• Title/Summary/Keyword: 심근의 역학

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Mechanical Analysis of heart muscle using a computational model of cardiac myocyte (심근세포 모델을 이용한 심장근육의 역학적 분석)

  • 심은보;김헌영;임채헌
    • Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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    • 2004.10a
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    • pp.1176-1179
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    • 2004
  • A new cell-cross bridge mechanics model is proposed to analyze the mechanics of heart muscle. Electrophysiology of a cardiac cell is numerically approximated using the previous model of human ventricular myocyte. Ion transports across cell membrane initiated by action potential induce excitation-contraction mechanism in the cell via cross bridge dynamics. Negroni and Lascano model (NL model) is employed to compute the tension of cross bridge closely related to ion dynamics in cytoplasm.

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심근섬유증의 정도에 따른 심실의 전기역학적 특성 분석

  • Lee, Ji-Yeong;Im, Gi-Mu
    • Proceeding of EDISON Challenge
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    • 2017.03a
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    • pp.653-655
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    • 2017
  • 심근섬유증은 심장에서 전도 장애를 일으키며 심부전증상을 발생시킨다. 심근섬유증으로 인한 심장박동현상의 변화를 확인하기 위해 시뮬레이션 연구를 진행하였다. 심실의 유한요소 모델을 설계하고 무작위로 전도 블록을 생성하여 심근섬유증을 적용하고 그 비율을 조절하였다. 심근섬유증의 비율에 따라 전기생리학적 시뮬레이션을 진행하고 그 결과를 바탕으로 기계 수축 시뮬레이션을 진행하여 심실의 수축 변화를 확인하였다. 심근섬유증의 비율이 증가할수록 좌심실의 압력이 감소하고 박출되는 혈액량과 박출계수, 심장박동의 효율이 감소하였다.

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Numerical analysis of the effect of the age-related increase of arterial wall stiffness on the Cross-bridge dynamics of the cardiac myocyte (노화에 따른 동맥벽 탄성도 저하가 심실세포의 Cross-bridge 동역학에 미치는 영향에 대한 수치적 연구)

  • Jun, Hyung-Min;Shim, Eun-Bo
    • Proceedings of the KSME Conference
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    • 2008.11a
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    • pp.1674-1678
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    • 2008
  • 본 연구에서는 심장의 세포 변화에서부터 혈류 순환의 시스템 변화까지 일련의 과정을 시뮬레이션 할 수 있는 통합모델을 개발하였다. 본 통합 모델을 이용하여 대동맥의 탄성도 변화 따른 Pulse Wave Velocity를 추정하였으며 심근의 수축 Mechanics의 변화를 시뮬레이션 하였다. 심장은 단순한 구 형상으로 모델링 되었다. 특히 동맥순환의 특성인 Wave propagation 과 Wave deflection의 현상을 모델링하기 위해 기존 모델에서 사용된 동맥계 순환 모델을 수정하였다. 즉 기존의 동맥 모델을 1차원의 운동방정식과 연속방정식을 기반으로 하는 Distributed arterial model로 대체하였다. Distributed arterial model은 혈액의 점성에 의한 에너지 손실, 혈관의 점탄성 효과 그리고 분지 되는 혈관에서의 에너지 손실을 포함하는 정교한 동맥 순환 모델이다. 정교한 동맥계 순환 모델의 동맥 탄성도 값을 조절함으로써 탄성도 변화에 대한 PWV를 계산 할 수 있었다. 이러한 수치적 방법을 사용하여 노화에 따른 동맥벽 탄성도의 저하가 심근세포의 Cross-bridge 동역학에 미치는 영향을 시뮬레이션 하였다.

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Comparison of Cardioprotection between Histidine-Tryptophan-Ketoglutarate Cardioplegia and DelNido Cardioplegia in Isolated Rat Hearts (흰쥐의 적출심장에서 HTK 심정지액과 DelNido 심정지액의 심근보호효과비교)

  • 공준혁;김대현;장봉현
    • Journal of Chest Surgery
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    • v.36 no.11
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    • pp.799-811
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    • 2003
  • Background: The aim of this study is to define the cardioprotective effects (hemodynamic, cytochemical and ultrastructural of the newly developed Histidine-Tryptophan-Ketoglutarate (HTK) cardioplegia compared to DelNido cardioplegia. Material and Method: Seventy-nine isolated rat hearts were divided into three groups on the basis of techniques of cardioplegia infusion. Twenty-eight hearts (Group 1) were flushed with cold DelNido cardioplegia with every 40 minutes for 2 hours. Twenty-seven hearts (Group 2) were flushed with cold HTK cardioplegia for once during the 2 hours. Twenty-four hearts (Group 3) were flushed with cold HTK cardioplegia with every 40 minutes for 2 hours. Heart rate, left ventricular developed pressure (LVDP), changes of + dp/dt max, coronary flow, and rate-pressure product value were measured at pre-ischemic, post-reperfusion 15 minutes, 30 minutes, and 45 minutes for hemodynamic study. Aspartate aminotransferase (AST), lactate dehydrogenase (LD), creatine kinase (CK), CK-MB, troponin-I, myoglobin, and lactate were measured at pre-ischemic and post-reperfusion 45 minutes for cytochemical parameters. Mitochondrial scores were counted in 3 cases from each group for ultrastructural assessment. Result: In hemodynamic study, there were no significant differences among group 1, group 2, and group 3. However, the decrease values of heart rate in group 2 and 3 exhibited significantly lower values than in group 1. In cytochemical study, there were no significant differences among group 1, group 2, and group 3. However, the increase values of lactate in group 2 and 3 exhibited significantly lower values than in group 1. In ultrastructural assessment, the mean myocardial mitochondria scores in group 1, group 2, and group 3 were 2.14$\pm$0.10, 1.52$\pm$0.57, and 2.10$\pm$0.16. Conclusion: HTK solution provides adequate myocardial protection with some advantages over DelNido solution in isolated rat hearts.

심근경색 병변에 따른 심실의 전기역학적 특성 분석

  • Baek, Dong-Geun;Im, Gi-Mu
    • Proceeding of EDISON Challenge
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    • 2017.03a
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    • pp.656-661
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    • 2017
  • 이 연구의 목적은 심근경색의 발생 위치와 그 부피에 따른 심실의 여러 가지 생리학적인 특성들을 분석하는 데에 있다. 우리는 심근경색의 발생 사례를 총 8가지로 분류하여 각 병변의 발생 위치와 부피를 달리 하였으며 대조군으로 정상 상태의 심장을 두어 기준 값으로부터 각 사례 별로 전체 심장 대비 심근경색 부위가 차지하는 비율, 압력-부피 선도, 1회 박출량(SV), 분당 심박출량(CO), ATP 소모율, 박출 효율(EF), 1주기의 1ATP 당 소모한 일의 양(SW/ATP) 등을 조사하였다. 또한 본 연구는 심근경색의 발생 위치와 부피에 따른 이의 심각성을 나타내고자 했기 때문에, 각 사례 별로 압력-부피 선도, 들의 변화율 및 세포가 괴사한 정도에 따른 수치 변화율을 퍼센트(%)로 표시하여 그 정도를 조사하였다. 심근경색을 가진 심장은 그렇지 않은 심장에 비해서, ATP 소모량이나 EF의 경우 각 사례 마다 상이한 결과를 가지기는 하지만, 대체적으로 더 적은 1주기 일량(SW) 및 1회 박출량(SV) 분포를 보였으며 SW/ATP의 값은 거의 일괄적으로 감소하였음을 확인하였는데, 이는 심실의 효율이 정상 심장에 비해서 떨어졌음을 의미한다. 결과적으로, 본 연구는 심근경색의 생리학적 특징들을 재확인함과 동시에 임상적으로 확인할 수 없는 특징들의 수학적인 분석과 더불어 심근경색의 공간 특징적인 현상들을 밝히고 있다.

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A Refined Method for Quantification of Myocardial Blood Flow using N-13 Ammonia and Dynamic PET (N-13 암모니아와 양전자방출단층촬영 동적영상을 이용하여 심근혈류량을 정량화하는 새로운 방법 개발에 관한 연구)

  • Kim, Joon-Young;Lee, Kyung-Han;Kim, Sang-Eun;Choe, Yearn-Seong;Ju, Hee-Kyung;Kim, Yong-Jin;Kim, Byung-Tae;Choi, Yong
    • The Korean Journal of Nuclear Medicine
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    • v.31 no.1
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    • pp.73-82
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    • 1997
  • Regional myocardial blood flow (rMBF) can be noninvasively quantified using N-13 ammonia and dynamic positron emission tomography (PET). The quantitative accuracy of the rMBF values, however, is affected by the distortion of myocardial PET images caused by finite PET image resolution and cardiac motion. Although different methods have been developed to correct the distortion typically classified as partial volume effect and spillover, the methods are too complex to employ in a routine clinical environment. We have developed a refined method incorporating a geometric model of the volume representation of a region-of-interest (ROI) into the two-compartment N-13 ammonia model. In the refined model, partial volume effect and spillover are conveniently corrected by an additional parameter in the mathematical model. To examine the accuracy of this approach, studies were performed in 9 coronary artery disease patients. Dynamic transaxial images (16 frames) were acquired with a GE $Advance^{TM}$ PET scanner simultaneous with intravenous injection of 20 mCi N-13 ammonia. rMBF was examined at rest and during pharmacologically (dipyridamole) induced coronary hyperemia. Three sectorial myocardium (septum, anterior wall and lateral wall) and blood pool time-activity curves were generated using dynamic images from manually drawn ROIs. The accuracy of rMBF values estimated by the refined method was examined by comparing to the values estimated using the conventional two-compartment model without partial volume effect correction rMBF values obtained by the refined method linearly correlated with rMBF values obtained by the conventional method (108 myocardial segments, correlation coefficient (r)=0.88). Additionally, underestimated rMBF values by the conventional method due to partial volume effect were corrected by theoretically predicted amount in the refined method (slope(m)=1.57). Spillover fraction estimated by the two methods agreed well (r=1.00, m=0.98). In conclusion, accurate rMBF values can be efficiently quantified by the refined method incorporating myocardium geometric information into the two-compartment model using N-13 ammonia and PET.

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Myocardial Uptake and Clearance of Thallium-201 in Normal Subjects: A Comparison Between Pharmacologic Stress with Intravenous Adenosine, Dipyridamole and Dobutamine, and Exercise Stress Testing (정상인 심근의 Thallium-201 섭취 및 제거 : Adenosine, Dipyridamole Dobutamine 정맥주사와 운동부하시의 비교)

  • Lee, Jae-Tae;Chung, Byung-Chun;Choi, Jung-Il;Kwak, Dong-Suk;Lee, Kyu-Bo;Chae, Shung-Chull;Chung, Chin-Hong
    • The Korean Journal of Nuclear Medicine
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    • v.27 no.1
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    • pp.35-50
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    • 1993
  • 심근관류 스캔에서 약제부하 검사에 많이 이용되는 것으로는 adenosine, dipyridamole, dobutamine등이 있다. 이 약제들이 혈역학 및 thallium의 약동학에 미치는 효과를 검사하기 위하여 저자들은 15명의 건강인을 대상으로 이들 약제를 정맥주사한 후에와 그리고 운동부하를 시행한 후에 thallium-201 신근관류 스캔을 시행하여 thallium의 약동학에 미치는 영향에 대하여 서로 비교하였다. 부작용은 adenosine (87%), dipyridamole(80%), dobutamine (73%)을 정맥주사할 시에 흔히 나타났으나 경미하였다. 1예에서는 dobutamine을 주사할때의 부작용으로 인하여 최대용량을 투여하지는 못한바 있었다. 대상들은 dipyridamole (13%)이나 dobutamine (27%)보다 adenosine (60%)을 선호하였다 (P<0.05). Thallium의 절대 적인 심근섭취는 운동부하 검사보다 adenosine (1.3배), dipyridamole(1.2배), dobutamine(1.4배) 부하시에 더 많았고, 이들 약제 사이에는 유의한 차이는 없었다. Thallium의 심근제거율(%/hr)는 운동부하 검사보다 약제부하한 후에가 더 늦었다. 폐, 간, 비장, 및 내장지역에서 thallium의 섭취 및 제거는 운동부하 검사보다 약제부하시에 더 많았으나, 이들 약제 사이에는 유의한 차이가 없었다. Dobutamine 투여시의 thallium의 섭취 및 제거는 adenosine 또는 dipyridamole을 투여시의 결과와 상응하였다. 저자들은 adenosine, dipyridamole 및 dobutamine을 이용한 약제부하 thallium-201 심근관류 검사를 시행하는데 코든 대상들에서 어려움 없이 쉽게 시행할 수 있었다. Thallium의 심근내 섭취 및 제거는 각 약제부하에 따라서 다를 수가 있으므로 심근관류 스캔의 정량적인 분석을 시행할 때는 각각 약제에 대한 특별한 진단기준이 마련되어야 할 것으로 생각된다.

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체적변화에 따른 3차원 가상 심실 모델 시뮬레이션

  • Lee, Jong-Ho;Kim, Gi-Tae;Sin, Seong-Ung;Bang, Hyeon-Gi;Lee, Gyeong-Eun;Sim, Eun-Bo
    • Proceeding of EDISON Challenge
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    • 2017.03a
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    • pp.662-664
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    • 2017
  • 심실 내부에 가해지는 수축력에 의해 심실 내부 벽에는 큰 무리가 될 수 있다. 이로 인해 다양한 심장질환인 부정맥, 심실 세동 등을 유발한다. 따라서 본 연구에서는 가상 심장모델을 구축하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 수축이완시의 심장 상태를 살펴보고자 하였다. 이를 위해서 개 심장 모델을 활용하여 3차원으로 이뤄진 심장모델을 구현하였다. 심장모델의 전기생리학 기전에 기초한 전기전도 해석을 수행하고, 전기전도 해석 시 발생되는 칼슘이온의 농도변화를 활용하였다. 시간에 따른 칼슘 이온의 심장 수축 영향을 바탕으로 비선형 유한요소법을 이용, 3차원 심장의 수축역학을 해석하였다. 이러한 기전으로 심장 근육에 부하되는 응력(tension)를 계산하고, 이렇게 계산된 심근의 응력분포에 대해 관측 및 분석을 진행하였다.

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Study on the Short-Term Hemodynamic Effects of Experimental Cardiomyoplasty in Heart Failure Model (심부전 모델에서 실험적 심근성형술의 단기 혈역학적 효과에 관한 연구)

  • Jeong, Yoon-Seop;Youm, Wook;Lee, Chang-Ha;Kim, Wook-Seong;Lee, Young-Tak;Kim, Won-Gon
    • Journal of Chest Surgery
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    • v.32 no.3
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    • pp.224-236
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    • 1999
  • Background: To evaluate the short-term effect of dynamic cardiomyoplasty on circulatory function and detect the related factors that can affect it, experimental cardiomyoplasties were performed under the state of normal cardiac function and heart failure. Material and Method: A total of 10 mongrel dogs weighing 20 to 30kg were divided arbitrarily into two groups. Five dogs of group A underwent cardiomyoplasty with latissimus dorsi(LD) muscle mobilization followed by a 2-week vascular delay and 6-week muscle training. Then, hemodynamic studies were conducted. In group B, doxorubicin was given to 5 dogs in an IV dose of 1 mg/kg once a week for 8 weeks to induce chronic heart failure, and simultaneous muscle training was given for preconditioning during this period. Then, cardiomyoplasties were performed and hemodynamic studies were conducted immediately after these cardiomyoplasties in group B. Result: In group A, under the state of normal cardiac function, only mean right atrial pressure significantly increased with the pacer-on(p<0.05) and the left ventricular hemodynamic parameters did not change significantly. However, with pacer-on in group B, cardiac output(CO), rate of left ventricular pressure development(dp/dt), stroke volume(SV), and left ventricular stroke work(SW) increased by 16.7${\pm}$7.2%, 9.3${\pm}$3.2%, 16.8${\pm}$8.6%, and 23.1${\pm}$9.7%, respectively, whereas left ventricular end-diastole pressure(LVEDP) and mean pulmonary capillary wedge pressure(mPCWP) decreased by 32.1${\pm}$4.6% and 17.7${\pm}$9.1%, respectively(p<0.05). In group A, imipramine was infused at the rate of 7.5mg/kg/hour for 34${\pm}$2.6 minutes to induce acute heart failure, which resulted in the reduction of cardiac output by 17.5${\pm}$2.7%, systolic left ventricular pressure by 15.8${\pm}$2.5% and the elevation of left ventricular end-diastole pressure by 54.3${\pm}$15.2%(p<0.05). With pacer-on under this state of acute heart failu e, CO, dp/dt, SV, and SW increased by 4.5${\pm}$1.8% and 3.1${\pm}$1.1%, 5.7${\pm}$3.6%, and 6.9${\pm}$4.4%, respectively, whereas LVEDP decreased by 11.7${\pm}$4.7%(p<0.05). Comparing CO, dp/dt, SV, SW and LVEDP that changed significantly with pacer-on, both under the state of acute and chronic heart failure, augmentation widths of these left ventricular hemodynamic parameters were significantly larger under the state of chronic heart failure(group B) than acute heart failure(group A)(p<0.05). On gross inspection, variable degrees of adhesion and inflammation were present in all 5 dogs of group A, including 2 dogs that showed no muscle contraction. No adhesion and inflammation were, however, present in all 5 dogs of group B, which showed vivid muscle contractions. Considering these differences in gross findings along with the following premise that the acute heart failure state was not statistically different from the chronic one in terms of left ventricular parameters(p>0.05), the larger augmentation effect seen in group B is presumed to be mainly attributed to the viability and contractility of the LD muscle. Conclusion: These results indicate that the positive circulatory augmentation effect of cardiomyoplasty is apparent only under the state of heart failure and the preservation of muscle contractility is important to maximize this effect.

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