Dr. Miklós Zsuzsanna Semmelweis Egyetem, ÁOK Klinikai Kísérleti Kutató- és Humán Élettani Intézet Szívbetegségek hátterében álló folyamatok megismerése a ciklusosan változó szívélettani paraméterek elemzésén keresztül
Magyarországon a szívérrendszeri betegségek az összhalálozás 49,88%-ért felelősek (KSH, 2011) Ezekben a szív mindig érintett!
Pumpa, mely állandó mozgásban tartja a vért a zárt keringési rendszerben. A szív feladata
A szív működése A pumpafunkció ciklusos szívizomösszehúzódáson alapul. Összehúzódás: vér továbbítása Elernyedés: vér befogadása A ciklicitás alapja: Elektromos impulzus ciklusos terjedése (EKG) Szívizomsejtek intracelluláris kalcium szintjének ciklusos ingadozása (Ca 2+ i-tranziens)
EKG
Az elektromos impulzus Sinus-csomóban (pacemaker) elektromos impulzus (akciós potenciál) keletkezik ritmusosan Ez végigvezetődik az ingerületvezető rendszeren, és eljut a munkaizomsejtekig Haladása során a sejtek membránjának polarizáltságát megfordítja - depolarizáció (Sejt kívül pozitív Sejt kívül negatív) Majd visszaáll a nyugalmi polarizáltság - repolarizáció
A szív elektromos erőterében létrejövő potenciálváltozások detektálása
Az EKG A bonyolult geometriájú erőtérben a töltések eloszlása minden egyes időpillanatban egy dipólusvektorral jellemezhető A testfelszínen konvencionálisan elhelyezett elektródokkal a dipólusvektor elektródpozíció által meghatározott vetületének időbeli változásait detektáljuk.
Példa: Einthoven-féle bipoláris végtagi elvezetések
Az EKG-görbe
Diagnosztikai alkalmazhatóság Szívritmuszavarok Ingerületvezetési zavarok Bizonyos szívizombetegségek Iszkémiás szívbetegségek (angina pectoris, szívinfarktus) Megelőzés (prediktív paraméterek számítása)
A probléma Salama G, London B J Physiol 2007;578:43-53 2007 by The Physiological Society
Feladatkiírás - EKG Automatikus adatértékelő rendszer fejlesztése, ami alkalmas rágcsálók EKG-görbéinek tudományos igényű elemzésére: Hullámok azonosítása Intervallumok mérése, szívfrekvencia számítása Az intervallumok variabilitásának kiszámítása irodalomból ismert képletek alkalmazásával
Ca 2+ i-tranziens
A szívizomsejt Ca 2+ i-háztartása 2+ Ca 2+ -eltávolító folyamatok Ca 2+ -növelő folyamatok Belső Ca 2+ -raktár
Ca 2+ i-tranziens detektálása izolált szíven optikai módszerrel Intracelluláris Ca 2+ i-koncentráció (nm) Bal kamrai nyomás (Hgmm) 1000 900 800 Ca2+ tranziens Bal kamrai nyomásgörbe 120 100 700 80 600 Ca 2+ i mérése: 500 400 60 Sejtbe juttatott Ca 2+ - érzékeny fluoreszcens festék gerjesztése Fluoreszcens emisszió mérése fluorométerrel, fotoelektronsokszorozók közbeiktatásával A mért jel kalibrálása 300 200 100 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Idő (ms) 40 20
A Ca 2+ i-tranziens rutinszerűen számított paraméterei Szisztolés Ca 2+ Amplitúdó -dca 2+ /dt max +dca 2+ /dt max Diasztolés Ca 2+
Modell
Modell Modell: csak RyR2 és Serca2a működését veszi figyelembe a kalcium mozgások 92% -áért felelősek (a többi transzportert elhanyagolja) 4 t VRyR2 kch (1 4 4 t t 0.5 ) V / [Ca max VSerca2a 2 4 (km ]) 1 Paraméterek: k ch és t 0.5 Paraméterek: V max és k m 2 d[ca ] VRyR2 V dt B Serca2a B: Pufferek irodalomból vett állandók alapján meghatározva
Numerical optimization Goal: Find the optimal values for the model parameters V max, k m, k ch and t 0.5 at which the model fits the experimental data the best Minimize J (Least Square Error)
Feladatkiírás - Ca 2+ i-tranziens 1. A Ca 2+ -tranziensek zajszűrése, pontos matematikai elemzése, az elemzés automatizálása. 2. A kalciumszállító fehérjék működésének specifikus jellemzőit becslő bemutatott modell továbbfejlesztése, a modellfüggvény illesztésének pontosítása.
Elérhetőségek DR. MIKLÓS ZSUZSANNA adjunktus Semmelweis Egyetem, Klinikai Kísérleti Kutató- és Humán Élettani Intézet 1094 Budapest, Tűzoltó utca 37-47. E-mail: miklos.zsuzsanna@med.semmelweis-univ.hu Mobil: +36-20-5858099, +36-20-6663321