[发明专利]一种心脏Hodgkin-Huxley浦肯野纤维模型状态变迁的研究方法

说明书

一种心脏Hodgkin‑Huxley浦肯野纤维模型状态变迁的研究方法，通过在心脏Hodgkin‑Huxley浦肯野纤维模型添加外部电流I_ext，研究模型的雅克比矩阵方程的平衡点、特征值，从而判断其属于局部活动、边缘混沌、局部被动的区域分类，相应的区域分别出现心脏跳动的正常、危险、振荡、甚至停止现象。本发明分析Hodgkin‑Huxley动力学模型以及它们与外部刺激和平衡电位之间状态相互转换迁移的机理，可为人体心脏康复和健康维持提供一定的可借鉴参考方法，对探索神经活动规律和人体健康具有一定意义。

技术领域

本发明属于细胞神经网络领域，涉及心脏浦肯野纤维非线性活动特性的研究。

背景技术

人类时时刻刻都在感知、在思考与运动。譬如我们的心脏搏动，肌肉驱动我们行走，眼睛在观察，耳朵在聆听，大脑在思考，那么到底是什么样的机制在驱动我们的生命运转呢？但又是什么可能会让生命突然停止活动？

浦肯野(J.E.Purkinje)是在羊的心脏发现的，也称为束细胞，是一种特殊的心肌纤维，属心脏传导系统的组成成分，组成房室束及其分支，分布于心室的心内膜下层。浦肯野纤维窦房结细胞与浦肯野细胞组成了心内特殊传导系统，可自动产生节律性兴奋，又称自律细胞，它与窦房结相互交替作用，控制心房心室的收缩。浦肯野纤维是快反应细胞，它在自动去极化的过程中，是通过钠离子增加和钾离子的衰减，对不同于窦房结细胞的实现去极化。

心脏性猝死(Sudden Cardiac Death，SCD)是目前直接威胁人类生命的头号杀手，心室颤动(Ventricular Fibrillation，VF)是其最主要的原因，同时也是SCD急救中最常见的心电图表现。然而VF起始和维持的电生理机制至今仍未完全明确。Purkinje(浦肯野)纤维是心脏传导系统中极其重要且特殊的组成部分，早在20世纪70年代的研究已经发现，浦肯野纤维在室性心律失常的发生及维持中起着关键作用。随着近年来各类电生理标测技术以及导管消融技术的发展，浦肯野纤维在VF发生和维持中的作用机制日益获得重视。

国际卫生组织认定60～100次/分钟为正常心跳频率，心脏Hodgkin-Huxley浦肯野纤维模型(简称HH模型)的平衡电压会随着不同平衡电位参数值变化而变化，并且显示出不同心脏波形状态，以及心脏所处的正常、危险、停止等形态。对于心脏具有先天或突发性疾病所处的平衡电位时，可以通过外加微弱电流或其它波形信号进行的刺激来激活心跳或改善心脏活动状态。

发明内容

本发明的目的提出一种心脏Hodgkin-Huxley浦肯野纤维模型状态变迁的研究方法，分析在外部电流激励作用下，系统震荡波形变化，以及局部活动和边缘混沌等现象迁移的规律。

本发明通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种心脏Hodgkin-Huxley浦肯野纤维模型状态变迁的研究方法，包括以下步骤：

(S1)以心脏Hodgkin-Huxley浦肯野纤维模型的电流分布模型为研究对象，分析各变量的物理意义与动力学表述：

其中C_m＝12μF/cm²，a＝40mV为钠离子平衡电位，b＝-100mV为钾离子平衡电位，V为跨膜电压，I_m为跨膜电流。m为分别为钠离子激活变量，h为钠离子抑制变量，n为钾离子激活变量；

(S2)在复平面上平衡点Q处对动力学系统的局部活动、边缘混沌和局部被动三个区域进行划分准则描述；

(S3)依照(S2)划分准则，对非线性心脏Hodgkin-Huxley浦肯野纤维模型在平衡点处局部活动、边缘混沌和局部被动三个区域进行划分；

(S4)在(S3)三个区域中观察心脏所处的波形及计算心跳频率，并验证平衡点在不同区域时正常、危险、停止等跳动现象；