- Разработанная модель механического поведения сердечной мышцы, включающая описание электромеханического сопряжения в кардиомиоцитах и их кальциевую активацию, адекватно воспроизводит широкий спектр экспериментальных данных из области биомеханики активного миокарда.
- Ключевым звеном механизма, реализующего обратную связь между механическими условиями и ходом активации кальцием тонких нитей сар-комеров, является кооперативность регуляторных и сократительных белков.
- Как ускорение, так и замедление кальциевого насоса саркоплазмати-ческого ретикулюма (если замедление вызвано ингибированием насоса) могут приводить к ослаблению феномена грузозависимого расслабления.
- Механические свойства пассивной миокардиальной ткани, в частности, ее вязкость существенно модулируют активное механическое поведение сердечной мышцы.
- При развитии острой сердечной недостаточности, связанной с перегрузкой кардиомиоцитов кальцием, кооперативность регуляторных и сократительных белков, а также механические условия сокращений сердечной мышцы (такие как уменьшение длины или нагрузки) способствуют возникновению сердечной аритмии.
- Обоснованные в модели методы воздействия на кардиомиоциты при острой сердечной недостаточности, связанной с их перегрузкой кальцием, дают теоретическую базу для разработки методов восстановления нормальной электромеханической функции миокарда при этой патологии.
[1] Мархасин В.С., Кацнельсон Л.Б., Никитина Л.В., Проценко Ю.Л., Руткевич С.М., Соловьева О.Э., Ясников Г.П. Биомеханика неоднородного миокарда -УрО РАН, Екатеринбург, 1999. - 254 c.
Статьи в рецензируемых журналах
[2] Мархасин В.С., Гласман А.А., Честухин В.В., Гольдберг С.И., Кацнельсон Л.Б., Маханек A.O. Вклад сегментарной кинетики левого желудочка в регуляцию на-сосной и сократительной функции сердца // Рос. физиол. журн., 1994. – Т. 18, №4. – С. 72—79.
[3] Соловьева О.Э., Мархасин В.С., Кацнельсон Л.Б. Роль неспецифического тро-понина в кинетике внутриклеточного кальция в кардиомиоцитах // Биофизика, 1996. - Т. 42, №2. - С. 431—438.
[4] Соловьева О.Э., Мархасин В.С., Романченко Т.Ю., Кацнельсон Л.Б. Матема-тическая модель обобщенного кальциевого буфера в клетках сердечной мышцы // Биофизика, 1999. - Т. 44, №1. - С. 91—101.
[5] Мархасин В.С., Викулова Н.А., Гурьев В.Ю., Кацнельсон Л.Б., Коновалов П.В., Соловьева О.Э., Сульман Т.Б. Математическое моделирование в физиологии и патофизиологии сердца // Вестник уральской медицинской академической нау-ки, 2004. - T. 3. - С. 31—37.
[6] Копылова Г.В., Кацнельсон Л.Б., Овсянников Д.А., Бершицкий С.Ю., Никити¬на Л.В. Применение метода in vitro подвижных систем для исследования каль-ций-механической связи в скелетной и сердечной мышцах // Биофизика, 2006. -T. 51, вып. 5, - С 781-785.
[7] Кацнельсон Л.Б., Соловьева О.Э., Сульман Т.Б., Коновалов П.В., Мархасин В.С. Моделирование механо-электрического сопряжения в кардиомиоцитах в норме и при патологии // Биофизика, 2006. - T. 51, вып. 6, - С. 1044-1054.
[8] Соловьева О.Э., Коновалов П.В., Викулова Н.А., Кацнельсон Л.Б., Мархасин В.С. Исследование электромеханического и механо-электрического сопряжения в мио-карде при помощи математических моделей// Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова, 2007. - T. 93, вып. 9, - С. 945-968.
[9] Кацнельсон Л.Б., Сульман Т.Б., Соловьева О.Э., Мархасин В.С. Механизмы на-рушений электромеханической функции кардиомиоцитов при перегрузке каль-цием. Теоретическое исследование. // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова, 2007. - T. 93, вып. 9, - С. 969-981.
[10] Katsnelson LB, Izakov VYa, Markhasin VS. Heart muscle: Mathematical modeling of the mechanical activity and modeling of mechanochemical uncoupling // Gen Physiol & Biophys, 1990.-Vol. 9.-P. 218-244.
[11] Izakov VYa, Katsnelson LB, Blyakhman FA, Markhasin VS, Shklyar TF. Coopera-tive effects due to calcium binding by troponin and their consequences for contrac-tion and relaxation of cardiac muscle under various conditions of mechanical loading // Circ Res, 1991.- Vol. 69.-P. 1171-1184
[12] Katsnelson LB, Markhasin VS Mathematical modeling of relations between the kinetics of free intracellular calcium and mechanical function of myocardium // J Mol & Cell Cardiol, 1996. - Vol. 28, №3. - P. 475-486.
[13] Markhasin VS, Katsnelson LB, Nikitina LV, Protsenko YuL. Mathematical model-ling of contribution of myocardium mechanical inhomogeneity in its contractile func¬tion // Gen Physiol & Biophys, 1997. - Vol. 16, №2. - P.101-137.
[14] Solovyova O., Katsnelson L., Guriev S., Nikitina L., Protsenko Y., Routkevitch S., Markhasin V. Mechanical inhomogeneity of myocardium studied in parallel and serial cardiac muscle duplexes: experiments and models // Chaos, Solitons & Frac-tals, 2002. - Vol. 13, №8. - P. 1685—1711.
[15] Markhasin V.S., Solovyova O., Katsnelson L.B., Protsenko Y., Kohl P., Noble D. Mechano-electric interactions in heterogeneous myocardium: development of fun-damental experimental and theoretical models // Prog Biophys & Mol Biol, 2003. -Vol. 82, №1—3. - P. 207—220.
[16] Solovyova O., Vikulova N., Katsnelson L.B., Markhasin V.S., Noble P.J., Garny A.F., Kohl P., Noble D. Mechanical interaction of heterogeneous cardiac muscle segments in silico: effects on Ca2+ handling and action potential // Int J of Bifurca-tion & Chaos, 2003. - Vol. 13, №12. - P. 3757— 3782.
[17] Katsnelson L.B., Nikitina L.V., Chemla D., Solovyova O., Coirault C., Lecarpentier Y., Markhasin V.S. Influence of viscosity on myocardium mechanical activity: a mathematical model // J Theor Biol, 2004. - Vol. 230, №3. - P. 385-405.
[18] Protsenko Y.L., Routkevitch S.M., Gur´ev V.Y., Katsnelson L.B., Solovyova O., Lookin O.N., Balakin A.A., Kohl P., Markhasin V.S. Hybrid duplex - a novel method to study the contractile function of heterogeneous myocardium // Am J Physiol: Heart Circ Physiol, 2005. - Vol. 289. - P.2733-2746.
[19] Solovyova O., Katsnelson L.B., Kohl P., Konovalov P., Lookin O., Moskvin A.S., Vikulova N., Protsenko Yu.L., Markhasin V.S. Activation sequence as a key factor in spatio-temporal optimization of myocardial function // Phil Transact of The Royal Society A, 2006. - Vol. 364, № 1843. - 1367-1383.
[20] Katsnelson L.B., Sulman T., Solovyova O., and Markhasin V.S. Mathematical modeling of electromechanical function disturbances and recovery in calcium- overloaded cardiomyocytes // Lect Notes Comp Sci, 2007. - Vol. 4466. - 383–392.
Статьи в сборниках научных трудов
[21] Кацнельсон Л. Б., Сульман Т. Б., Соловьева О. Э., Мархасин В. С. Математи-ческое моделирование некоторых нарушений электромеханической функции кардиомиоцитов желудочка. // Математика. Компьютер. Образование: Сб. на-учных трудов. Т.2 / Под ред. Г.Ю.Ризниченко. - М.-Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика". 2006, - С. 345-369.
[22] Соловьева О.Э., Кацнельсон Л.Б., Коновалов П.В., Мархасин В.С. Математи-ческое моделирование электрических и механических явлений в миокарде // Современные проблемы биомеханики. - М.: Издательство Московского универ-ситета, 2006. - Вып. 11. - С. 131-151.
[23] Izakov V.Ya., Markhasin V.S., Katsnelson L.B., Blyakhman F.A. Dependence of myocardium relaxation on mechanical and inotropic factors: experimental data and mathematical model // In: Muscle & Motility, Medical & Techn. Publ./ Eds G.Marechal, U.Carrare. - Brussels, 1990. -P. 211-218.
Избранные тезисы докладов
[24] Викулова Н.А., Кацнельсон Л.Б., Соловьева О.Э., Мархасин В.С., Garny A., Noble P. Математическая модель электромеханического сопряжения в кардио-миоцитах рабочего миокарда // Тез. докл. XVIII Съезда физиологического обще¬ства имени И.П. Павлова. Казань, 2001. - C. 318.
[25] Соловьева О.Э., Проценко Ю.Л., Кацнельсон Л.Б., Мархасин В.С. Экспери-ментальные и теоретические модели неоднородного миокарда // Матер. сател-литного совещ. XIX съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова "Инте-гративная физиология и международный проект Физиом". Екатеринбург, 2004. -C. 20-21.
[26] Izakov V, Markhasin V, Katsnelson L, Blyachman F. Dependence of myocardium relaxation on mechanical and inotropic factors // XIX Europ. Confer. on Muscle Con¬traction and Cell Motility, Brussels, Belgium, 1990, p.66.
[27] Katsnelson L.B., Blyachman FA Mathematical modelling of myocardial non-homogeneity contribution into the contractile function of the myocardium // Euro¬pean Muscle Club, XX Annual Meeting, September, 1991, Oxford, UK, p. 39.
[28] Markhasin V.S., Katsnelson L.B., Fedotova Ye.L. A unified model describing elec¬tromechanical coupling, calcium activation of contractile proteins and mechanical function of the heart muscle // Ibidem, p.49.
[29] Katsnelson L.B., Markhasin V.S., Protsenko Yu.L. Mathematical model of me-chanical contraction-relaxation cycle in myocardium in normal condition and at hypertrophy (Abstracts) // Can J Cardiol - April, 1994, Vol. 10, Suppl. A, p. 82.
[30] Katsnelson L.B., Markhasin V.S., Solovyova O.E. Mathematical modeling of rela-tively small differences in various calcium transient and their essential influence on myocardium mechanical function (Poster) // XXIV European Muscle Conference Florence - Italy, 13-16 September, 1995, p. 104 (Abstr. 133).
[31] Katsnelson L.B., Markhasin V.S., Nikitina L.V., Ryvkin M.V. Analysis of force-velocity relationship in cardiac muscle by means of mathematical modelling // XXV European Muscle Congress, Montpellier - France, 14-17 September, 1996; Journal of Muscle Research and Cell Motility, April 1997, V.18, P. 228.
[32] Markhasin V.S., Nikitina L.V., Katsnelson L.B., Marvin M.A. Experimental and theoretical study of the role of mechanical inhomogeneity in myocardium contraction // XXV European Muscle Congress, Montpellier - France, 14-17 September, 1996; Journal of Muscle Research and Cell Motility, April 1997, V.18, P. 232.
[33] Katsnelson L.B., Markhasin V.S., Solovyova O. Mathematical modeling of rela-tively small differences in various calcium transients and their essential influence on myocardium mechanical function // XXIV European Muscle Conference, Florence, Italy, 1995. - № 133. - P. 104.
[34] Solovyova O., Katsnelson L., Romanchenko T., Tsyvian P., Routkevech S., Markhasin V., Keller B.B. Mathematical modeling of active embryonic myocardium mechanics // Biophysical Journal. Abst. 42nd Annual Meeting of the Amer. Biophys. Society, Kansas City, USA, 1998. - Abstr. Th-Pos27. - P. A-350
[35] Solovyova O., Katsnelson L., Romanchenko T., Tsyvian P., Markhasin V. Mathematical modeling of intracellular regulation of cardiac muscle contraction in both normality and hypertrophy // Biophysical Journal. Abst. 43rd Annual Meeting of the Amer. Biophys. Society, Baltimore, Maryland, USA, 1999. - Vol. 76, № 1 (2). - P. A312.
[36] Garny A.F., Katsnelson L.B., Markhasin V.S., Noble P.J., Solovyova O., Vikulova N.A. Mechano-electric interactions in a ventricular myocyte model // XXXIV Int. Congress of Physiological Sciences. Christchurch, New Zealand, Abstr. 83. - 2001.
[37] Markhasin V, Katsnelson L, Lukin O, Protsenko Yu, Routkevich S. Hybrid duplex as a new method of investigation of phenomenon of mechanical inhomogeneity of myocardium // XXXIV International Congress of Physiological Sciences. Christ-church, New Zealand, Abstr. 1276. - 2001.
[38] Katsnelson L.B., Nikitina L.V., Chemla D., Solovyova O.E., Coirault C., Le-carpentier Y., Markhasin V.S. Does viscosity affect myocardium mechanical activity? // Journal of Physiology, University of Oxford, 2004. - 561P, PC12.
[39] Solovyova O.E., Kohl. P., Katsnelson L.B., Markhasin V.S. Modelling electrome-chanical function of heterogeneous myocardium // Journal of Physiology. University of Oxford, 2004. - 561P, SA7.
[40] Sulman T., Katsnelson L.B., Solovyova O., Markhasin V.S. Mathematical modeling of cardiomyocyte electromechanical function disturbances caused by the attenuation of sodium-potassium pump // Europ. Conf. on Math, and Theor. Biol., Dresden, Germany, 2005. - Book 2. - P. 17.
[41] Sulman T.B., Katsnelson L.B., Solovyova O.E., Markhasin V.S. Mathematical modeling of rhythm disturbances and their suppression in the cardiomyocyte with Na+-K+ pump attenuation // Proceedings of International Symposium “Biological Mo-tility: Basic Research and Practice”, Pushchino, 2006. - P. 16-17.
[42] Solovyova O.E., Katsnelson L.B., Kohl P., Markhasin V.S. Role of mechano-electric feedback in myocardium function: theoretical study // Proceedings of Interna¬tional Symposium “Biological Motility: Basic Research and Practice”, Pushchino, 2006. - P. 62-63.
[43] Kopylova G.V., Nikitina L.V., Katsnelson L.B., Bershitsky S.Yu. Comparison of kinetic characteristics of skeletal and cardiac muscle myosins using the method of regulated contractile system // Proceedings of International Symposium “Biological Motility: Basic Research and Practice”, Pushchino, 2006. - P. 25-27.
[44] Katsnelson L.B., Sulman T., Solovyova O., Markhasin V.S. Rhythm disturbances in cardiomyocytes with decreased Na+-K+ pump function. Contribution of Mechani-cal Factors assessed in a Mathematical Model // International Conference “Mathe-matical biology and bioinformatics”, Pushchino, 2006. - С. 63-64.
[45] Fedotova M., Katsnelson L.B., Solovyova O., Markhasin V.S. Mechanical and Electrical Function of Myocardium in 1D Mathematical Model // International Con-ference “Mathematical biology and bioinformatics”, Pushchino, 2006. - С. 61-62.
[46] Sulman T, Katsnelson L.B., Solovyova O. & Markhasin V.S. Mechano-electric feedback in rhythm disturbances in cardiomyocytes with moderately reduced activity of Na+-K+ pump: model predictions on the arrhythmia and its suppression // Proceed¬ings of the 4th International Workshop on Cardiac Mechano-Electric Feedback and Arrhythmias, Oxford, England, 1-4 April 2007. -P. 74.