مدلسازی الکتروفیزیولوژیکی کمینه برای سلول عضله صاف جداره معده بر اساس جریان های یونی موثر

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 گروه مهندسی پزشکی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

2 مرکز تحقیقات توانبخشی مغز و اعصاب کودکان، دانشگاه علوم بهزیستی و توانبخشی، تهران، ایران.

3 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، موسسه تکنولوژی نیویورک، نیویورک، آمریکا.

10.22075/jme.2021.23679.2105

چکیده

از مدل‌های الکتروفیزیولوژیکی سلولی برای بررسی و شبیه‌سازی رفتار الکتریکی سلول استفاده می‌گردد. این مدل‌ها با در نظر گرفتن مشخصات سلول، کانال‌ها و جریانات یونی موجود در غشاء سلول ارائه می‌شوند. هدف از انجام این تحقیق ارائه یک مدل کمینه برای سلول عضله صاف معده است. در این مقاله با استفاده از روش تجزیه و تحلیل حساسیت، معادله جریان کلی سلول معده بر مبنای رویکرد یوه و همکاران از سلول روده بزرگ به دست آمد و سپس با شناسایی جریان‌های موثر یونی و حذف جریانات یونی غیر موثر، مدل کمینه حاصل گردید. برای ارزیابی مدل کمینه از معیار نقاط شاخص منحنی موج آهسته سلول (پتانسیل شروع، حداکثر پتانسیل نیزه، حداقل پتانسیل دره، حداکثر پتانسیل کفه و پتانسیل استراحت) و معیار مدت زمان پتانسیل عملِ 10، 50 و 90 منحنی موج آهسته سلول استفاده گردید. سپس این مقادیر با منحنی موج آهسته در حالت فیزیولوژیک سلول عضله صاف معده مقایسه شد. سرانجام، مدل کمینه به دست آمده دارای انطباق قابل‌قبولی با مدل فیزیولوژیکی بود. به طوری که بیشترین اختلاف نقاط شاخص در هر دو حالت مربوط به حداکثر پتانسیل نیزه با 21/2 میلی‌ولت و بیشترین اختلاف مدت زمان پتانسیل عملِ 10 برابر با 9 میلی‌ثانیه بود. نتایج به دست آمده از خروجی دو مدل سلول عضله صاف معده (حالت فیزیولوژیک و حالت کمینه) رفتار تقریباً مشابهی در نمودار موج آهسته را از خود نشان دادند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A minimal electrophysiological model of gastric smooth muscle cell based on effective ionic currents

نویسندگان [English]

  • Hossein Taghadosi 1
  • Farhad Tabatabai Ghomsheh 2
  • Nader Jafarnia Dabanloo 1
  • Aydin Farajidavar 3
1 Department of Biomedical Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Pediatric Neurorehabilitation Research Center, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Tehran, Iran.
3 New York Institute of Technology, Department of Electrical and Computer Engineering, Old Westbury, New York, USA.
چکیده [English]

Electrophysiological cell models are used to study and simulate the electrical behavior of cells. These models are presented by considering the characteristics of cells, channels, and ion currents in the cell membrane. This study aimed to provide a minimal model for gastric smooth muscle cells. Using the sensitivity analysis method in this paper, gastric cell current from the colon cell was obtained based on the approach of Yeoh et al. Then, the minimal model was obtained by identifying effective ion currents and eliminating inefficient ion currents. To evaluate the minimal model, the criteria of slow wave index points (initial potential, maximum spike potential, minimum valley potential, maximum plateau potential, and resting potential) and action potential duration of 10, 50, and 90 were used. Then, These values were compared with the slow wave physiological state of gastric smooth muscle cells. Finally, the minimal model obtained was consistent with the physiological model. The largest difference between the index points in both cases was related to the maximum spike potential with 2.21 millivolt and the action potential duration of 10 with 9 milliseconds. The results obtained by comparing two models of gastric smooth muscle cells (physiological and minimal states) showed the same behavior in slow wave.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Minimal model
  • Electrophysiology
  • Slow wave
  • Ion channels
  • Smooth muscle cell
  • Gastric