موضوع : مقاله مدل ریاضی انقباض - تحریک در سلول عضله ی صاف رحمی

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

1چکیده:
انقباضات رحمی به وسیله‌ی انقباضات سلول‌های عضله‌ی صاف میومتریال (SMCs) که بخش اعظم لایه‌ی میومتریال دیواره‌ی رحمی را تشکیل می‌دهد، تولید می‌شود. ورود یون‌های کلسیم به داخل سلول پس از دپلاریزاسیون غشای سلول شروع می‌شود. افزایش غلظت کلسیم آزاد داخل سلول زنجیره‌ای از واکنش‌ها را ایجاد می‌کند، که منجر به شکل‌گیری پل‌های عرضی بین فیلامان‌های اکتین و میوزین می‌شود و به دنبال آن سلول‌ها منقبض می‌شوند.
در هنگام انقباض، SMC ها کوتاه می‌شوند و نیروهایی را به سلول‌های مجاور اعمال می‌کنند. مدل ریاضی   انقباض SMC میومتریال به منظور مطالعه‌ی فرآیند انقباض- تحریک توسعه داده شده است. مدل می‌تواند به منظور توصیف غلظت کلسیم داخل سلولی و فشار تولید شده به وسیله‌ی سلول در پاسخ به دپلاریزاسیون غشای سلول استفاده شود. مدل برای عملکرد سه مکانیسم‌های کنترل کلسیم محاسبه می‌شود: کانال‌های کلسیمی ولتاژی، پمپ‌های کلسیمی و تبادلگرهای سدیمی/کلسیمی.
فرآیندهای فسفریلاسیون رشته‌ی سبک میوزین(MLC) و فشار تولید شده با استفاده از مدل پل عرضی Hai&Murphy محاسبه شدند و در رابطه با غلظت کلسیم از طریق نرخ ثابت فسفریلاسیون میوزین می‌باشد. اندازه‌گیری‌های کلسیمی، فسفریلاسیون MLC و نیرو در سلول‌های منقبض‌شده برای تنظیم پارامترهای مدل و تست توانایی آن برای محاسبه‌ی پاسخ سلول به تحریک مورد استفاده قرار می‌گیرد. مدل برای بازتولید نتایج آزمایشات ولتاژ کلمپ صورت گرفته در سلول‌های میومتریال موش‌های باردار و همچنین نتایج اندازه‌گیری‌های فسفریلاسیون MLC و تولید نیرو در سلول‌های میومتریال انسان غیرباردار مورد استفاده قرار می‌گیرد.
 -2مقدمه:
انقباض‌پذیری رحمی به وسیله‌ی انقباضات سلول‌های عضله‌ی صاف  میومتریال  که قسمت اعظم لایه‌ی میومتریال دیواره‌ی رحمی را تشکیل می‌دهد، تولید می‌شود. در رحم غیر باردار، انقباضات هم‌زمان این SMCs ها تغییراتی را در هندسه‌ی مایع  واسط دیواره  رحمی به وجود می‌آورد.
این تغییرات باعث حرکات مایع داخل رحمی می‌شود که در جریان مرحله‌ی اولیه‌ی تولیدمثل ضروری است. درهنگام زایمان، انقباض هم‌زمان این میوسیت‌ها  تولید نیروهایی می‌کند که به‌منظور بیرون آمدن نوزاد از رحم ضروری می‌باشد. دپلاریزاسیون غشای سلول باعث آغاز ورود یون‌های کلسیم به داخل سلول از طریق کانال‌های کلسیمی ولتاژی  شده و به موجب آن غلظت کلسیم داخل سلولی  زیاد می‌شود. افزایش سطح   باعث اتصال کلسیم و کالمدولین شده و این امر میوزین کیناز  که یک آنزیم فسفریله‌کننده است را فعال می‌کند. فعال‌شدن میوزین کیناز موجب فسفریله‌شدن رشته‌ی سبک تنظیم‌کننده‌ی میوزین  می‌شود. سپس پل‌های عرضی بین فیلامان‌های اکتین و میوزین شکل می‌گیرد و تولید انقباض عضلانی می‌کند.
 شکل 1- فرآیند انقباض و استراحت عضله‌ی صاف
با استفاده از تکنیک ولتاژ کلمپ فرآیند تحریک- انقیاض در مایومتریای  انسان و rat مورد مطالعه قرار گرفت. تحریک میوسیت‌های ایزوله با استفاده از پالس‌های ولتاژ نشان‌دهنده‌ی روابط جریان- ولتاژ در SMCs میومتریال باردار در rat و انسان‌ها می‌باشد. اعمال تک پالس‌های ولتاژ  نشان داد که جریان یون‌های کلسیم ( ) از طریق VOCCs نوع L به طور قابل توجهی غلظت کلسیم داخل سلولی را افزایش می‌دهد، درحالیکه در تحریکات مکرر با قطار پالس هم باز شدن  VOCCs  و هم کلسیم القا شده و آزاد شده  از شبکه‌ی سارکوپلاسمی  منجر به افزایش   می‌شود. ورود جریان به دنبال دپلاریزاسیون سلول‌های میومتریال rat شامل دو جز است، که بر پایه‌ی تفاوت در خصوصیات فعال‌سازی و غیرفعال‌سازی سلول‌ها و همچنین در سینتیک آن‌هاست. جز اول یک جربان سدیمی سریع است حال آنکه جز دوم یک جریان آهسته‌ی کلسیم می‌باشد( ).
 مطالعه‌ی مکانیسم‌های کاهش‌دهنده‌ی   در میومتریوم  موش باردار، که یک فرآیند حساس برای استراحت SMC است، نشان می‌دهد که پمپ‌های کلسیم غشای پلاسما 30% کلسیم داخل سلول را خروج می‌کنند و تبادلگر   مسئول خروج 60% از کلسیم داخل سلول هستند. کلسیم باقیمانده احتمالا از طریق ذخیره‌های داخل سلولی اداره می‌شود. ازاین‌رو، مکانیسم‌های سارکولمال    بیرون اندازی کلسیم  برای کاهش   تعیین‌کننده است، در حالیکه اهمیت جذب کلسیم به ذخیره‌های داخل سلول کم‌تر است.
برخی از مطالعات مربوط به رابطه‌ی بین  ، فسفریلاسیون MLC و نیروی انقباضی SMCs میومتریال می‌باشد. در مطالعات اولیه که در سلول‌های میومتریال انسان صورت گرفت، معلوم شد که افزایش در   باعث افزایش در فسفریلاسیون MLC می‌شود. اندازه‌گیری‌های هم‌زمان در طی انقباضات تحریکی الکتریکی و خود به خودی عضله‌ی رحمی انسان غیر باردار نشان داد که نیرو با نرخی کمتر از افزایش   و  فسفریلاسیون MLC ایجاد می‌شود.
مقادیر حداکثر و دائمی فسفریلاسیون MLC زودتر به مقادیر   می‌رسد. پیشنهاد شده که عدم حساسیت MLCK به فسفریلاسیون پس از ثانیه‌ی اول از آغاز انقباض، کاهشی را در نرخ فسفریلاسیون  MLC و تولید نیرو ایجاد می‌کند.
نتایج مشابهی وقتی   گذرا و دائمی  نسبت به روابط نیرو در نوارهایی از میومتریال انسان باردار در طی انقباضات خودبخودی و تحریکی تخمین زده شده است، به دست آمده است. همچنین نتایج آزمایشات روی نوارهایی از میومتریال انسان باردار و غیر باردار نشان داد که فسفریلاسیون MLC در هنگام انقباض در بافت باردار در مقایسه با بافت غیر باردار کم‌تر است. درحالیکه مقدار فشار تولید شده توسط فسفریلاسیون MLC در بافت میومتریال باردار بیشتر است. چندین مدل ریاضی برای توصیف کنترل سطح    ، تولید نیرو و تغییرات طول در انواع مختلف SMCs توسعه پیدا کرده است.
سیستم انتقال کلسیم و پتانسیل غشا در یک میوسیت شریانی به وسیله‌ی دو اسیلاتور مرتبط که تعامل بین   داخل سلولی و پتانسیل غشا در نتیجه‌ی آزادسازی دوره‌ای کلسیم از ذخیره‌های داخلی و ورود دوره‌ای کلسیم خارج سلولی را شبیه‌سازی نموده است، مدل می‌شود. فشار تولید شده به وسیله‌ی سلول با استفاده از مدل پل عرضی چهار مرحله‌ای Hai-Murphy محاسبه می‌شود که   را به شکل‌گیری پل‌ عرضی و ایجاد فشار مربوط می‌کند.
فرآیند انقباض- تحریک در SMC مغزی- عروقی نیز با استفاده از مدل ریاضی توصیف شده است. همچنین رفتار الکتروشیمیایی تنظیم   با استفاده از مدل غشای Hodgkin-Huxley و به همراه مدل کمپارتمنت مایع شرح داده شده است. روابط تعادل جرم به منظور محاسبه‌ی غلظت یون‌های مختلف داخل سیتوزل مورد استفاده قرار می‌گیرد.
 همچنین برای محاسبه‌ی   اثرات بافر نمودن و جریان‌های کلسیمی از طریق غشای SR در نظر گرفته می‌شود. در هر دو مدل‌ روابط توصیف‌کننده‌ی جریان‌های غشایی یونی که از منحنی‌های  مشخصه‌ی فعال‌سازی آن‌ها به دست می‌آید. پارامترهای مدل بر طبق اندازه‌گیری‌های انجام‌شده در سلول‌های ایزوله و با استفاده از تکنیک‌های ولتاژ کلمپ و داده‌های آزمایشگاهی اضافی تنظیم می‌شود.
مدل‌های موجود میومتریال، رفتار رحم در بافت و ارگان‌ها و نیروهای انقباضی محاسبه‌شده را شرح می‌دهد که نتایج حاصل از آن بسیار شبیه اندازه‌گیری‌های کلینیکی  فشار داخل رحمی در هنگام انقباضات زایمان می‌باشد.
هنوز، روابط بین دپلاریزاسیون غشا، کنترل کلسیم و تولید نیرو در میوسیت میومتریال به صورت دقیق شرح داده نشده است. از این رو  مدل ارائه شده در این تحقیق به منظور شبیه‌سازی فرآیند کامل انقباض عضله‌ی صاف رحمی که با دپلاریزاسیون شروع می‌شود، توسعه یافته است.
مدل بر پایه‌ی خصوصیات الکتروفیزیولوژیکی سلول و مکانیسم‌های سلولی که افزایش در    را به تولید نیرو مربوط می‌کند، می‌باشد و به منظور مطالعه‌ی عملکرد و خصوصیات این مکانیسم‌ها استفاده می‌شود.
 در شبیه‌سازی‌ها تغییرات محاسبه‌شده در  ، فسفریلاسیون MLC و فشار تولید شده به وسیله‌ی انقباض میوسیت‌ها با داده‌های تجربی حاصل از سلول‌های میومتریال rat و انسان مقایسه می‌شود.
فهرست مطالب
چکیده 1
مقدمه 2
انقباض و تحریک  عضله صاف 6
تشریح مدل  19
روابط حاکم 22
پارامتر های مدل 26
حل روابط مدل 27
نتایج 28
بحث و نتیجه گیری43
پیشنهادات  48
مراجع 49
پیوست 50