2014 Fiscal Year Annual Research Report
ヘテロ性を考慮した心臓洞房結節モデルの特異摂動・分岐解析と同期律動創発機構の解明
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24500274
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
土居 伸二 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50217600)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 心臓洞房結節 / ペースメーカ / 振動子結合系 / 同期リズム / 特異摂動系 / 分岐現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，心筋洞房結節細胞のHodgkin-Huxley(HH)型数理モデルを用いて洞房結節全体のモデルを構築し，結合振動子集団としての洞房結節におけるリズム調節機構や不整脈の原因を解明し，新たな治療方策を導く知見を得ることを目指している．特に，数千個の細胞から成る洞房結節に存在する細胞のヘテロ性を考慮し，細胞集団におけるリズム調節機構を特異なリズムや同期現象の創発という観点から，特異摂動論や分岐理論など非線形力学系の諸理論に基づいて解析を行うことを目的としている．
初年度では，単一振動子モデルとして比較的単純な振動子モデルを用いて結合系モデルを構築し，そこに創発する特殊な同期現象のメカニズムを詳細に解析した．さらに，単一振動子の特異摂動系としての性質がリズム形成に及ぼす影響を調べるために，ホップ分岐近傍に生じるアヒル解の高精度シミュレーションと漸近解析を並行して行った．
２年目には，これらの研究を発展させ，特異摂動系に発生するアヒル解のシミュレーションに於いて，偽のカオス的リズム現象が生じるダイナミクスの詳細な解析を行った．さらに，雑音が振動子結合系の同期現象や同期リズムに及ぼす影響の解析も行った．これらの解析を踏まえて，ヒトの心室筋細胞モデルである縮約TNNPモデルを用いて，詳細な分岐解析を行った．その結果，心室筋が振動するためのイオンチャネルコンダクタンスに関する条件を明らかにした．
今年度は，洞房結節における細胞のヘテロ(異種)性を考慮し，洞房結節中心細胞，周辺細胞およびそれらの中間型細胞のモデルを用い，種々の結合系モデルを構築した．この高次元結合系モデルの詳細な分岐解析を行った結果，異種細胞の結合系では，同種細胞同士の結合系とは相当異なる同期現象が生じることを明らかにした．これらの結果を踏まえて，洞房結節細胞の異種性が結合系の同期リズムに及ぼす影響に関する詳細な検討を行った．
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