوم بگونه¬اي كه در اين تحقيق آمد بدون اينكه تعداد پارامترهاي مجهول مدل را چندان افزايش دهد، مي¬تواند مورفولوژي و بعضي از رفتارهاي طبيعي يا غيرطبيعي سلول عضله بطني را شبيه¬سازي كند. تحليل دوشاخگي با استفاده از نرم¬افزار مت¬كانت در يك و دو بعد نشان داد، تغيير پارامترها در مدل ، باعث ايجاد با سه نوع مورفولوژي مي¬شود؛ هاي نرمال، هاي همراه با يا و هاي بدون ري¬پلاريزاسيون. نتايج بدست آمده نشان داد كه با تنظيم پارامتر مي¬توان رفتار نوساني در مدل ايجاد نمود كه در آن ها از حالت بدون به هاي همراه با يك يا دو و يا بيشتر تبديل مي¬شوند. گاه اين انتقال از حالت بدون به حالت همراه با منظم و گاه نامنظم اتفاق مي¬افتد. مشاهده گرديد كه بعضا تغييرات جزيي در مقدار پارامترها باعث ايجاد چنين پاسخي در مدل شد كه با توجه به سه بعدي بودن مدل مي¬توان آن را مقدمه¬ي بروز نوعي رفتار آشوبگونه برشمرد. چنين رفتاري اساس يك مكانيسم جديد در آريتمي¬¬هايي است كه از طريق ايجاد مي¬شوند. مطالعات الكتروفيزيولوژيك نشان مي¬دهد كه ها معمولا با استفاده از مدل¬هاي قلبي پيچيده بررسي مي¬شوند. به عبارت ديگر مدل هاي ساده معمولا نمي توانند را شبيه سازي كنند. در اين تحقيق توانستيم با يك مدل ساده و سه متغير حالتي چنين رفتاري را ايجاد كنيم. واژه‌هاي كليدي: مدل¬سازي، مدل¬هاي كمينه، تحريك¬پذيري، اصل همه يا هيچ، مورفولوژي پتانسيل عمل، پديده .