سبزپوشان, سید حجت, شهیدی, نیلوفر, قجرجزی, آزاده. (1394). تجزیه و تحلیل دوشاخگی در نوسانات زود هنگام سلول عضله بطنی. فصل نامه علمی پژوهشی مهندسی پزشکی زیستی, 9(4), 351-360. doi: 10.22041/ijbme.2017.47702.1148
سید حجت سبزپوشان; نیلوفر شهیدی; آزاده قجرجزی. "تجزیه و تحلیل دوشاخگی در نوسانات زود هنگام سلول عضله بطنی". فصل نامه علمی پژوهشی مهندسی پزشکی زیستی, 9, 4, 1394, 351-360. doi: 10.22041/ijbme.2017.47702.1148
سبزپوشان, سید حجت, شهیدی, نیلوفر, قجرجزی, آزاده. (1394). 'تجزیه و تحلیل دوشاخگی در نوسانات زود هنگام سلول عضله بطنی', فصل نامه علمی پژوهشی مهندسی پزشکی زیستی, 9(4), pp. 351-360. doi: 10.22041/ijbme.2017.47702.1148
سبزپوشان, سید حجت, شهیدی, نیلوفر, قجرجزی, آزاده. تجزیه و تحلیل دوشاخگی در نوسانات زود هنگام سلول عضله بطنی. فصل نامه علمی پژوهشی مهندسی پزشکی زیستی, 1394; 9(4): 351-360. doi: 10.22041/ijbme.2017.47702.1148
تجزیه و تحلیل دوشاخگی در نوسانات زود هنگام سلول عضله بطنی
1استادیار،گروه مهندسی پزشکی،دانشکده مهندسی برق،دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران
2دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی پزشکی،دانشکده مهندسی برق،دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران
3دانشجوی دکتری، گروه مهندسی پزشکی،دانشکده مهندسی برق،دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران
چکیده
نوسانات غیر طبیعی پتانسیل عمل (AP)، موجب بروز بیماریهای قلبی در سلول عضله بطنی میشود. نوعی از این نوسانات که به‌ا صطلاح پس دیپولاریزاسیون زود هنگام () نامیده میشود، موضوع تحقیقات گستردهای در زمینه تشخیص و درمان بیماریهای قلبی است. امروزه اگر چه مدلهای سلول بطنی بسیاری ارایه شده است؛ اما ویژگیهای دینامیکی همچنان از مسایل ناشناختهای است که نیاز به تحقیقات بیشتری دارد. در این تحقیق با استفاده از تجزیه و تحلیل صفحه فاز یک مدل کمینه سلول بطنی، نشان خواهیم داد که وقوع میتواند ناشی از وقوع دوشاخگیهای هاف همبستر باشد. همچنین نشان خواهیم داد که در طی یک دوره قلبی (سیکل قلبی)، در گذر از یک حالت بدون به یک حالت با، شواهدی از وقوع پدیده آشوب وجود دارد. این یافته، بیانی نو برای رفتاری غیرطبیعی در عضله قلبی است و دینامیک را مطابق با یافتههای تجربی توضیح میدهد. اگرچه این تحقیق روی سلول عضله بطنی انجام شده است؛ اما نتایج به‌دست آمده میتواند بر دیگر سیستمهای تحریکپذیر نیز تعمیم داده شود و وقوع نوسانات در اثر تغییر پارامترهای سیستم را پیشبینی کند.
1Assistant Professor, Biomedical Engineering Department, School of Electrical Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
2MSc Student, Biomedical Engineering Department, School of Electrical Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
3PhD Candidate, Biomedical Engineering Department, School of Electrical Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]
Abnormal oscillations of ventricular cell action potential can lead to cardiac arrhythmias. Early afterdepolarizations (EADs) is one kind of these oscillations that have been widely studied in the field of cardiac arrhythmias diagnosis and therapies. Nowadays although ventricular cell models have been developed, yet dynamical mechanisms of EADs remain unknown that need more researches. In this paper, using phase plane analysis of a minimal model of ventricular cell, we show that EADs are occurred as a result of Hopf and homoclinic bifurcations in ventricular cell. We also show that during period pacing, chaos happens at the transition from no EAD to EADs. This result provides a distinct explanation for the EAD behavior of the cardiac cells and also explains EADs dynamics in accordance with experiment results. While this research was performed for ventricular cells, but the achieved results can be extend to other excitable systems and used in the prediction of oscillation due to the changes of system parameters.
کلیدواژه‌ها [English]
Ventricular cell model, Early after depolarization, Bifurcation, chaos
مراجع
[1] S. Goktepe and E. Kuhl, "Computational modeling for cardiac electrophysiology: a novel finite element approach,"Int. J. Numer. Meth. Engng, vol. 79, pp. 156-178, 2009.
[2] G. X. Liu, B. R. Choi, O. Ziv, W. Li, E. d. Lange, Z. Qu and G. Koren, "Differential conditions for early afterdepolarizations and triggered activity in cardiomyocytes derived from transgenic LQT1 and LQT2 rabbits,"J. Physiol.,vol. 590, pp. 1171-1180, March 2012.
[3] M. G. Chang, C. Y. Chang, E. de lange, L. Xu, B. O'Rourke, H. S. Karagueuzian, L. Tung, E. Marban, A. Garfinkel, J. N. Weiss, Z. Qu and M. R. Abraham,"Dynamics of early afterdepolarization-modified triggered activity in cardiac monolayers,"Biophys. J., vol. 102, pp. 2706-2714, June 2012.
[4] D. Sato, L. H. Xie,T. P. Nguyen, J. N. Weiss and Z. Qu, " Irregularly appearing early afterdepolarizations in cardiac myocytes: Random fluctuations or dynamical chaos?," Biophys. J., vol. 99, pp. 765-773, August 2010.
[5] D. Sato, L. H. Xie, A. A. Sovari, D. X. Tran, N. Morita, F. Xie, H. Karagueuzian, A. Garfinkel, J. N. Weiss and Z. Qu, "Synchronization of chaotic early afterdepolarizations in the genesis of cardiac arrhythmias,"PNAS,vol. 106, no. 9, 2983-2988, March 2009.
[6] J. N. Welss, A. Garflnkel, H. S. Karagueuzlan, P. Sh. Chen and Z. Qu,"Early afterdepolarizations and cardiac arrhythmias,"Heart Rhythm, vol. 7, pp. 1891-1899, December 2010.
[8] H. S. Karagueuzian, T. P. Nguyen, Z. Q and J. N. Weiss,"Oxidative stress, fibrosis, and early afterdepolarization-mediated cardiac arrhythmias,"Front. Physiol., vol. 4,pp. 4-19, February 2013.
[9] S. Zimik,, N. Vandersickel, A. R. Nayak, A. V. Panfilov and R. Pandit, "A comparative study of early afterdepolarization-mediated fibrillation in two mathematical models for human ventricular cells,"PLoS ONE,vol. 10, 0130632, June 2015.
[10] http://cor.physiol.ox.ac.uk
[11] Z. Qu, L. H. Xie, R. Olcese, H. S. Karagueuzian, P. S. Chen, A. Garfinkel and J. N. Weiss, "Early afterdepolarizations in cardiac myocytes: beyond reduced repolarization reserve,"Cardiovasc. Res., vol. 99, pp. 6-15, April 2013.
[12] P. Gaspard and X. J. Wang, "Noise, chaos and -entropy per unit time,"Phys. Rep., vol. 235, pp. 291-343, December 1993.
[13] A. Shilnikov, R. L. Calabrese and G. Cymbalyuk,"Mechanism of bistability: Tonic spiking and bursting in a neuron model,"Phys. Rev. E.,vol. 71, 056214, May 2005.
[14] P. Channell, G. Cymbalyuk and A. Shilnikov, "Origin of bursting through homoclinic spike adding in a neuron model," Phys. Rev. Lett., vol. 98, 134101, March 2007.
[15]P. Kugler, "Early afterdepolarizations with growing amplitudes via delayed subcritical hopfbifurcations and unstable manifolds of saddle foci in cardiac action potential dynamics,"PLoS ONE,vol. 10, 0151178, March 2016.
ابتدای صفحه