Estudio mediante simulación del acoplamiento electromecánico en células ventriculares afectadas de insuficiencia cardíaca

Abstract

[ES] Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de defunción en todo el mundo según la OMS. La insuficiencia cardíaca es una de ellas y se caracteriza por la incapacidad del corazón para bombear la sangre suficiente a todo el cuerpo. Para el estudio de esta enfermedad se utiliza la simulación bioeléctrica computacional pues posibilita el estudio de cambios electrofisiológicos bajo determinadas condiciones. Este trabajo se centra en el acoplamiento electromecánico en células ventriculares a partir de los canales iónicos activados por estiramiento (SACs) y del calcio. Para ello, se utiliza el modelo electrofisiológico de potencial de acción (PA) de O¿Hara et al., en el que se incluye la formulación de las corrientes a través de los SACs de Pueyo et al., y el modelo mecánico de Land et al. Los resultados muestran el acortamiento del PA debido a la activación de los SACs, así como el aumento de la concentración intracelular de calcio ([Ca2+]i) en comparación con el modelo de O¿Hara et al. Asimismo, se evidencia que la fuerza activa es mayor con la incorporación de los SACs en células epicárdicas; en cambio, la fuerza pasiva es independiente del tejido cardíaco. En cuanto al análisis de sensibilidad del modelo de insuficiencia cardíaca para una célula epicárdica, se constata que al cambiar la conductancia de los SACs de activación instantánea de 0.01 a 0.006 nS/pF la fuerza activa disminuye; que cuanto menor es la [Ca2+]T50, mayor es la fuerza activa y menor la [Ca2+]i; y que la fuerza activa es mucho mayor con el remodelado de epicardio. Para todos estos resultados se han aportado nuevas hipótesis que deberían ser estudiadas en trabajos futuros.

[EN] Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide according to the WHO. Heart Failure is one of them and is characterized by the heart's inability to pump enough blood throughout the body. For the study of this disease, bioelectric computational simulation is used since it allows the study of electrophysiological changes under certain conditions. This work focuses on the electromechanical coupling in ventricular cells from stretch activated ion channels (SACs) and calcium. For this purpose, the O'Hara et al. electrophysiological model of the ventricular action potential (AP), in combination with the formulation of the currents through the SACs by Pueyo et al., and the Land et al. mechanical model are used. The results show the shortening of the AP due to the activation of the SACs, as well as the increase of the intracellular calcium concentration ([Ca2+]i) compared to O'Hara's et al. model. Likewise, it is shown that the active force is higher with the incorporation of the SACs into epicardial cells; in contrast, the passive force is independent of the cardiac tissue. As for the sensitivity analysis of the heart failure model for an epicardial cell, it was found that by changing the conductance of the instantaneously activating SACs from 0.01 to 0.006 nS/pF the active force decreases; that the lower the [Ca2+]T50, the higher the active force and the lower the [Ca2+]i; and that the active force is much higher with epicardial remodeling. For all these results, new hypotheses have been provided that should be studied in future work.