Заведующий лабораторией: Соловьева Ольга Эдуардовна, д.ф.-м.н., профессор.
 
В штате лаборатории 10 сотрудников, в том числе 2 докторов и 6 кандидатов наук.
 
  Фамилия Имя Отчество Должность, ученая степень и звание ORCID, ключевые слова Телефон рабочий E-mail
SolovyovaOE  Соловьева Ольга Эдуардовна

зав. лаб.,

д.ф.-м.н.

профессор 

publonorchidresgate

биофизика, физиология сердца, математическое моделирование, кардиология, прикладная математика, вычислительная физиология, компьютерная математика, математическая биология 

+7(343)
374-00-70 
 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
KatsnelsonLB  Кацнельсон Леонид Борисович вед.н.с.
д.ф.-м.н.

publonorchidresgate

биофизика мышечных сокращений, биомеханика миокарда, электромеханическое сопряжение и механо-электрические обратные связи в сердечной мышце, математическое моделирование

+7(343)
362-34-65
 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
DovolnayaNA  Балакина-Викулова Наталия Алексеевна ст.н.с.,
к.ф.-м.н.

publonorchidresgate

математические модели сердечной мышцы; электромеханическое сопряжение и механоэлектрические обратные связи в сердце

+7(343)
362-34-77
 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
KonovalovPV  Коновалов Павел Владимирович ст.н.с.,
к.б.н.

publonorchidresgate

возбудимые среды, спиральная волна; трехмерные вихри; сердечная мышца; связь возбуждения-сокращения; электромеханическая математическая модель; механоэлектрическая обратная связь

+7(343)
362-34-77
 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
KursanovAG  Курсанов Александр Геннадьевич ст.н.с.,
к.ф.-м.н.

publonorchidresgate

биофизические модели сердечной мышцы, электромеханическое сопряжение в сердечной ткани, межклеточное взаимодействие в миокарде

+7(343)
362-34-41
 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
RyvkinAM  Рывкин Александр Михайлович ст.н.с.,
к.ф.-м.н.

publonresgate

компьютерное моделирование работы клеток водителя сердечного ритма, исследование кальциевого гомеостаза в сердечных клетках, изучение стохастической динамики ионных каналов в сердечных клетках

+7(343)
362-34-00
 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
ChumarnayaTV  Чумарная Татьяна Владиславовна ст.н.с.,
к.б.н.

publonorchidresgate

эхокардиография, сердечная недостаточность, функция сердца

+7(343)
362-34-41
 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
SulmanTB  Сульман Татьяна Борисовна н.с.,
к.ф.-м.н.

resgate

эхокардиография, сердечная недостаточность, функция сердца

+7(343)
362-34-41
 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
MangilevaDV  Мангилева Дарья Владимировна м.н.с.

publonorchid

математическое моделирование, 3D модели сердца, обработка изображений

+7(343)
362-00-61
 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
NesterovaT  Нестерова Татьяна Михайловна м.н.с.,

publonorchid

модели электрофизиологии кардиомиоцитов, популяции моделей, старение, кардиомиоциты предсердий, хроническая фибрилляция предсердий, дофетилид

+7(343)
362-00-61
 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
 
Историческая справка
Лаборатория математической физиологии была организована во время создания Института иммунологии и физиологии УрО РАН в 2003 г. на базе лаборатории биофизики и математического моделирования, которая была создана при реорганизации отдела молекулярно-клеточной биомеханики Института физиологии Коми НЦ УрО РАН (1996 – 2000 гг.), руководимого Владимиром Семёновичем Мархасиным, в Екатеринбургский филиал Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (2000 – 2003 гг.).
C 2016 года лаборатория носит имя В.С. Мархасина.
 
 
Основные направления исследований

Исследования лаборатории математической физиологии ИИФ УрО РАН выполняются в рамках государственного задания по теме: "Экспериментальное и теоретическое исследование интеграции механизмов регуляции функции сердечной мышцы от молекул до органа в норме и при патологии" (Регистрационный номер НИОКТР №АААА-А18-118020590031-8), 2013-2021 гг.

  • математическое моделирование электромеханического сопряжения в неоднородном миокарде на клеточном, тканевом и органном уровне с учетом механо-электрических, механо-кальциевых и механо-метаболических обратных связей (одномерные, двумерные, трехмерные модели миокардиальной ткани);
  • математическое моделирование нарушений сократительной функции миокарда при различных патологиях сердца, в т.ч. при ишемии, инфаркте и сердечной недостаточности;
    • математическое моделирование функции сердца при возрастных изменениях;
  • популяционное моделирование изменений электрической активности кардиомиоцитов предсердия, вызванных старением, хронической фибрилляцией предсердий и действующими веществами (дофетилидом).
  • исследование механизмов регуляции кальцием вызванного высвобождения кальция в рамках биофизических моделей суб-клеточного и клеточного уровня;
  • клинико-физиологическое исследование функции сердца в норме, при сердечно-сосудистой патологии с различной степенью выраженности нарушений электрической и сократительной функции и геометрического ремоделирования сердца.

Важнейшие результаты

Разработаны математические модели сократительной функции миокарда на разных уровнях его организации: от клетки до целого желудочка.

Совместно с коллегами из лаборатории электрофизиологии Д. Нобла из Оксфордского Университета разработана модель «Екатеринбург-Оксфорд» электромеханического сопряжения (ЭМС) в кардиомиоцитах (Sulman ea, Bul. Math. Biol, 2008). Ключевым элементом модели являются механизмы кооперативности регуляторных и сократительных белков, объясняющие широкий спектр механо-электрических и механо-кальциевых обратных связей в миокарде. Эта модель использована для анализа нарушений сердечного ритма и механической функции при перегрузке кардиомиоцитов кальцием (Sulman ea, Bul. Math. Biol, 2008; Katsnelson ea, J. Theor. Biol. 2011).

Модификации, внесённые в рамках математических моделей в концепцию кооперативности регуляторных и сократительных белков, позволили снять противоречия, имевшиеся между проявлениями этой кооперативности в экспериментах на интактных препаратах миокарда, с одной стороны, и скинированной сердечной мышц, с другой (Shikhaleva ea, Computing in Cardiology, 2015; Докучаев и др., Биофизика, 2016).

Одним из важных результатов исследований последних лет было создание видоспецифических моделей кардиомиоцитов и миокардиального волокна на основе переработанной модели "Екатеринбург-Оксфорд" - например, модели ЭМС в эндо- и эпи- клетках левого желудочка морской свинки (Khokhlova ea, J.Physiol. Sci., 2017), в кардиомиоцитах крысы (Katsnelson ea, Comp in Cardiol, 2018) и человека (Balakina-Vikulova ea, J Physiol Sciences. 2020). В 2018-2020 гг. были опубликованы новые результаты экспериментально-теоретического исследования, проведённого в сотрудничестве с физиологами, изучающими механо-кальциевые обратные связи на изолированных кардиомиоцитах мышей, и посвящённого трансмуральной неоднородности кардиомиоцитов в стенке желудочка (Khokhlova ea, J Mol Cell Cardiol, 2018, Khokhlova ea, Frontiers in Physiol, 2020).

С использованием методов популяционного моделирования исследовано влияние старения на электрическую функцию кардиомиоцитов предсердия (Nesterova ea, Bio Web Conf, 2020). В построенных популяциях математических моделей воспроизводятся экспериментальные данные по возрастному изменению амплитуды, уровня плато и длительности потенциала действия, амплитуды кальциевого перехода. Проведённое моделирование воздействия на данные популяции антиаритмического препарата III класса — дофетилида показало, что чувствительность к дофетилиду у здоровых людей с возрастом снижается. Разработаны модели, описывающие особенности ионной динамики и процессов генерации потенциала действия в клетках водителя сердечного ритма при старении, а также в онтогенезе (Markov& Ryvkin, USBEREIT, 2019).

На основе клеточных моделей построены модели механической и электрической активности многоклеточного миокарда на разных уровнях: от одиночного волокна (Vikulova ea, J. Math. Biol., 2016; Khokhlova ea, Comp. in Biol. Medicine, 2017) - до целого левого желудочка (ЛЖ) (Pravdin ea, PLoS ONE, 2014; Pravdin ea, Mathematics. 2020).
Разработаны модели динамики ионов кальция в сердечных клетках, учитывающие сложную структуру внутриклеточной кальций-высвобождающей системы, позволяющие детально описать процессы, связанные с процессами высвобождения кальция в сердечных клетках (Markov& Ryvkin, USBEREIT, 2020).

Впервые проведена оценка количественных показателей пространственно-временной неоднородности кинетики стенки левого желудочка сердца и описаны динамические изменения индексов формы левого желудочка во время сердечного цикла в норме и при разных видах сердечно-сосудистой патологии, в частности при ишемической болезни сердца, дилатационной кардиомиопатии, при ортотопической трансплантации сердца, позволившие сформулировать представление о новой физиологической характеристике – функциональной геометрии сердца. Проведена оценка показателей функциональной геометрии сердца в онтогенезе.

Научное сотрудничество

 
Проекты, гранты
 
  • 19-14-00134, РНФ «Разработка гибридного метода биофизического моделирования электромеханической функции миокарда и машинного обучения для повышения эффективности диагностики и лечения хронической сердечной недостаточности» 2019-2021 гг. (рук. Соловьева О.Э.)
  • Проект 21-14-00226, РНФ «Аритмогенная роль пограничной зоны миокарда при ишемии и реперфузии сердца: in vivo, in vitro, in silico» поддержан Российским научным фондом 2021-2023 гг. (рук. Кацнельсон Л.Б.)
  • СП-5654.2021.4. Министерство науки и высшего образования, стипендия Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики «Исследование механизмов аритмогенеза и выявления мишеней для фармакологической коррекции аритмий при острой сердечной недостаточности в компьютерной модели миокарда человека» 2021-2022 гг. (Курсанов А.Г.)
  • 18-29-13008, РФФИ "Суперкомпьютерное моделирование структурно-функциональных изменений в сердце при миокардиальном фиброзе для изучения механизмов сердечных аритмий с целью их диагностики и терапии", 2018-2021 гг. (рук. Панфилов А.В.)
  • 18-01-00059, РФФИ "Математическое моделирование электромеханического сопряжения в клетках сердечной мышцы человека", 2018-2020 гг. (рук. Кацнельсон Л.Б.)
  • 18-015-00368, РФФИ "Интегративные механизмы возрастных изменений электромеханической функции сердечных клеток", 2018-2020 гг. (рук. Соловьева О.Э.)
  • 18-31-00416, РФФИ «Исследование механизмов регуляции электромеханической функции кардиомиоцитов в биомеханической модели неоднородного миокарда» 2018-2020 гг. (рук. Курсанов А.Г.)
  • 16-34-60223, РФФИ «Математическое моделирование кальций-высвобождающей системы в сердечных клетках» 2016-2019 гг. (рук. Рывкин А.М.)
  • 14-35-00005, РНФ "Персонифицированные математические модели в кардиологии", 2014-2016 гг. (рук. Мархасин В.С., Соловьева О.Э.)
  • 14-01-00885, РФФИ "Интрамиокардиальные механические взаимодействия и ауторегуляция сократительной функции сердечной мышцы", 2014-2016 гг. (рук. Соловьева О.Э.)
  • 0401-2015-0025, Программа № I.33П фундаментальных исследований Президиума РАН по стратегическим направлениям развития науки "Фундаментальные проблемы математического моделирования. Фундаментальные проблемы факторизационных методов в различных областях. Алгоритмы и математическое обеспечение для вычислительных систем сверхвысокой производительности". Часть "Фундаментальные проблемы математического моделирования". "Разработка вычислительных методов и программных средств для трехмерного моделирования сердечно-сосудистой системы", 2014-2017 гг. (рук. Соловьева О.Э.)
  • 18-7-4-15, Комплексная программа УрО РАН "Математическое моделирование механоэлектрических обратных связей в кардиомиоците человека с учетом модифицированной концепции кооперативности регуляторных и сократительных белков" 2017-2019 гг. (рук. Кацнельсон Л.Б.)
  • Программа Президиума РАН №27 «Фундаментальные проблемы решения сложных практических задач с помощью суперкомпьютеров». Проект «Персонификация цифровых моделей сердца человека с помощью суперкомпьютеров в целях персонифицированного прогноза, профилактики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний, 2018-2020 гг. (рук. Соловьева О.Э.)
  • 14-04-31151, РФФИ "Функциональная геометрия сердца при дилатационной кардиомиопатии, ресинхронизационной терапии, трансплантации сердца" 2014-2015 гг. (рук. Чумарная Т.В.)
  • 13-04-00365, РФФИ "Механозависимость кальциевой активации сокращений миокарда. Концептуальные противоречия и подход к их разрешению в математической модели и в эксперименте", 2013 - 2015 гг. (рук. Кацнельсон Л.Б.)