钾扩散耦合引起的心脏中螺旋波的变化

乔成功; 王利利; 李伟恒; 唐国宁

doi:10.7498/aps.62.198201

摘要

在某些情况下, 心肌细胞外的钾离子浓度是变化的, 钾离子的横向扩散会导致细胞外钾离子的聚集和产生钾扩散耦合, 用考虑钾扩散耦合的Luo-Rudy相I心脏模型研究了钾扩散耦合对螺旋波动力学的影响. 数值模拟结果表明: 当钾扩散耦合比较强时, 钾扩散耦合使细胞外钾离子浓度先升高, 然后做规则振荡, 导致螺旋波做无规则漫游; 观察到螺旋波的波臂宽度和频率随钾扩散耦合的强度增大而减小, 这样, 当钾扩散耦合足够强时, 钾扩散耦合可以消除螺旋波和时空混沌.

关键词:

Abstract

In some cases, the extracellular concentration of potassium ions cannot be regarded as being constant. The potassium lateral diffusion leads to extracellular accumulation of potassium ions and the generation of potassium diffusive coupling. The effect of potassium diffusive coupling on spiral wave is investigated by using the Luo-Rudy phase I cardiac model with potassium diffusive coupling. The numerical results show that when the strength of potassium diffusive coupling is relatively strong, the potassium diffusive coupling makes extracellular potassium ion concentration rise first and then regularly oscillate, leading to the irregular meandering of spiral wave. It is observed that the width of spiral arm and the frequency of spiral wave decrease as the strength of potassium diffusive coupling increases. Thus, when the strength of the potassium diffusive coupling is strong enough, the potassium diffusive coupling can eliminate spiral wave and spatiotemporal chaos.

Keywords:

作者及机构信息

1.
广西师范大学, 物理科学与技术学院, 桂林 541004

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11165004)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Physical science and Technology, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11165004).

参考文献

[1]	Meron E, Pelc E P 1988 Phys. Rev. Lett. 60 1880
[2]	Krinsky V I 1966 Biophysics 11 776
[3]	Ma J, Pu Z S, Feng W J, Li W X 2005 Acta Phys. Sin. 54 4602 (in Chinese) [马军, 蒲忠胜, 冯旺军, 李维学 2005 54 4602]
[4]	Xiao X H, Tang G N 2011 Complexity Systems and Complexity Science 8 58 (in Chinese) [肖向华, 唐国宁 2011 复杂系统和复杂性科学 8 58]
[5]	Zhong M, Tang G N 2010 Acta Phys. Sin. 59 3070 (in Chinese) [钟敏, 唐国宁 2010 59 3070]
[6]	Bai Y Q, Zhu X 2010 Chin. Phys. Lett. 27 048201
[7]	Wang P Y, Xie P, Yin H W 2003 Chin. Phys. 12 674
[8]	Isomura A, Hörning M, Agladze K, Yoshikawa K 2008 Phys. Rev. E 78 066216
[9]	Zhao L, Yang J P, Zheng J H 2013 Acta Phys. Sin. 62 028701 (in Chinese) [赵龙, 杨继平, 郑艳红 2013 62 028701]
[10]	Qian Y 2012 Chin. Phys. B 21 088201
[11]	Kuang Y L, Tang G N 2012 Acta Phys. Sin. 61 190501 (in Chinese) [邝玉兰, 唐国宁 2012 61 190501]
[12]	Ouyang Q 2001 Physics 30 30 (in Chinese) [欧阳颀 2001 物理 30 30]
[13]	He Y F, Liu F C, Fan W L, Dong L F 2012 Chin. Phys. B 21 034701
[14]	Kuang Y L, Tang G N 2012 Acta Phys. Sin. 61 100504 (in Chinese) [邝玉兰, 唐国宁 2012 61 100504]
[15]	Pumir A, Nikolski M, Hörning M, Isomura A, Agladze K,Yoshikawa K, Gilmour R, Bodenschatz E, Krinsky V 2007 Phys. Rev. Lett. 99 208101
[16]	Höning M, Takagi S, Yoshikawa K 2012 Phys. Rev. E 85 061906
[17]	Tung L 1996 Proc. IEEE 84 366
[18]	Kunze D L 1977 Circ Res. 41 122
[19]	Kléber A G 1983 Circ. Res. 52 442
[20]	Shaw R M, Rudy Y 1997 Cardiovasc. Res. 35 256
[21]	Harris A S, Bisteni A, Russell R A, Brigham J C, Firestone J E 1954 Science 19 200
[22]	Wu X X, Shuai J W 2012 Phys. Rev. E 85 061911
[23]	Durand D M, Park E H, Jensen A L 2010 Phil. Trans. R. Soc. B 365 2347
[24]	Postonv D E, Ryazanova L S, Sosnovtseva O V, Mosekilde E 2006 Int. J. Neur. Syst. 16 99
[25]	Park E H, Durand D M 2006 J. Theor. Biol. 238 666
[26]	Luo C H, Rudy Y 1991 Circ. Res. 68 1501
[27]	Postnov D E, Mller F, Schuppner R B, Schimansky-Geier L 2009 Phys. Rev. E 80 031921
[28]	Zhang X M 2007 Ph.D. Dissertation (Beijing: Graduate School of Beijing Normal University) (in Chinese) [张晓明 2007 博士学位论文 (北京: 北京师范大学研究生院)]
[29]	Qu Z L, Xie F G, Garfinkel A,Weiss J N 2000 Ann. Biomed. Eng. 28 755

施引文献

[1]	Meron E, Pelc E P 1988 Phys. Rev. Lett. 60 1880
[2]	Krinsky V I 1966 Biophysics 11 776
[3]	Ma J, Pu Z S, Feng W J, Li W X 2005 Acta Phys. Sin. 54 4602 (in Chinese) [马军, 蒲忠胜, 冯旺军, 李维学 2005 54 4602]
[4]	Xiao X H, Tang G N 2011 Complexity Systems and Complexity Science 8 58 (in Chinese) [肖向华, 唐国宁 2011 复杂系统和复杂性科学 8 58]
[5]	Zhong M, Tang G N 2010 Acta Phys. Sin. 59 3070 (in Chinese) [钟敏, 唐国宁 2010 59 3070]
[6]	Bai Y Q, Zhu X 2010 Chin. Phys. Lett. 27 048201
[7]	Wang P Y, Xie P, Yin H W 2003 Chin. Phys. 12 674
[8]	Isomura A, Hörning M, Agladze K, Yoshikawa K 2008 Phys. Rev. E 78 066216
[9]	Zhao L, Yang J P, Zheng J H 2013 Acta Phys. Sin. 62 028701 (in Chinese) [赵龙, 杨继平, 郑艳红 2013 62 028701]
[10]	Qian Y 2012 Chin. Phys. B 21 088201
[11]	Kuang Y L, Tang G N 2012 Acta Phys. Sin. 61 190501 (in Chinese) [邝玉兰, 唐国宁 2012 61 190501]
[12]	Ouyang Q 2001 Physics 30 30 (in Chinese) [欧阳颀 2001 物理 30 30]
[13]	He Y F, Liu F C, Fan W L, Dong L F 2012 Chin. Phys. B 21 034701
[14]	Kuang Y L, Tang G N 2012 Acta Phys. Sin. 61 100504 (in Chinese) [邝玉兰, 唐国宁 2012 61 100504]
[15]	Pumir A, Nikolski M, Hörning M, Isomura A, Agladze K,Yoshikawa K, Gilmour R, Bodenschatz E, Krinsky V 2007 Phys. Rev. Lett. 99 208101
[16]	Höning M, Takagi S, Yoshikawa K 2012 Phys. Rev. E 85 061906
[17]	Tung L 1996 Proc. IEEE 84 366
[18]	Kunze D L 1977 Circ Res. 41 122
[19]	Kléber A G 1983 Circ. Res. 52 442
[20]	Shaw R M, Rudy Y 1997 Cardiovasc. Res. 35 256
[21]	Harris A S, Bisteni A, Russell R A, Brigham J C, Firestone J E 1954 Science 19 200
[22]	Wu X X, Shuai J W 2012 Phys. Rev. E 85 061911
[23]	Durand D M, Park E H, Jensen A L 2010 Phil. Trans. R. Soc. B 365 2347
[24]	Postonv D E, Ryazanova L S, Sosnovtseva O V, Mosekilde E 2006 Int. J. Neur. Syst. 16 99
[25]	Park E H, Durand D M 2006 J. Theor. Biol. 238 666
[26]	Luo C H, Rudy Y 1991 Circ. Res. 68 1501
[27]	Postnov D E, Mller F, Schuppner R B, Schimansky-Geier L 2009 Phys. Rev. E 80 031921
[28]	Zhang X M 2007 Ph.D. Dissertation (Beijing: Graduate School of Beijing Normal University) (in Chinese) [张晓明 2007 博士学位论文 (北京: 北京师范大学研究生院)]
[29]	Qu Z L, Xie F G, Garfinkel A,Weiss J N 2000 Ann. Biomed. Eng. 28 755

[1]	李倩昀, 白婧, 唐国宁. 两层老化心肌组织中螺旋波和时空混沌的控制. , 2021, 70(9): 098202. doi: 10.7498/aps.70.20201294
[2]	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. , 2018, 67(24): 248201. doi: 10.7498/aps.67.20181291
[3]	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. , 2017, 66(13): 138201. doi: 10.7498/aps.66.138201
[4]	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. , 2016, 65(19): 198201. doi: 10.7498/aps.65.198201
[5]	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. , 2015, 64(21): 218202. doi: 10.7498/aps.64.218202
[6]	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. , 2014, 63(23): 238201. doi: 10.7498/aps.63.238201
[7]	袁国勇, 张焕, 王光瑞. 多可激性障碍下的螺旋波动力学. , 2013, 62(16): 160502. doi: 10.7498/aps.62.160502
[8]	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. , 2013, 62(15): 150508. doi: 10.7498/aps.62.150508
[9]	邝玉兰, 唐国宁. 利用短期心脏记忆消除螺旋波和时空混沌. , 2012, 61(19): 190501. doi: 10.7498/aps.61.190501
[10]	邝玉兰, 唐国宁. 心脏中的螺旋波和时空混沌的抑制研究. , 2012, 61(10): 100504. doi: 10.7498/aps.61.100504
[11]	吕翎, 李钢, 张檬, 李雨珊, 韦琳玲, 于淼. 全局耦合网络的参量辨识与时空混沌同步. , 2011, 60(9): 090505. doi: 10.7498/aps.60.090505
[12]	吕翎, 李钢, 商锦玉, 沈娜, 张新, 柳爽, 朱佳博. 最近邻耦合网络的时空混沌同步研究. , 2010, 59(9): 5966-5971. doi: 10.7498/aps.59.5966
[13]	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. , 2010, 59(5): 3070-3076. doi: 10.7498/aps.59.3070
[14]	钟敏, 唐国宁. 局域反馈抑制心脏中的螺旋波和时空混沌. , 2010, 59(3): 1593-1599. doi: 10.7498/aps.59.1593
[15]	吕翎, 李岩. 不确定自催化反应扩散时空混沌系统的延时同步. , 2009, 58(1): 131-138. doi: 10.7498/aps.58.131
[16]	敬晓丹, 吕翎. 非线性耦合完全网络的时空混沌同步. , 2009, 58(11): 7539-7543. doi: 10.7498/aps.58.7539
[17]	杨朝羽, 唐国宁. 基于蜂拥控制算法思想的时空混沌耦合反馈控制. , 2009, 58(1): 143-149. doi: 10.7498/aps.58.143
[18]	吕翎, 李钢, 柴元. 单向耦合映象格子的时空混沌同步. , 2008, 57(12): 7517-7521. doi: 10.7498/aps.57.7517
[19]	张旭, 沈柯. 时空混沌的单向耦合同步. , 2002, 51(12): 2702-2706. doi: 10.7498/aps.51.2702
[20]	张旭, 沈柯. 耦合映象格子中时空混沌的控制. , 2001, 50(4): 624-628. doi: 10.7498/aps.50.624

计量

文章访问数: 6658
PDF下载量: 1014
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板