[發明專利]一種對骨骼肌快肌纖維興奮收縮過程的建模方法

有效

• 申請號: 201710531356.1
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107330275B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 王沫楠;孫建剛;耿慧玉;韓加林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G06F19/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種對骨骼肌快肌纖維興奮收縮過程的建模方法，包括如下步驟：1)以半肌小節為單位，建立骨骼肌快肌纖維膜電生理數學模型；2)以半肌小節為單位，建立鈣離子循環的幾何模型；3)建立鈣離子從終池上雷諾定通道(RyR)釋放的數學模型；4)建立肌漿中鈣離子、鎂離子分別與ATP、小清蛋白結合的數學模型；5)建立鈣離子結合肌鈣蛋白的數學模型，及橫橋動力數學模型；6)建立骨骼肌快肌纖維興奮收縮過程中產生的膜疲勞模型和新陳代謝疲勞模型。本發明是基于骨骼肌生理結構，建立起各個環節的數學模型，能更精確地分析、模擬和預測骨骼肌肌纖維興奮收縮過程。本發明能夠為骨骼肌疾病診斷、康復醫療提供理論指導。

技術領域

本發明涉及對骨骼肌快肌纖維興奮收縮過程的建模方法。

背景技術

目前有許多研究骨骼肌肌纖維興奮收縮的數學模型，但這些模型很大程度上是基于經驗的，不能模擬由電刺激引起的整個骨骼肌興奮收縮過程，并且忽略了骨骼肌興奮收縮過程中產生的疲勞影響，沒有基于生理機理建立數學模型，不能準確地模擬和預測骨骼肌肌纖維興奮收縮過程。基于以上問題，有必要建立完整的，能夠從生理機理上描述由電刺激引起的整個骨骼肌興奮收縮過程數學模型。

發明內容

本發明是為了解決不能模擬由電刺激引起的整個骨骼肌興奮收縮過程，并且忽略了骨骼肌興奮收縮過程中產生的疲勞影響，沒有基于生理機理建立數學模型，不能準確地模擬和預測骨骼肌肌纖維興奮收縮過程這一問題，而提出的一種對骨骼肌快肌纖維興奮收縮過程的建模方法。

一種對骨骼肌快肌纖維興奮收縮過程的建模方法按以下步驟實現：

1)以半肌小節為單位，建立骨骼肌快肌纖維膜電生理數學模型；

2)以半肌小節為單位，建立鈣離子循環的幾何模型；

3)建立鈣離子從終池上雷諾定通道(RyR)釋放的數學模型；

4)建立肌漿中鈣離子、鎂離子分別與ATP、小清蛋白結合的數學模型；

5)建立鈣離子結合肌鈣蛋白的數學模型，及橫橋動力數學模型；

6)建立骨骼肌快肌纖維興奮收縮過程中產生的膜疲勞模型和新陳代謝疲勞模型。

進一步地：所述步驟1中采用Hodgkin-Huxley電生理模型來描述哺乳動物骨骼肌快肌纖維肌膜和T管膜電流變化，具體包括鉀離子內向整流電流(I^IR)，鉀離子延遲整流電流(I^DR)，鈉離子電流(I^Na)，氯離子電流(I^Cl)，鈉-鉀泵(I^NaK)，相應T管上的電流有根據Donnan平衡，氯離子被動地分布于膜兩側，采用Goldman-Hodgkin-Katz(GHK)驅動力方程來驅動離子的跨膜運動；

T管入口處的電流(I_T)：

I_T＝(V_s-V_t)/R_a (1)

其中V_s為肌膜電壓，V_t為T管電壓，R_a為T管入口的電阻常數；

肌膜電壓為：

其中是肌膜電流，C_m是膜電容常數；

T管電壓為：

其中是T管電流，γ是T管表面積與肌膜表面積比；

肌膜電流為：