Desarrollo de un modelo de Markov de la componente rápida de la corriente de potasio de la aurícula humana

Abstract

[ES] La fibrilación auricular (FA) es la arritmia cardíaca sostenida más común y se caracteriza por activaciones eléctricas rápidas y desorganizadas de las aurículas. En las últimas décadas, muchos estudios se han centrado en los efectos de las mutaciones genéticas que alteran los genes que codifican los canales de potasio y que causan formas graves de arritmia. Los modelos markovianos pueden reproducir las mutaciones genéticas con mayor fidelidad que los modelos que siguen la formulación de Hodgkin-Huxley. Además, los modelos de Markov también pueden reproducir más fielmente los efectos de los fármacos. Sin embargo, los modelos actuales de potencial de acción auricular incorporan las corrientes de potasio utilizando la formulación de Hodgkin-Huxley. En este trabajo se ha desarrollado un modelo markoviano de la componente rápida de la corriente de potasio (IKr) auricular en humano. Para ello, se ha partido de datos experimentales del comportamiento de la corriente de IKr en la aurícula humana y de un modelo de Markov de IKr ventricular obtenidos en la literatura. Este modelo se ha ajustado a la morfología de la electrofisiología auricular mediante la aplicación de algoritmos genéticos como método de optimización en el entorno de MATLAB. Por tanto, se ha reproducido el comportamiento de la IKr de la aurícula y además los efectos de una mutación relacionada (T895M) en un modelo unicelular. Los modelos resultantes tienen una directa aplicación en el estudio de los efectos de las mutaciones y de los fármacos, por lo que pueden resultar de gran interés para empresas farmacéuticas.

[EN] Atrial fibrillation (AF) is the most common sustained cardiac arrhythmia and is characterized by rapid and disorganized electrical activations of the atria. In recent decades, many studies have focused on the effects of genetic mutations that alter genes encoding potassium channels and cause severe forms of arrhythmia. Markov models can reproduce genetic mutations more accurately than models following the Hodgkin-Huxley formulation. In addition, Markov models can also reproduce drug effects more faithfully. However, current models of atrial action potentials incorporate potassium currents using the Hodgkin-Huxley formulation. In this work, a Markovian model of the fast component of the atrial potassium current (IKr) in humans has been developed. For this purpose, experimental data on the behavior of the IKr current in the human atrium and a Markov model of ventricular IKr obtained from the literature have been used. This model has been adjusted to the morphology of atrial electrophysiology by applying genetic algorithms as an optimization method in the MATLAB environment. Thus, the behavior of atrial IKr and in addition the effects of a related mutation (T895M) have been reproduced in a single-cell model. The resulting models have direct application in the study of mutational and drug effects and may therefore be of great interest to pharmaceutical companies.

[CAT] La fibril·lació auricular (FA) és l’arrítmia cardíaca sostinguda més comuna i es caracteritza per activacions elèctriques ràpides i desorganitzades de les aurícules. En les últimes dècades, molts estudis s’han centrat en els efectes de les mutacions genètiques que alteren els gens que codifiquen els canals de potassi i que causen formes greus d’arrítmia. El model de Markov pot reproduir les mutacions genètiques amb major fidelitat que els models que segueixen la formulació de Hodgkin-Huxley (H&H). A més, els models de Markov també poden reproduir més fidelment els efectes dels fàrmacs. No obstant això, els models actuals de potencial d’acció auricular incorporen els corrents de potassi utilitzant la formulació de H&H. En aquest treball s’ha desenvolupat un model de Markov de la component ràpida del corrent de potassi (IKr) auricular en humà. Per a això, s’ha partit de dades experimentals del comportament del corrent de IKr en l’aurícula humana i d’un model de Markov de IKr ventricular obtinguts en la literatura. Aquest model s’ha ajustat a la morfologia de l’electrofisiologia auricular mitjançant l’aplicació d’algoritmes genètics com a mètode d’optimització a l’entorn de MATLAB. Per tant, s’ha reproduït el comportament del corrent de IKr de l’aurícula i a més els efectes d’una mutació relacionada (T895M) en un model unicel·lular. Els models resultants tenen una directa aplicació en l’estudi dels efectes de les mutacions i dels fàrmacs, per la qual cosa poden resultar de gran interés per a empreses farmacèutiques.