Desarrollo de un modelo computacional para la simulación de isquemia e hiperkalemia en cardiomiocitos ventriculares humanos

Abstract

[ES] En el presente trabajo fin de grado se estudiarán dos fenómenos bioeléctricos muy conocidos pero cuyas causas son imposibles de determinar mediante estudios experimentales: la isquemia en su fase aguda y la hiperkalemia, o acumulación de potasio en el medio extracelular. Mientras que las consecuencias de dichos fenómenos son conocidas y graves (pues predisponen eléctricamente al corazón para desarrollar arritmias mortales), sus causas no están sólidamente establecidas. En este trabajo, se utilizará simulación por ordenador para investigar las causas y las consecuencias de dichos fenómeno en corazón humano.

Para ello, en primer lugar, se desarrollará un modelo matemático de los efectos de la isquemia en el potencial de acción de un cardiomiocito ventricular humano aislado. Debe tenerse en cuenta que los modelos existentes hasta el momento corresponden a otras especies animales y no existe un modelo formulado con datos específicos de células cardiacas humanas. En segundo llugar, se desarrollarán programas de simulación de potencial de acción (en Matlab® y C), tanto para célula aislada (Matlab) como para una fibra unidimensional (C). El análisis multifactorial de los resultados de las simulaciones deberá ser interpretado para establecer los mecanismos causantes de la hiperkalemia en corazones humanos durante la fase aguda de la isquemia.

[EN] In this present bachelor thesis we will study two well-known bioelectric phenomena whose causes are impossible to determine through experiments : ischemia in its acute phase and hyperkalemia, or accumulation of potassium in the extracellular environment. While the consequences of these phenomena are known and serious (since they electrically predispose the heart to develop deadly arrhythmias), its causes are not firmly established. In this work, computer simulation will be used to investigate the causes and consequences of these phenomena in the human heart.

For this purpose, a mathematical model of the effects of ischemia on the action potential of an isolated human ventricular cardiomyocyte will be developed. It should be taken into account that the existing models up to now correspond to other animal species and there is no model formulated with specific data on human cardiac cells. In the second stage, action potential simulation programs will be developed (in Matlab® and C), both for isolated cells (Matlab) and for a one-dimensional fiber (C). The multivariate analysis of the results of the simulations will be interpreted to establish the mechanisms that cause hyperkalemia in human hearts during the acute phase of ischemia.