建模缝隙连接对组织层面心脏电生理的影响

在模拟组织层面的心脏电生理时，为保持计算的可处理性，通常采用离散细胞层面方程的连续统近似。其中最常用的模型之一是双向域方程（bidomain equations），其推导依赖于均质化技术以构建离散模型的合适近似。然而，该推导并未明确考虑连接相邻细胞的缝隙连接（gap junctions）的存在。实验研究 [Rohr, Cardiovasc. Res. 2004] 表明，这些缝隙连接对动作电位的传播具有显著影响，特别是在波前上升支通过缝隙连接时。本文在简化的细胞几何结构上，明确将缝隙连接纳入心脏电生理的二维离散模型及其对应的连续统模型中。利用这些模型，我们比较了连续统系统与离散系统模拟的结果。我们发现，动作电位通过缝隙连接时的波形无法用连续统模型复现，且当引入缝隙连接后，动作电位的底层传播速度在两种模型间不再匹配。此外，离散模拟的结果与 Rohr 2004 所示特征相符。据此，我们提出一种混合模型——在动作电位上升支阶段采用离散系统，而在其他区域采用连续统系统——可能更准确地描述心脏电生理。