心肌透壁缺血时心脏表面心电图ST段位移的仿真研究李川勇(南开大学生物物理系天津300071)DanshiLi(ResearchCenter,MontrealHeartInstitute,Montreal,Canada)DavidKilpatrick(Dept.ofMedicine,UniversityofTasmania,Hobart,Australia)摘要心肌缺血时,正常心肌细胞和缺血细胞之间的动作电位之差产生了损伤电流,进而出现了心电图ST段位移的变化。目前,通过体表的ST段位移的变化来定位心肌缺血还很困难,主要原因有两个,第一是不同部位的心肌缺血可能在体表产生相似的ST段位移的分布式样,第二是在解决从体表心电图到心外膜电位的心电逆问题时,由于对于心外膜的电位分布和心脏内电源的对应关系认识不足,给定位带来困难,所以研究心肌缺血时心外膜ST段位移的分布是从体表ST段位移定位心肌缺血的第一步。在透壁缺血下[1-3],正常心肌细胞和缺血细胞之间的动作电位之差所产生的损伤电流产生了心脏表面ST段在缺血区的上升,同时伴有ST段在非缺血区的下降。对于心外膜ST段上升在缺血区的分布式样还存在争议,有的在实验中通过结扎动脉的小分支产生小范围的透壁缺血,观察到心外膜ST段上升在缺血区上均匀分布[4,5],但同时又有在实验中结扎大的动脉支,观察到心外膜ST段上升不是均匀地出现在缺血区,而是其幅度随着靠近缺血边界而增大,Li在同一动物中观察到这种透壁缺血的面积和心脏表面ST段上升分布的相关关系[3];对于透壁缺血中出现的ST段下降的原因也一直存有争议,动物实验中观察到ST段下降出现在缺血边界的正常区[5,6],Li[7]在动物实验中观察到,大面积的缺血像左降支(LAD)或左旋支(LCX)供应区的透壁缺血,在缺血区的心外膜ST段上升和正常区的ST段下降在缺血边界形成一对偶极子式的分布,ST段下降的幅度随着远离缺血边界而减少,有学者认为透壁缺血的ST段下降只是ST段上升的交互变化[8],同时另有些学者指出ST利用心肌的双域模型计算机模拟了不同区域心肌透壁缺血时ST段位移在心脏表面的分布,发现心脏表面ST段位移的分布式样和缺血区域大小有关,一个小面积的透壁缺血在缺血区上出现均匀分布的ST段上升,而在心脏表面的其他部位上几乎没有出现ST段下降;一个大面积的缺血像左降支或左旋支区域的缺血,ST段位移在心脏表面的左侧区出现了一个偶极子式的分布,在缺血区为ST段上升,在正常区为ST段下降,并且其幅度随远离缺血边界而减小;同时发现透壁缺血时的ST段下降是缺血电流源的不可分割的一部分。比较了这些模拟结果和在动物实验中所观察到的ST段位移的变化,从而分析了本文得到的结论在临床上定位心肌缺血的指导意义。关键词:透壁缺血双域模型ST段位移ST段上升ST段下降生物物理学报第十五卷第三期一九九九年九月ACTABIOPHYSICASINICAVol.15No.3Sept.1999转载http://www.paper.edu.cn511第3期段下降则来源于额外心内膜缺血的出现[9],而以前的心肌缺血时ST段位移的仿真模型都不能全面地评估和解释这些问题[1,2]。本文介绍了用心肌双域模型计算机仿真心外膜ST段位移的方法,即在一个仿真心脏模型的基础上,用心肌双域模型表示心肌组织,结合实验中测量到的缺血区域,建立心肌的缺血模型,用计算机仿真在透壁缺血时ST段位移的三维分布,进而分析其在心脏表面的分布随缺血区域的变化。1方法1.1控制方程根据核磁共振CT建立的一个孤立心脏模型被用于计算机模拟中,其中心肌组织由双域模型表示,因而,细胞外电位Φe和心腔组织(血液)中电位Φo,满足以下方程[10]:�·σ�Φe=-�·σi�Φm,Φm=Φi-Φe(1)σo�2Φo=0(2)5Φe5n|s=0其中σi是细胞内电导率,σ=σi+σe是心肌组织的总电导率,Φi、Φe、Φm分别是细胞内、细胞外、细胞跨膜电位,σo和Φo分别为心脏腔内组织的电导率和电位,S表示心外膜表面,n为心脏表面的法线方向,动作电位的平台期所对应的细胞外电位即为所测到的ST段位移电位。1.2跨膜电位的分布根据文献[4],缺血细胞的动作电位发生了变化,正常细胞的动作电位在平台期为0mV,而缺血细胞的平台期电位变为-30mV。在缺血区内的动作电位分布,还没有过文献报道,本文采取根据缺血区内的血流量来确定缺血细胞的缺血程度,进而设定动作电位,根据Mur2dock等[11],缺血区内的血流量均匀分布,并和非缺血区形成一个很窄的缺血边界。本...
