时空相关性揭示心脏组织中的分数阶标度
生物物理
2019-08-21 v1 组织与器官
摘要
由于随刺激频率增加而产生的倍周期分岔，许多哺乳动物心脏中已观察到动作电位时程的复杂时空模式。在此，通过高分辨率光学标测与数值模拟，我们以犬心室为对象，借助时空相关分析量化了作为刺激频率与纤颤期间函数的电压长度尺度。我们表明：i）在一对一响应期间长度尺度可从40 cm变化至20 cm；ii）存在倍周期分岔起始的临界衰减长度，并在向纤颤转变前减小至小于3 cm；iii）纤颤的特征为约1 cm的衰减长度。基于此证据，我们引入一种基于实验的传导速度色散关系，给出心脏衰减长度的新理论描述，该关系以1.5的分数扩散指数拟合实测波长。我们展示，一个基于经典恢复协议精细调参的动作电位准确唯象数学模型，能在周期刺激期间给出正确衰减长度，但需通过1.5的分数扩散指数进行域尺寸标度，才能复现实验纤颤动力学。我们的研究支持在刻画心脏组织动作电位传播的多尺度特征时有必要采用广义反应扩散方法。我们提出此类方法作为可激发生物介质中同步的潜在共同基础。
引用
@article{arxiv.1806.04507,
title = {Spatiotemporal correlation uncovers fractional scaling in cardiac tissue},
author = {Alessandro Loppini and Alessio Gizzi and Christian Cherubini and Elizabeth M. Cherry and Flavio H. Fenton and Simonetta Filippi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.04507},
year = {2019}
}
备注
8 pages, 6 figures