ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА: ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ СТИМУЛЯЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ НА ЕГО НАСОСНУЮ ФУНКЦИЮ

Автор: Альбина Рустемовна Хабибуллина

Соавторы: Сёмин Ф.А., Цатурян А.К.

Организация: НИИ механики МГУ

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА: ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ СТИМУЛЯЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ НА ЕГО НАСОСНУЮ ФУНКЦИЮ

 

В докладе представлена осесимметричная модель левого желудочка (ЛЖ) сердца в системе кровообращения. ЛЖ приближали телом вращения, материал стенки которого описывали с помощью электромеханической модели сердечной мышцы [1], а остальные камеры сердца и сосудистое русло задавали моделью с сосредоточенными параметрами. Особенностью используемой клеточной модели мышцы является то, что изменения биохимических переменных модели, определяющих активные механические напряжения, описываются системой обыкновенных дифференциальных уравнений, а электрофизиология сердечной мышцы описывается феноменологической моделью всего с двумя переменными, что позволяет существенно сократить время расчета. Несмотря на упрощения, модель хорошо воспроизводит динамику электрического возбуждения и следующего за ним механического сокращения миокарда в различных режимах работы, включая зависимость развиваемой силы от интервала между соседними электрическими стимулами и деформацию стенки ЛЖ в ответ на изменение электрической проводимости.

Были поставлены и решены задачи о работе сердца при различных сценариях [2]: в покое; при физической нагрузке, которую моделировали, увеличивая частоту сердцебиения с 60 до 120 ударов в минуту и одновременно снижая периферическое сопротивление сосудов большого круга в два раза; при атриовентрикулярной блокаде, которую моделировали, пропуская каждое четвертое сокращение желудочков и при верхушечном трансмуральном инфаркте миокарда ЛЖ, который моделировали с помощью ухудшения электрической проводимости в пораженной области. 

Результаты, показывают рост давлений и ударного объема ЛЖ в ответ на увеличение частоты электрической стимуляции, частичную компенсацию производительности ЛЖ при атриовентрикулярной блокаде вследствие увеличения сократимости желудочка в сокращении, следующем за пропущенным, а также снижение производительности ЛЖ при верхушечном инфаркте, что согласуется с клиническими наблюдениями.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ 20-74-00046.

  

1. Syomin F., Osepyan A., Tsaturyan A. Computationally efficient model of myocardial electromechanics for multiscale simulations // PLoS ONE. 2021. 16(7).

 2. Сёмин Ф.А., Хабибуллина А.Р., Цатурян А.К. Численное моделирование работы левого желудочка сердца в системе кровообращения: эффекты изменения частоты сокращений и апикального инфаркта миокарда // Биофизика. 2022. T. 67 (принята к печати).