Численное моделирование распространения волн электрического возбуждения и механического сокращения в миокарде

Автор: Анна Шагеновна Осепян

Соавторы: Семин Ф.А., Цатурян А.К.

Организация: НИИ механики МГУ им. М. В. Ломоносова

Моделирование работы сердца важно для глубокого понимания механизмов его работы и регуляции в норме и при патологиях. В клинических и экспериментальных исследованиях обнаружено влияние деформаций на распространение электрического возбуждения в сердце. Роль этого явления в нарушениях ритма сердца не изучена. В докладе представлена электромеханическая модель сердечной ткани, основанная на кинетической модели механики мышцы [1], которую объединили [2] с простой моделью электрической активности сердечной мышцы [3]. В модель были добавлены уравнения, описывающие перераспределение ионов кальция между внутриклеточными фазами и зависимости межфазных потоков от разности электрического потенциала на клеточной мембране. Это позволило описать изменения амплитуды сокращения миокарда при изменении интервалов между стимулами [2].

Численные расчеты двумерных задач о распространении электромеханических волн в плоском слое миокарда проводили методом конечных элементов [4]. Учитывали электрическую и механическую анизотропию миокарда и возможную зависимость емкости мембраны клеток сердечной мышцы и электрической проводимости от деформаций. Кинетические уравнения модели для переменных, определяемых в точках интегрирования элементов, решали методом Эйлера. Сокращение ткани инициировали стимулирующим электрическим током на границе или во внутренних точках квадратной области.

В ходе расчетов распространения электромеханических волн выяснилось, что влияние деформаций на электрические процессы изменяет картину распространения потенциала действия и деформаций сердечной мышцы и может играть существенную роль в аритмогенезе.

1. Syomin F. A., Tsaturyan A. K. A simple model of cardiac muscle for multiscale simulation: passive mechanics, crossbridge kinetics and calcium regulation // J. Theor. Biol. 2017. 420: 105–116.

 2. Syomin F. A., Tsaturyan A. K. A simple electromechanical model of cardiac muscle for multiscale simulation of the heart // Abstracts of the 8th World Congress of Biomechanics, Dublin, Ireland, 8-12 July 2018.

 3. Aliev R. R., Panfilov A. V. A simple two-variable model of cardiac excitation // Chaos, Solitons & Fractals. 1996. 7(3): 293–301.

 4. Осепян А.Ш., Сёмин Ф.А., Цатурян А.К. (2019). Электромеханическая модель сердечной ткани. Сборник научных трудов VI Съезда биофизиков России, Т. 1, С. 209–210. ООО Полиграфическое объединение Плехановец, Краснодар