КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 17-71-20024
НазваниеРазработка методов вытеснения спиральных волн в возбудимых средах
Руководитель Правдин Сергей Федорович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт математики и механики им.Н.Н.Красовского Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл
Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-205 - Математические модели в науках о живом
Ключевые слова автоволны, спиральные волны, электротерапия аритмий, пароксизмальная тахикардия, моделирование сердца, возбудимые среды, навязывание ритма, кардиоверсия, низковольтная дефибрилляция, левый желудочек сердца
Код ГРНТИ34.17.03
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект посвящен изучению взаимодействия автоволн, порождаемых источниками разной природы, в активных возбудимых средах. В возбудимых средах наблюдаются источники самоподдерживающейся автоволновой активности, имеющие вид вращающихся спиралей – спиральные волны. Такие волны были обнаружены в возбудимых средах физической, химической и биологической природы, например, в реакции Белоусова—Жаботинского (БЖ), в процессах окисления СО на платиновых катализаторах, в процессе морфогенеза одноклеточных организмов амеб Dictiostelium discoedeum (D.d.), а также на сетчатке, в нервной и сердечной ткани. Появление этих вихрей существенно меняет пространственные режимы, наблюдаемые в этих средах, и приводит к различным интересным явлениям. В частности, такие вихри определяют пространственную картину возбуждения в реакции БЖ, обеспечивают агрегацию амеб D.d. в конгломераты в процессе морфогенеза. Автоволновые процессы лежат в основе многих распространенных заболеваний: аритмий сердца, мигрени, эпилепсии и других. Появление спиральных волн электрического возбуждения в миокарде приводит к приступообразной (пароксизмальной) тахикардии или фибрилляции; эта аритмия может поражать как предсердия, так и желудочки сердца. В связи с этим, важно понимать, как мы можем управлять динамикой и положением вихря.
Эффективным, но довольно опасным и травмирующим миокард методом лечения является электрическая (высоковольтная) кардиоверсия-дефибрилляция. Актуальным вопросом является разработка теории и алгоритмов щадящей низковольтной кардиоверсии-дефибрилляции (НВКД).
Известны сообщения об отдельных некрупных клинических испытаниях НВКД, показавших ее эффективность порядка 70% (Wathen et al., 2004). Тем не менее, механизмы, обусловливающие успех или неудачу НВКД, остаются невыясненными. В данном проекте впервые будет проведено систематическое исследование механизмов НВКД с помощью вычислительных экспериментов на двумерных и трехмерных моделях миокарда.
На моделях анизотропных возбудимых биологических сред, к которым относится, в частности, мышечная ткань сердца («рабочий миокард»), с помощью численных экспериментов впервые будут исследованы механизмы управления спиральной волной электрического возбуждения, основанные на методе внешней стимуляции. Основная цель – найти способы устранения такой волны, то есть определить параметры стимуляции, при которых происходит вытеснение спиральной волны. Эти разработки важны для создания имплантируемых низковольтных кардиовертеров-дефибрилляторов.
Моделирование процессов, происходящих в миокарде, сводится к решению начально-краевой задачи для нелинейных дифференциальных уравнений реакции-диффузии (с частными производными 2-го порядка). Параметры стимуляции влияют на правую часть одного из уравнений. Для решения задачи мы планируем использовать известные численные методы и уже имеющееся у нас программное обеспечение, проведя предварительно его оптимизацию для повышения эффективности его работы на суперкомпьютере.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ