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通过放慢钠通道开闭控制心脏中的螺旋波和时空混沌

潘飞 王小艳 汪芃 黎维新 唐国宁

通过放慢钠通道开闭控制心脏中的螺旋波和时空混沌

潘飞, 王小艳, 汪芃, 黎维新, 唐国宁
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  • 现代生物技术已经能够通过让钠离子通道的基因突变来改变其弛豫时间常数.本文采用Luo-Rudy相I模型研究了如何调控钠通道门的弛豫时间常数来控制心脏中的螺旋波和时空混沌.我们提出这样的控制策略:通过让钠电流触发门的弛豫时间常数增大倍,同时让其快失活门始终不关闭,来降低钠电流激活和失活的速率.数值模拟结果表明:逐渐增加将导致钠电流的触发门变量更慢,达到最大值,并且其振幅也逐渐减少,从而使心肌细胞动作电位的幅度和持续时间都逐渐减少.在足够大的情况下,螺旋波和时空混沌不能在介质中传播,但是低频平面波可以在介质中传播,原因是介质激发性和波传播速度大幅度降低了.因此在适当选取控制时间和足够大的情况下,可以有效消除心脏中的螺旋波和时空混沌.螺旋波和时空混沌主要通过传导障碍消失,也观察到螺旋波转变为靶波、螺旋波波头回缩、时空混沌转变为螺旋波消失的现象.当相关参数适当选择时,还观察到螺旋波转变为自维持靶波现象,相应的靶波源是旋转方向相反的螺旋波对.这些结果为心脏病的基因治疗提供了有用信息.
      通信作者: 唐国宁, tangguoning@sohu.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11565005,11365003,11165004)资助的课题.
    [1]

    Gurevich E L, Moskalenko A S, Zanin A L, Astrov Y A, Purwins H G 2003 Phys. Rev. A 307 299

    [2]

    Ecke R E, Hu Y, Mainieri R, Ahlers G 1995 Science 269 1704

    [3]

    Winfree A T 1972 Science 175 634

    [4]

    Belmonte A, Ouyang Q, Flesselles J M 1997 J. Phys. Ⅱ France 7 1425

    [5]

    Davidenko J M, Pertsov A V, Salomonsz R, Baxter W, Jalife J 1992 Nature 355 349

    [6]

    Huang X Y, Xu W F, Liang J M, Takagaki K, Gao X, Wu J Y 2010 Neuron 68 978

    [7]

    Pertsov A M, Davidenko J M, Salomonsz R, Baxter W T, Jalife J 1993 Circ. Res. 72 631

    [8]

    Lechleiter J, Girard S, Peralta E, Clapham D 1991 Science 252 123

    [9]

    Witkowski F X, Leon L J, Penkoske P A, Giles W R, Spano M L, Ditto W L, Winfree A T 1998 Nature 392 78

    [10]

    Yang H J, Yang J Z 2007 Phys. Rev. E 76 016206

    [11]

    Liu F C, Wang X F, Li X C, Dong L F 2007 Chin. Phys. 16 2640

    [12]

    Liu Y, Li S R, Ma J, Ying H P 2009 Chin. Phys. B 18 98

    [13]

    Deng M Y, Tang G N, Kong L J, Liu M R 2010 Acta Phys. Sin. 59 2339 (in Chinese) [邓敏艺, 唐国宁, 孔令江, 刘慕仁2010物理学报59 2339]

    [14]

    Pan F, Li W X, Wang X Y, Tang G N 2015 Acta Phys. Sin. 64 218202 (in Chinese) [潘飞, 黎维新, 王小艳, 唐国宁2015物理学报64 218202]

    [15]

    Pan D B, Gao X, Feng X, Pan J T, Zhang H 2016 Sci. Rep. 6 21876

    [16]

    Yuan G Y, Xu A G, Wang G R, Chen S G 2010 Europhys. Lett. 90 10013

    [17]

    Wang P Y, Xie P, Yin H W 2003 Chin. Phys. 12 674

    [18]

    Gray R A 2002 Chaos 12 941

    [19]

    Li W W, Janardhan A H, Fedorov V V, Sha Q, Schuessler R B, Efimov I R 2011 Circ. Arrhythm. Electrophysiol. 4 917

    [20]

    Zhang H, Cao Z J, Wu N J, Ying H P, Hu G 2005 Phys. Rev. Lett. 94 188301

    [21]

    Magome N, Kanaporis G, Moisan N, Tanaka K, Agladze K 2011 Tissue Eng.: Part A 17 21

    [22]

    Nattel S, Carlsson L 2006 Nat. Rev. Drug Discov. 5 1034

    [23]

    Antzelevitch C, Brugada P, Brugada J, Brugada R, Shimizu W, Gussak I, Riera A R P 2002 Circ. Res. 91 1114

    [24]

    ten-Tusscher K H W J, Panfilov A V 2006 Phys. Med. Biol. 51 6141

    [25]

    Tran D X, Sato D, Yochelis A, Weiss J N, Garfinkel A, Qu Z 2009 Phys. Rev. Lett. 102 258103

    [26]

    ten-Tusscher K H W J, Hren R, Panfilov A V 2007 Circ. Res. 100 e87

    [27]

    ten-Tusscher K H W J, Panfilov A V 2006 Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 291 H1088

    [28]

    Zhang Z S, Tranquillo J, Neplioueva V, Bursac N, Grant A O 2007 Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 292 H399

    [29]

    Osterrieder W, Noma A, Trautwein W 1980 Pflgers Arch. 386 101

    [30]

    Qu Z, Garfinkel A, Chen P S, Weiss J N 2000 Circulation 102 1664

    [31]

    ten-Tusscher K H W J 2005 Ph. D. Dissertation (Netherlands: Utrecht University)

    [32]

    Luo C H, Rudy Y 1991 Circ. Res. 68 1501

    [33]

    Hsiao P Y, Tien H C, Lo C P, Juang J M J, Wang Y H, Sung R J 2013 Appl. Clin. Genet. 6 1

  • [1]

    Gurevich E L, Moskalenko A S, Zanin A L, Astrov Y A, Purwins H G 2003 Phys. Rev. A 307 299

    [2]

    Ecke R E, Hu Y, Mainieri R, Ahlers G 1995 Science 269 1704

    [3]

    Winfree A T 1972 Science 175 634

    [4]

    Belmonte A, Ouyang Q, Flesselles J M 1997 J. Phys. Ⅱ France 7 1425

    [5]

    Davidenko J M, Pertsov A V, Salomonsz R, Baxter W, Jalife J 1992 Nature 355 349

    [6]

    Huang X Y, Xu W F, Liang J M, Takagaki K, Gao X, Wu J Y 2010 Neuron 68 978

    [7]

    Pertsov A M, Davidenko J M, Salomonsz R, Baxter W T, Jalife J 1993 Circ. Res. 72 631

    [8]

    Lechleiter J, Girard S, Peralta E, Clapham D 1991 Science 252 123

    [9]

    Witkowski F X, Leon L J, Penkoske P A, Giles W R, Spano M L, Ditto W L, Winfree A T 1998 Nature 392 78

    [10]

    Yang H J, Yang J Z 2007 Phys. Rev. E 76 016206

    [11]

    Liu F C, Wang X F, Li X C, Dong L F 2007 Chin. Phys. 16 2640

    [12]

    Liu Y, Li S R, Ma J, Ying H P 2009 Chin. Phys. B 18 98

    [13]

    Deng M Y, Tang G N, Kong L J, Liu M R 2010 Acta Phys. Sin. 59 2339 (in Chinese) [邓敏艺, 唐国宁, 孔令江, 刘慕仁2010物理学报59 2339]

    [14]

    Pan F, Li W X, Wang X Y, Tang G N 2015 Acta Phys. Sin. 64 218202 (in Chinese) [潘飞, 黎维新, 王小艳, 唐国宁2015物理学报64 218202]

    [15]

    Pan D B, Gao X, Feng X, Pan J T, Zhang H 2016 Sci. Rep. 6 21876

    [16]

    Yuan G Y, Xu A G, Wang G R, Chen S G 2010 Europhys. Lett. 90 10013

    [17]

    Wang P Y, Xie P, Yin H W 2003 Chin. Phys. 12 674

    [18]

    Gray R A 2002 Chaos 12 941

    [19]

    Li W W, Janardhan A H, Fedorov V V, Sha Q, Schuessler R B, Efimov I R 2011 Circ. Arrhythm. Electrophysiol. 4 917

    [20]

    Zhang H, Cao Z J, Wu N J, Ying H P, Hu G 2005 Phys. Rev. Lett. 94 188301

    [21]

    Magome N, Kanaporis G, Moisan N, Tanaka K, Agladze K 2011 Tissue Eng.: Part A 17 21

    [22]

    Nattel S, Carlsson L 2006 Nat. Rev. Drug Discov. 5 1034

    [23]

    Antzelevitch C, Brugada P, Brugada J, Brugada R, Shimizu W, Gussak I, Riera A R P 2002 Circ. Res. 91 1114

    [24]

    ten-Tusscher K H W J, Panfilov A V 2006 Phys. Med. Biol. 51 6141

    [25]

    Tran D X, Sato D, Yochelis A, Weiss J N, Garfinkel A, Qu Z 2009 Phys. Rev. Lett. 102 258103

    [26]

    ten-Tusscher K H W J, Hren R, Panfilov A V 2007 Circ. Res. 100 e87

    [27]

    ten-Tusscher K H W J, Panfilov A V 2006 Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 291 H1088

    [28]

    Zhang Z S, Tranquillo J, Neplioueva V, Bursac N, Grant A O 2007 Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 292 H399

    [29]

    Osterrieder W, Noma A, Trautwein W 1980 Pflgers Arch. 386 101

    [30]

    Qu Z, Garfinkel A, Chen P S, Weiss J N 2000 Circulation 102 1664

    [31]

    ten-Tusscher K H W J 2005 Ph. D. Dissertation (Netherlands: Utrecht University)

    [32]

    Luo C H, Rudy Y 1991 Circ. Res. 68 1501

    [33]

    Hsiao P Y, Tien H C, Lo C P, Juang J M J, Wang Y H, Sung R J 2013 Appl. Clin. Genet. 6 1

  • [1] 邝玉兰, 唐国宁. 心脏中的螺旋波和时空混沌的抑制研究. 物理学报, 2012, 61(10): 100504. doi: 10.7498/aps.61.100504
    [2] 邝玉兰, 唐国宁. 利用短期心脏记忆消除螺旋波和时空混沌 . 物理学报, 2012, 61(19): 190501. doi: 10.7498/aps.61.190501
    [3] 李倩昀, 黄志精, 唐国宁. 通过抑制波头旋转消除心脏中的螺旋波和时空混沌. 物理学报, 2018, 67(24): 248201. doi: 10.7498/aps.67.20181291
    [4] 周振玮, 王利利, 乔成功, 陈醒基, 田涛涛, 唐国宁. 用同步复极化终止心脏中的螺旋波和时空混沌. 物理学报, 2013, 62(15): 150508. doi: 10.7498/aps.62.150508
    [5] 王小艳, 汪芃, 李倩昀, 唐国宁. 用晚钠电流终止心脏中的螺旋波和时空混沌. 物理学报, 2017, 66(13): 138201. doi: 10.7498/aps.66.138201
    [6] 钟敏, 唐国宁. 局域反馈抑制心脏中的螺旋波和时空混沌. 物理学报, 2010, 59(3): 1593-1599. doi: 10.7498/aps.59.1593
    [7] 钟敏, 唐国宁. 用钙离子通道激动剂抑制心脏组织中的螺旋波和时空混沌. 物理学报, 2010, 59(5): 3070-3076. doi: 10.7498/aps.59.3070
    [8] 乔成功, 李伟恒, 唐国宁. 细胞外钾离子浓度延迟恢复对螺旋波的影响研究. 物理学报, 2014, 63(23): 238201. doi: 10.7498/aps.63.238201
    [9] 乔成功, 王利利, 李伟恒, 唐国宁. 钾扩散耦合引起的心脏中螺旋波的变化. 物理学报, 2013, 62(19): 198201. doi: 10.7498/aps.62.198201
    [10] 袁国勇, 张焕, 王光瑞. 多可激性障碍下的螺旋波动力学. 物理学报, 2013, 62(16): 160502. doi: 10.7498/aps.62.160502
    [11] 潘飞, 黎维新, 王小艳, 唐国宁. 用低通滤波方法终止心脏组织中的螺旋波和时空混沌. 物理学报, 2015, 64(21): 218202. doi: 10.7498/aps.64.218202
    [12] 沈 柯, 岳立娟, 徐明奇. 非线性反馈法控制相位共轭波的光学时空混沌. 物理学报, 2007, 56(8): 4378-4382. doi: 10.7498/aps.56.4378
    [13] 蒲忠胜, 冯旺军, 李维学, 马 军. 旋转中心力场消除螺旋波和时空混沌. 物理学报, 2005, 54(10): 4602-4609. doi: 10.7498/aps.54.4602
    [14] 祝金川, 李成仁, 齐笳羽, 任旭东, 岳喜爽. CO2激光器对相位共轭波时空混沌系统控制和同步的研究. 物理学报, 2011, 60(10): 104213. doi: 10.7498/aps.60.104213
    [15] 薛月菊, 冯汝鹏. 连续时间耦合系统中时空混沌的自适应模糊控制. 物理学报, 2001, 50(3): 440-444. doi: 10.7498/aps.50.440
    [16] 汪芃, 李倩昀, 黄志精, 唐国宁. 在兴奋-抑制混沌神经元网络中有序波的自发形成. 物理学报, 2018, 67(17): 170501. doi: 10.7498/aps.67.20180506
    [17] 钱郁. 时空调制对可激发介质螺旋波波头动力学行为影响及控制研究. 物理学报, 2012, 61(15): 158202. doi: 10.7498/aps.61.158202
    [18] 栾玲, 李岩, 吕翎. 环形加权网络的时空混沌延迟同步. 物理学报, 2009, 58(7): 4463-4468. doi: 10.7498/aps.58.4463
    [19] 谢玲玲, 高继华, 彭建华. 利用速度反馈方法控制时空混沌. 物理学报, 2009, 58(8): 5218-5223. doi: 10.7498/aps.58.5218
    [20] 郭晶, 王钺, 山秀明, 任勇. 时空混沌中的序图样研究. 物理学报, 2010, 59(11): 7663-7668. doi: 10.7498/aps.59.7663
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-13
  • 修回日期:  2016-06-27
  • 刊出日期:  2016-10-05

通过放慢钠通道开闭控制心脏中的螺旋波和时空混沌

  • 1. 广西师范大学物理科学与技术学院, 桂林 541004
  • 通信作者: 唐国宁, tangguoning@sohu.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11565005,11365003,11165004)资助的课题.

摘要: 现代生物技术已经能够通过让钠离子通道的基因突变来改变其弛豫时间常数.本文采用Luo-Rudy相I模型研究了如何调控钠通道门的弛豫时间常数来控制心脏中的螺旋波和时空混沌.我们提出这样的控制策略:通过让钠电流触发门的弛豫时间常数增大倍,同时让其快失活门始终不关闭,来降低钠电流激活和失活的速率.数值模拟结果表明:逐渐增加将导致钠电流的触发门变量更慢,达到最大值,并且其振幅也逐渐减少,从而使心肌细胞动作电位的幅度和持续时间都逐渐减少.在足够大的情况下,螺旋波和时空混沌不能在介质中传播,但是低频平面波可以在介质中传播,原因是介质激发性和波传播速度大幅度降低了.因此在适当选取控制时间和足够大的情况下,可以有效消除心脏中的螺旋波和时空混沌.螺旋波和时空混沌主要通过传导障碍消失,也观察到螺旋波转变为靶波、螺旋波波头回缩、时空混沌转变为螺旋波消失的现象.当相关参数适当选择时,还观察到螺旋波转变为自维持靶波现象,相应的靶波源是旋转方向相反的螺旋波对.这些结果为心脏病的基因治疗提供了有用信息.

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