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具有记忆的二维心脏动作电位-时程映射模型的非线性动力学。 (英语) Zbl 1415.37108号

小结:本工作的目的是分析具有一维图(1D-map)记忆的心脏动作电位时程二维映射模型(2D-map APD)的非线性动力学。动作电位持续时间(APD)恢复是预测心律失常的有用工具,它将APD与前舒张间期(DI)联系起来。对于恒定的刺激速率,交替期间的短动作电位之后是较长的DI,反之亦然。有人认为,DI的这些差异是APD交替发生和维持的原因。我们将注意力集中在由刺激周期的变化和模型中特定参数的固定值所产生的观察到的分岔。该参数提供了关于记忆APD动力学的新信息,例如文献中之前未描述的双稳态的发生,以及随着刺激频率的增加,同步节律以不同的方式和新的方式发生的事实。此外,我们还表明,该模型具有足够的灵活性,能够准确地反映APD的混沌动力学特性:我们突出了2D-map APD奇异吸引子的分形结构,并通过计算Lyapunov指数、分形维数和Kolmogorov熵等工具表征了混沌,下一个目标是完善动作电位持续时间的非线性动力学研究,并应用控制混沌的方法。

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92 C50 医疗应用(通用)
92B25型 生物节律和同步
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参考文献:

[1] Babloyantz A,Destexhe A(1988)正常的心脏是一个周期性振荡器吗。生物网络58:203-211·doi:10.1007/BF00364139
[2] BergéP、Pomeau Y、Vidal C(1984)《L'ordre dans le chaos》。赫尔曼,巴黎·Zbl 0669.58022号
[3] Bittihn P,Berg S,Parlitz U,Luther S(2017)异质可激发介质中时空混沌的突发动力学。混沌学科间J非线性科学27(9):093931。https://doi.org/10.1063/1.4999604 ·doi:10.1063/1.4999604
[4] Cain JW(2007)心脏组织环稳定再入的标准。数学生物学杂志55·Zbl 1145.39002号
[5] Chatterjee K、Harris A、Davies J等人(1969)人工起搏后T波的变化。柳叶刀1:759-760·doi:10.1016/S0140-6736(69)91758-9
[6] Cherubini C等人(2017)关于应力驱动的各向异性扩散及其在活动可变形介质中的作用的注释。《Theor生物学杂志》430:221-228·Zbl 1382.92024号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2017.07.013
[7] Chialvo D,Jalife J(1987),心脏组织中的低维混沌。自然330:749-752·数字对象标识代码:10.1038/330749a0
[8] Ding M,Grebogi C,Ott E,Sauer T,Yorke J(1993)从混沌时间序列估计相关维:高原何时开始?物理D 69:404-424·Zbl 0803.58038号 ·doi:10.1016/0167-2789(93)90103-8
[9] 同上,WL,Rauseo SN,Spano ML(1990),混沌实验控制。物理评论稿65:3211-3214。https://doi.org/10.103/PhysRevLett.65.3211 ·doi:10.1103/PhysRevLett.65.3211
[10] Eckmann J(1981)耗散动力系统中的湍流之路。修订版物理53:643-654。https://doi.org/10.103/RevModPhys.53.643 ·Zbl 1114.37301号 ·doi:10.1103/RevModPhys.53.643
[11] Eyebe Fouda J,Koepf W,Jacquir S(2017)有序Kolmogorov-Sinai熵:广义近似。公共非线性科学数字模拟46:103-115·兹比尔1487.37006 ·doi:10.1016/j.cnsns.2016.11.001
[12] Fenton F,Karma A(1998)纤维旋转三维连续心肌的涡流动力学:纤维不稳定性和纤颤。混沌学科间J非线性科学8(1):20-47。https://doi.org/10.1063/1.166311 ·Zbl 1069.92503号 ·数字对象标识代码:10.1063/116311
[13] Fenton F、Gizzi A、Cherubini C、Pomella N、Filippi S(2013)温度对非线性心脏动力学的作用。《物理学评论》E 87(042):717。https://doi.org/10.103/PhysRevE.87.042717 ·doi:10.1103/PhysRevE.87.042717
[14] Fleetwood D,Masden J,Giordano N(1983),铂薄膜和超薄铂丝中的1/f噪声:常见大块起源的证据。物理评论稿50:450-453·doi:10.1103/PhysRevLett.50.450
[15] Frigg R(2004)Kolmogorov-Sinai,熵是混沌行为的度量?架起动力系统理论和通信理论之间的桥梁。英国哲学科学杂志55:411-434·Zbl 1077.94507号 ·doi:10.1093/bjps/55.3.411
[16] Garfinkel A、Spano M、Ditto W、Weiss J(1992)《控制心脏混乱》。科学257:1230-1235·doi:10.1126/science.1519060
[17] Garzón A,Grigoriev R(2017),有节奏中庭模型中的记忆效应、瞬时增长和波分裂。混沌学科间J非线性科学27(9):093917。https://doi.org/10.1063/1.4999601
[18] Garzón A,Grigoriev R,Fenton F(2009),环上心脏交替的基于模型的控制。《物理评论》E 80(021):932。https://doi.org/10.103/PhysRevE.80.021932 ·doi:10.1103/PhysRevE.80.021932
[19] Garzón A、Grigoriev R、Fenton F(2011),浦肯野纤维中心脏交替的基于模型的控制。《物理学评论》E 84(041):927。https://doi.org/10.103/PhysRevE.84.041927 ·doi:10.1103/PhysRevE.84.041927
[20] Garzón A、Grigoriev R、Fenton F(2014)长浦肯野纤维交替的持续时间控制。混沌学科间J非线性科学24(3):033124。https://doi.org/10.1063/1.4893295 ·Zbl 1374.92067号
[21] Gizzi A、Cherry EM、Gilmour R、Luther S、Filippi S、Fenton F(2013)起搏部位和刺激史对交替动力学和心脏组织复杂时空模式发展的影响。前部生理学4(71)
[22] Gizzi A、Loppini A、Ruiz Baier R、Ippolito A、Camassa A、La Camera A、Emmi E、Di Perna L、Garofaro V、Cherubini C、Filippi S(2017)心脏动作电位双变量模型中的非线性扩散和热电耦合。混沌跨学科J非线性科学27(9):093919。https://doi.org/10.1063/1.4999610
[23] Glass L,Guevara M,Shrier A,Perez R(1983)周期性受激心脏振荡器中的分岔和混沌。物理D 7(1):89-101·doi:10.1016/0167-2789(83)90119-7
[24] Grebogi C,Ott E,Yorke J(1987)非线性动力学中的混沌、奇异吸引子和分形盆地边界。科学238:632-638·Zbl 1226.37015号 ·doi:10.1126/science.238.4827.632
[25] Guevara M(1997)《生物电测量的概念和技术:介质携带信息吗?编辑:J Billette和AR Leblanc Editions de l’Ecole polyhenique de Montreal 7:67-87
[26] 格瓦拉,MR;Markus,M.(编辑);米勒,SC(编辑);Nicolis,G.(编辑),心脏浦肯野纤维离子模型中阻滞的时空模式,273-281(1988),海德堡·doi:10.1007/978-3-642-73688-9_29
[27] Guevara M,Glass L,Shrier A(1981),周期性刺激心肌细胞中的锁相、双周期分叉和不规则动力学。《科学》214(4527):1350-1353。https://doi.org/10.1126/science.7313693。 http://science.sciencemag.org/content/214/4527/1350。 http://science.sciencemag.org/content/214/4527/1350.full.pdf
[28] Guevara M、Ward G、Shrier A、Glass L(1984)《电交替和倍周期分岔》。收录:IEEE心脏病学计算机第167-170页
[29] Guevara M、Alonso F、Jeandupeux D、Vangineken A(1989)周期性刺激的孤立心室肌细胞中的交替:实验和模型。In:细胞间信号传递:从实验到理论模型pp 551-563
[30] Guevara M,Shrier A,Orlowski J,Glass L(2016)George Ralph mines(1886-1914):心脏非线性动力学的曙光。生理学杂志594(9):2361-2371·doi:10.1113/JP270891
[31] Hescheler J,Speicher R(1989)在2至20 Hz频率下刺激的心脏细胞的规则和混沌行为。《欧洲生物学杂志》17:273-280·doi:10.1007/BF00254284
[32] Hilborn RC(2000)《混沌与非线性动力学:科学家和工程师简介》·Zbl 1015.37001号
[33] Hoekstra B,Diks C,Allessie M,Goedb J(1995)《人心房颤动心外膜心房电图的非线性分析》,心血管电生理杂志6(6):419-440。https://doi.org/10.1111/j.1540-8167.1995.tb00416.x ·doi:10.1111/j.1540-8167.1995.tb00416.x
[34] Jensen J等人(1984)心室心肌纤维动作电位的Beeler-Reuter系统中的混沌。生理学D 13(1):269-277。https://doi.org/10.1016/0167-2789(84)90283-5·兹伯利0581.92007 ·doi:10.1016/0167-2789(84)90283-5
[35] Karmakar C,Udhayakumar R,Palaniswami M(2015)分布熵(disten):从短rr间隔时间序列检测心律失常的复杂性度量。摘自:第37届IEEE医学和生物工程学会(EMBC)国际年会,第5207-5210页
[36] Kesmia M,Boughaba S,Jacquir S(2016)动作电位持续时间1d图的预测混沌控制。混沌模型模拟J 3:387-398
[37] Kesmia M、Boughaba S、Jacquir S(2018a)《不规则心律的控制》。混沌模型模拟器J 1:91-99·Zbl 1395.37057号
[38] Kesmia M,Boughaba S,Jacquir S(2018b)控制心脏交替的新方法。离散控制动态系统B 23(2):975-989·Zbl 1395.37057号 ·doi:10.3934/dcdsb.2018051
[39] King C(1991)神经系统中的分形和混沌动力学。神经生物学进展36(4):279-308·doi:10.1016/0301-0082(91)90003-J
[40] Kolmogorov A(1959)单位时间熵作为自同构的度量不变量。Doklady Russ科学院124:754-755·Zbl 0086.10101号
[41] Krogh-Madsen T,Kold Taylor L,Skriver A,Schaffer P,Guevara M(2017),小群胚胎鸡心室心肌细胞的搏动规律:实验与随机单通道种群模型。混沌学科间J非线性科学27(9):093929。https://doi.org/10.1063/1.5001200
[42] Landaw J、Garfinkel A、Weiss J、Qu Z(2017),心脏兴奋中记忆诱导的混沌。《物理评论快报》118(138):101。https://doi.org/10.103/PhysRevLett.118.138101 ·doi:10.1103/PhysRevLett.118.138101
[43] Lee K等人(2009)短期心脏记忆对人类心室电恢复和qt间期的影响。高雄医学科学杂志25(2):53-61·doi:10.1016/S1607-551X(09)70041-5
[44] Lee K,Chu C,Lin T等人(2008)钠和钙通道阻滞剂对人类短期心脏记忆的影响。国际心脏病杂志123(2):94-101·doi:10.1016/j.ijcard.2006.11.11
[45] Lewis T,Guevara M(1990)传播心脏动作电位离子模型中的混沌动力学。《Theor生物学杂志》146(3):407-432·doi:10.1016/S0022-5193(05)80750-7
[46] Luther ea(2011)心脏电湍流的低能量控制。自然475:235
[47] Mayordomo E,Kolmogorov A(2002)构造豪斯多夫维数的复杂性表征。Inf流程快报84:1-3·兹比尔1045.68570 ·doi:10.1016/S0020-0190(02)00343-5
[48] Morgan SW、Biktasheva IV和Biktashevev VN(2008)使用共振扰动控制涡旋波湍流。《物理学评论》E 78(046):207。https://doi.org/10.103/PhysRevE.78.046207 ·doi:10.1103/PhysRevE.78.046207
[49] Nagaiah C、Kunisch K、Plank G(2013),心脏电生理中终止重返波的最佳控制方法。数学生物学杂志67:359-388·Zbl 1319.92021号 ·doi:10.1007/s00285-012-0557-2
[50] Ohnishi M,Inaba N(1994)分段线性电路中瞬间混沌的奇异分岔。IEEE传输电路系统41:433-442·doi:10.1109/81.295239
[51] Oida E,Moritani T,Yamori Y(1997)动态运动后心脏恢复的色调分析。应用物理学杂志82(6):1794-1801。https://doi.org/10.1152/jappl.1997.82.6.1794(pMID:9173943)·doi:10.1152/jappl.1997.82.6.1794
[52] Otani N(2017)控制性舒张间期起搏期间心脏交替的发展理论。混沌学科间J非线性科学27(9):093935。https://doi.org/10.1063/1.5003250 ·Zbl 1390.92039号
[53] Otani N,Gilmour R(1997)局部心脏系统特性的记忆模型。《Theor生物学杂志》187:409-436·doi:10.1006/jtbi.1997.0447
[54] Pincus S,Viscarello R(1992)《近似熵:胎儿心率分析的规律性测量》。妇产科学79:249-255
[55] Pumir A、Nikolski V、Hörning M、Isomura A、Agladze K、Yoshikawa K、Gilmour R、Bodenschatz E、Krinsky V(2007)异质性的波发射开辟了控制心脏混沌的途径。《物理评论快报》99(208):101。https://doi.org/10.103/PhysRevLett.99.208101 ·doi:10.1103/PhysRevLett.99.208101
[56] Rappel W,Fenton F,Karma A(1999),心脏组织中波动不稳定性的时空控制。物理Rev Lett 83
[57] Rosenbaum M、Blanco H、Elizari M等人(1982年),t波和心脏记忆的电紧张调制。美国心脏病杂志50(2):213-222·doi:10.1016/0002-9149(82)90169-2
[58] Ryan S等人(1994)心率动力学的性别和年龄差异:女性比男性更复杂吗?《美国心脏病杂志》24(7):1700-1707·doi:10.1016/0735-1097(94)90177-5
[59] Schuster HG(1988)《确定性混沌:导论》(第二修订版)·Zbl 0707.58003号
[60] Shilnikov L(1981)分歧理论和准超轨道吸引子。乌斯佩希·马特·诺克36:240-241
[61] Sinai Y(1959)关于动力系统熵的概念。Doklady Russ科学院124:768-771·Zbl 0086.10102号
[62] Smith J,Cohen R(1984)简单有限元模型解释了广泛的心律失常。《美国国家科学院院刊》81(1):233-237。https://doi.org/10.1073/pnas.81.1.233。 http://www.pnas.org/content/81/1/233。 http://www.pnas.org/content/81/1/233.full.pdf
[63] Sprott J,Rowlands G(1995)混沌数据分析仪:专业版。物理学术软件,罗利
[64] Tolkacheva E,Schaeffer D,Gauthier D,Mitchell C(2002)通过一维映射近似分析fentonkarma模型。混沌学科间J非线性科学12(4):1034-1042。https://doi.org/10.1063/1.1515170 ·Zbl 1080.92509号 ·doi:10.1063/1.1515170
[65] Voss A、Schulz S、Schroeder R、Baumert M、Caminal P(2009)从非线性动力学推导的心率变异性分析方法。伦敦皇家学会哲学学报A:数学、物理和工程科学367(1887):277-296。https://doi.org/10.1098/rsta.2008.0232.http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/367/1887/277。 http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/367/1887/277.full.pdf ·Zbl 1221.94025号
[66] Wei N,Mori Y,Tolkacheva E(2015)短期记忆和传导速度恢复在交替形成中的作用。《Theor生物学杂志》367:21-28·Zbl 1412.92056号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2014.11.014
[67] 韦塞尔,N。;舒曼,A。;Schirdewan,A。;沃斯,A。;Kurths,J。;Brause,RW(编辑);Hanisch,E.(编辑),心率变异性数据中的熵测量,78-87(2000),海德堡·doi:10.1007/3-540-39949-6_12
[68] Wu R,Patwardhan A(2004)舒张间期序列变化期间动作电位持续时间的恢复表现出多模态行为。Circ Res 94(5):634-641。https://doi.org/10.1161/01.RES.0000119322.87051.A9 ·doi:10.1161/01.RES.0000119322.87051.A9
[69] Xu B,Jacquir S,Laurent G,Bilbault J,Binczak S(2011)抑制心脏组织螺旋波的混合刺激策略。混沌孤子分形44(8):633-639·doi:10.1016/j.chaos.2011.05.014
[70] Xu B、Jacquir S、Laurent G、Binczak S、Pont O、Yahia H(2015)《亚低温体外心律失常的产生:干叉分叉型过程》。《生理测量》36(3):579。http://stacks.iop.org/0967-3334/36/i=3/a=579
[71] Yehia A、Jeandupeux D、Alonso F、Guevara M(1999),周期性驱动单心室细胞从1:1节奏直接过渡到2:1节奏的滞后和双稳态。混沌学科间J非线性科学9(4):916-931。https://doi.org/10.1063/1.166465 ·Zbl 1056.92510号 ·doi:10.1063/1.166465
[72] Yentes J、Hunt N、Schmid K、Kaipust J、McGrath D、Stergiou N(2013)《在短数据集中适当使用近似熵和样本熵》。Ann Biomed工程41(2):349-365·文件编号:10.1007/s10439-012-0668-3
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