В рамках обобщенной «двухосцилляторной» модели Мальцева-Лакатты, включающей электронно-конформационную модель рианодиновых рецепторов, рассмотрена стохастическая модель ионной динамики сердечной клетки водителя ритма. Показано, что формирование потенциала действия существенно зависит от характера взаимодействия внешнего мембранного и внутриклеточного («Ca2+-часы») осцилляторов. Конструктивное взаимодействие осцилляторов приводит к формированию устойчивого потенциала действия, тогда как деструктивное взаимодействие приводит к паразитным эффектам, в частности, аритмии. Исследовано влияние параметров модели, характерных для синоатриального узла сердца кролика, на качественный вид временной зависимости мембранного потенциала клетки. Найдены условия и описан механизм спонтанного перехода колебаний в аномально быстрый режим, тем самым фактически смоделировано поведение клетки водителя ритма при тахикардии. Показано что подавление быстрого калиевого тока нормализует колебательный режим ионной динамики клетки водителя ритма, что соответствует действию антиаритмических препаратов III класса.
клетка водителя ритма, аритмия, модель Мальцева-Лакатты, электронно-конформационная модель, компьютерное моделирование
1. Мандела В.Дж. Аритмии сердца. Механизмы. Диагностика. Лечение. Медицина, М., 1996. @@[Heart arrhythmias. Translated from English under the editorship of V.J. Mandela. M.: Medicine, 1996 (In Russ.)]
2. The Cardiac Arrhythmias Suppression Trial Investigators (CAST). N. Engl. J. Med., vol. 321, 406 (1989).
3. The Cardiac Arrhythmias Suppression Trial Investigators (CAST), N. Engl. J. Med. vol. 327, 233 (1992).
4. Vinogradova T.M., Zhou Y.Y., Maltsev V.A. et al. Rhythmic Ryanodine Receptor Ca2+ Releases During Diastolic Depolarization of Sinoatrial Pacemaker Cells Do Not Require Membrane Depolarization. Circ. Res., 2004, vol. 94, no. 6, p. 802.
5. Bogdanov K.Y., Maltsev V.A., Vinogradova T.M. et al. Membrane potential fluctuations resulting from submembrane Ca2+ releases in rabbit sinoatrial nodal cells impart an exponential phase to the late diastolic depolarization that controls their chronotropic state. Res., 2006, vol. 99, p. 979.
6. Maltsev V.A., Lakatta E.G. Synergism of coupled subsarcolemmal Ca2+ clocks and sarcolemmal voltage clocks confers robust and flexible pacemaker function in a novel pacemaker cell model. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol., 2009, vol. 296, p. 594.
7. Bozler E. The Initiation of Impulses in Cardiac Muscle. Amer. J. Physiol., 1943, vol. 138, p. 273.
8. Sobie E.A., Dilly K.W., Jafri M.S. Termination of cardiac of Ca2+ sparks: an investigative mathematical model of calcium-induced calcium release. Biophys. J., 2002, vol. 83, p. 59.
9. Gyorke I., Gyorke S. Regulation of the cardiac ryanodine receptor channel by luminal Ca2+ involves luminal Ca2+ sensing sites. Biophys. J., 1998, vol. 75, no. 6, p. 2801.
10. Wilders R., Jongsma H.J., van Ginneken A.C.G. Pacemaker activity of the rabbit sinoatrial node: a comparison of mathematical models. Biophys. J., 1991, vol. 60, no. 5, p. 1202.
11. Shannon T.R., Pogwizd S.M., Bers D.M. Elevated sarcoplasmic reticulum Ca2+ leak in intact ventricular myocytes from rabbits in heart failure. Circ. Res., 2003, vol. 93, no. 7, p. 592.
12. Shannon T.R., Wang F., Puglisi J. A Mathematical Treatment of Integrated Ca Dynamics within the Ventricular Myocyte. Biophys. J., vol. 87, no. 5, p. 3351.
13. Kurata Y., Hisatome I., Imanishi S., Shibamoto T. Dynamical description of sinoatrial node pacemaking: improved mathematical model for primary pacemaker cell. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol., 2002, vol. 283, no. 5, p. H2074.
14. Bers D. Excitation-Contraction Coupling and Cardiac Contractile Force. Springer, New York, 2001.
15. Kurata Y., Hisatome I., Imanishi S., Shibamoto T. Roles of L-type Ca2+ and delayed-rectifier K+ currents in sinoatrial node pacemaking: insights from stability and bifurcation analyses of a mathematical model. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol., 2003, vol. 285, no. 6, p. H2804.
16. Baruscotti M., Bucchi A., Difrancesco D. Physiology and pharmacology of the cardiac pacemaker ("funny") current. Pharmacol. Ther., 2005, vol. 107, p. 59.
17. Moskvin A.S., Philipiev M.P., Solovyova O.E., Markhasin V.S. Electron-conformational model of nonlinear dynamics of the ryanodine channel lattice in cardiomyocytes. Dokl. Biochem. Biophys., 2005, vol. 400, p. 32.
18. Moskvin A.S., Philipiev M.P., Solovyova O.E., Markhasin V.S. Electron-conformational model of ryanodine receptor lattice dynamics. Prog. Biophys. Mol. Biol., 2006, vol. 90, p. 88.
19. Moskvin A.S., Iaparov B.I., Ryvkin A.M., Solovyova O.E., Markhasin V.S. Electron-conformational transformations govern the temperature dependence of the cardiac ryanodine receptor gating. JETP Letters, 2015, vol. 102, no. 1, p. 67.
20. Рывкин А.М., Москвин А.С., Соловьева О.Э., Мархасин В.С. Моделирование автоволновой кальциевой динамики в кардиомиоцитах в рамках электронно-конформационной теории. Докл. РАН, 2012, т. 444, № 5, с. 572. @@[Ryvkin A.M., Moskvin A.S., Solovyova O.E., Markhasin V.S. Simulation of autowave calcium dynamics in cardiomyocytes in the framework of electron-conformational theory. Proceedings of the Academy of Sciences, 2012, vol. 444, no. 5, p. 572. (In Russ.)]
21. Moskvin A.S., Ryvkin A.M., Solovyova O.E., Markhasin V.S. Electron-conformational transformations in nanoscopic RyR channels govern both the heart's contraction and beating. JETP Letters, 2011, vol. 93, no. 7, pp. 403-408.
22. Ryvkin A.M., Zorin N.M., Moskvin A.S., Solovyova O.E., Markhasin V.S. The Interaction Of The Membrane And Calcium Oscillators In Cardiac Pacemaker Cells: Mathematical Modeling. Biofizika, 2015, vol. 60, no. 6, p. 946.
23. Гонотков М.А. Дис.. канд. биол. наук (Ин-т физиологии Коми науч. центра УрО РАН, Сыктывкар, 2015. @@[Gonotkov M.A. Diss.. Cand. Biol. Sciences (Institute of physiology of Komi). center Uro RAS, Syktyvkar, 2015. (In Russ.)]
24. Malev V.V., Kaulin Y.A., Bezrukov S.M., Gurnev P.A., Takemoto J.Y., Shchagina L.V. Kinetics of opening and closure of syringomycin E channels formed in lipid bilayers. Membr. Cell Biol., 2001, vol. 14, pp. 813-829.
