Modelado y simulación de los efectos del síndrome de Brugada en el potencial de acción cardíaco

Abstract

[ES] La muerte súbita cardíaca (MSC) supone el 88% de las defunciones que se producen por patologías cardíacas en España, suponiendo por ello un gran problema en el sistema sanitario público. Entre la muerte súbita y el Síndrome de Brugada (SBr) existe una relación muy estrecha, ya que dicho síndrome está relacionado con canalopatías poco comunes en las enfermedades cardiovasculares. Además, se considera generalmente una patología asintomática donde su principal síntoma es precisamente la muerte súbita. Por tanto, es de vital interés poder prediagnosticar dichas canalopatías para poder prevenir un episodio arrítmico asociado al síndrome, poder tratar la enfermedad y poder conseguir que el paciente tenga una vida totalmente normal. Este trabajo de fin de grado se centra en el desarrollo de distintos modelos computacionales, basado tanto en corazón canino como en corazón humano, que permitan simular la actividad bioeléctrica (potenciales de acción y corrientes iónicas) e investigar los patrones eléctricos típicos del SBr para su diagnóstico. Los modelos han sido formulados para todas las zonas diferentes de los ventrículos cardíacos y permiten simular las variaciones que provocan las mutaciones específicas del SBr, particularmente la sobreexpresión de los canales de potasio transitorios de salida (Ito) o la subexpresión de los canales de sodio (INa). El software que se ha programado para implementar los modelos se ha desarrollado mediante la herramienta Matlab R . Los modelos usados para este proyecto incluyen un modelo de potencial de acción de célula ventricular cardiaca humana (el modelo de Ten Tusscher (2004)) y un modelo equivalente al anterior pero para células caninas (modelo de Decker (2008)). Los resultados obtenidos con el software desarrollado sirvieron para estudiar la relación entre el grado de sobreexpresión/subexpresión de los canales Ito/INa y la morfología del potencial de acción ventricular. Los resultados muestran que a partir de una cierta combinación de sobreexpresión de los canales Ito y subexpresión de los INa, el potencial de acción pierde bruscamente su configuración normal de “espiga y domo”, reduciéndose ampliamente su duración. Además, esta pérdida de la meseta no ocurre simultáneamente en las tres zonas de la pared cardiaca (endocardio, midmiocardio y epicardio), por lo que la patología genera una dispersión transmural del potencial de acción que podría conducir a la aparición de las arritmias mortales asociadas al SBr

[EN] Sudden cardiac death (MSC) accounts for 88% of deaths that occur due to heart disease in Spain, which is therefore a major problem in the public health system. There is a very close relationship between sudden death and Brugada Syndrome (SBr), since this latter syndrome is related to uncommon canalopathies in cardiovascular diseases. In addition, it is generally considered an asymptomatic pathology where its main symptom is precisely sudden death. Therefore, it is of vital interest to be able to predict these canalopathies in order to prevent a arrhythmic episode associated with the syndrome, to be able to treat the disease and to be able to ensure that the patient has a completely normal life. This final project focuses on the development of different computational models, based on both the canine heart and the human heart, which allow simulating bioelectric activity (action potentials and ionic currents) and investigating the electrical patterns typical of SBr for diagnosis. The models have been formulated for all the different zones of the cardiac ventricles and allow to simulate the variations that cause the specific mutations of the SBr, particularly the overexpression of the transient potassium outflow channels (ITo) or the underexpression of the sodium channels (INa). The software that has been programmed to implement the models has been developed using the MatlabR c tool. The models used for this project include a human cardiac ventricular cell action potential model (the Ten Tusscher model (2004)) and an equivalent model but for canine cells (Decker model (2008)). The results obtained with the developed software served to study the relationship between the degree of overexpression/underexpression of the ITo/(INa) channels and the morphology of the ventricular action potential.The results show that from a certain combination of overexpression of the Ito channels and underexpression of the INa, the action potential abruptly loses its normal configuration of “spike and dome”, greatly reducing its duration. In addition, this loss of the plateau does not occur simultaneously in the three areas of the cardiac wall (endocardium, midmyocardium and epicardium), thus the pathology generates a transmural dispersion of the action potential that could lead to the appearance of fatal arrhythmias associated with SBr.