Nesterova, T., Rokeakh, R., Solovyova, O., & Panfilov, A. (2023). Mathematical Modelling of Leptin-Induced Effects on Electrophysiological Properties of Rat Cardiomyocytes and Cardiac Arrhythmias. Mathematics, 11(4), 874.https://doi.org/10.3390/math11040874
Как известно, повышенный уровень лептина в плазме крови — гиперлептинемия — коррелирует с маркерами метаболического синдрома, в том числе ожирением, и может быть независимым фактором риска развития сердечно-сосудистых заболеваний. В данной статьей с использованием математических моделей одиночных кардиомиоцитов и сердечной ткани изучалось возможное влияние гиперлептинемии на электрофизиологические свойства кардиомиоцитов и сердечные аритмии. Для воспроизведения экспериментальных данных по влиянию лептина на ионные токи в четырех обновленных вариантах модели желудочковых кардиомиоцитов крысы Gattoni2016 были модифицированы параметры проводимости каналов кратковременного выходящего калиевого тока и натрий-кальциевого обменника. Было обнаружено, что во всех моделях лептин удлиняет потенциал действия, а в некоторых случаях приводит к значительному изменению формы потенциала действия с треугольной, характерной для кардиомиоцитов крысы, на конфигурацию “зубец-и-купол”, что указывает на предрасположенность к аритмиям. Во всех двумерных моделях ткани лептин увеличивал период сердечной аритмии, вызванной спиральной волной, и усиливал динамическую нестабильность, проявляющуюся в более выраженной, по сравнению с контролем, нестационарности вращения спиральной волны и иногда ее распаде. Данные результаты свидетельствуют о том, что гиперлептинемия может увеличивать уязвимость миокарда к возникновению аритмий. В дальнейшем представленные в статье модели кардиомиоцитов при действии лептина могут быть использованы в исследованиях на анатомических моделях сердца крысы.
Рис. 1. Кривые реституции длительности потенциала действия на уровне 90% реполяризации (ДПД90) в моделях 1 -- 4 в контроле (К, синий) и под воздействием лептина (Л, красный). ДПД90 > 200 мс в моделях 1Л и 2Л указывает на устойчивую форму потенциала действия “зубец-и-купол”, а большой разброс в ДПД90, на чередование треугольной и “зубец-и-купол” форм потенциала действия или единичные случаи появления последней.
Рис. 2. Динамика спиральных волн в двумерных моделях ткани, построенных из клеточных моделей 1—4 в контроле (K) и под действием лептина (Л). Показаны положения волны в различные моменты времени. На правых панелях показаны траектории ядра спиральной волны, вычисленные по алгоритму Фентона и Карма на временном интервале между 0.5 и 1.5 с после инициации спиральной волны. Названия моделей даны на левых панелях. Цветовая шкала для трансмембранного потенциала приведена внизу.