Estudio in sílico de los factores de recurrencia de fibrilación auricular tras ablación de venas pulmonares

Abstract

[ES] Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en el mundo. Entre sus manifestaciones, la fibrilación auricular es la arritmia sostenida más prevalente en la población adulta y contribuye sustancialmente a la morbimortalidad cardiaca, asociada a fenómenos embólicos, deterioro de la clase funcional e ingresos hospitalarios. Puesto que estas patologías suponen un elevado coste social y económico, es necesario entenderlas con más detalle. Las simulaciones computacionales electrofisiológicas de modelos cardiacos ofrecen la posibilidad de estudiar de manera controlada las arritmias de los pacientes, por lo que se han convertido en una importante herramienta en los últimos años. El desarrollo de modelos 3D cardiacos personalizados permite estudiar la actividad eléctrica cardiaca de manera específica para la optimización de la prevención, diagnóstico y tratamiento del paciente. El objetivo principal de este trabajo es el estudio de factores de vulnerabilidad que puedan producir recurrencia de fibrilación auricular, a partir de los datos electroanatómicos obtenidos de diferentes pacientes tras ser sometidos a una intervención de ablación de venas pulmonares mediante electroporación. Para ello, se obtuvieron modelos anatómicos de aurículas y se prepararon para poder lanzar simulaciones sobre ellos, tratando que la actividad eléctrica resultante fuese lo más similar posible a la obtenida en la clínica, tras la intervención. Por último, modificando algunos parámetros de las simulaciones se estudian ventanas de vulnerabilidad para la recurrencia de los pacientes a desarrollar algún otro tipo de arritmia. La preparación de los modelos computacionales se realizó a partir de los datos electroanatómicos del Hospital Politécnico y Universitario La Fe, para reconstruir la anatomía cardiaca y modelizar la electrofisiología. Se etiquetaron las mallas auriculares y se añadieron diferentes propiedades histológicas, funcionales o electrofisiológicas de cada una de ellas, generando mallas volumétricas hexaédricas de elementos finitos personalizadas para cada paciente y con la información necesaria para simular la propagación del potencial de acción a través del miocardio auricular. Finalmente, se realizaron diferentes simulaciones, tanto en condiciones de ritmo sinusal, para comparar con los resultados reales de la intervención, como en situaciones de arritmias supraventriculares, para estimar qué parámetros son influyentes en la recurrencia de fibrilación auricular tras la ablación. La modificación de factores que pueden desencadenar una arritmia supraventricular se realiza con el objetivo de analizar los distintos patrones de propagación, así como la vulnerabilidad que introducen cambios en estos cuando aparecen las posibles recurrencias.

[CA] Les malalties cardiovasculars són la principal causa de mort al món. Entre les seves manifestacions, la fibril·lació auricular és l’arrítmia sostinguda més prevalent a la població i contribueix substancialment a la morbimortalitat cardíaca, associada a fenòmens embòlics, deteriorament de la classe funcional i ingressos hospitalaris. Com que aquestes patologies suposen un elevat cost social i econòmic, cal entendre-les amb més detall. Les simulacions computacionals electrofisiològiques de models cardíacs brinden la possibilitat d’estudiar de manera controlada les arrítmies dels pacients, per la qual cosa han esdevingut una important eina en els darrers anys. El desenvolupament de models 3D cardíacs personalitzats permet estudiar l'activitat elèctrica cardíaca de manera específica per optimitzar la prevenció, el diagnòstic i el tractament del pacient. L’objectiu principal d’aquest treball és l’estudi de factors de vulnerabilitat que puguin produir recurrència de fibril·lació auricular, a partir de les dades electroanatòmiques obtingudes de diferents pacients després de ser sotmeses a una intervenció d’ablació de venes pulmonars mitjançant electroporació. Per fer-ho, es van obtenir models anatòmics d'aurícules i es van preparar per poder llançar simulacions sobre aquests, tractant que l'activitat elèctrica resultant fora el més semblant possible a l'obtinguda a la clínica, després de la intervenció. Per acabar, modificant alguns paràmetres de les simulacions s'estudia la vulnerabilitat per a la recurrència dels pacients a desenvolupar algun altre tipus d’arrítmia després de l’ablació. La preparació dels models computacionals es va fer a partir de les dades electroanatòmiques de l'Hospital Politècnic i Universitari La Fe, per reconstruir l'anatomia cardíaca i modelitzar l'electrofisiologia. Es van etiquetar les malles auriculars i es van afegir diferents propietats histològiques, funcionals o electrofisiològiques de cadascuna, generant malles volumètriques hexaèdriques d'elements finits personalitzades per a cada pacient i amb la informació necessària per simular la propagació del potencial d'acció a través del miocardi auricular. Finalment, es van realitzar diferents simulacions, tant en condicions de ritme sinusal, per comparar amb els resultats reals de la intervenció, com en situacions d’arrítmies supraventriculars, per estimar quins paràmetres són influents en la recurrència de fibril·lació auricular després de l'ablació. La modificació de factors que poden desencadenar una arrítmia supraventricular es realitza amb l'objectiu d'analitzar els diferents patrons de propagació respecte de condicions de control, així com la vulnerabilitat que hi introdueix la variació d’aquests factors quan apareixen les possibles recurrències.

[EN] Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. Among its manifestations, atrial fibrillation is the most prevalent sustained arrhythmia in the adult population and contributes substantially to cardiac morbidity and mortality, associated with embolic phenomena, deterioration of functional class and hospital admissions. As these pathologies entail a high social and economic cost, it is necessary to understand them in more detail. Electrophysiological computer simulations of cardiac models offer the possibility of studying patient arrhythmias in a controlled manner, which is why they have become an important tool in recent years. The development of personalized cardiac 3D models allows to study the electrical activity of the heart in a specific way to optimize the prevention, diagnosis, and treatment of the patient. The main objective of this work is the study of vulnerability factors that can cause recurrence of atrial fibrillation, based on electroanatomical data obtained from different patients after undergoing electroporation pulmonary vein ablation intervention. For this, anatomical models of the atria were obtained and prepared to be able to run simulations on them, trying to make the resulting electrical activity as similar as possible to that obtained in the clinic, after the intervention. Finally, by modifying some parameters of the simulations, vulnerability windows are studied for the recurrence of patients to develop some other type of arrhythmia. The computational models were prepared using electroanatomical data from the Polytechnic and University Hospital La Fe to reconstruct the cardiac anatomy and model the electrophysiology. Atrial meshes were labelled and different histological, functional, or electrophysiological properties of each mesh were added, generating customised hexahedral finite element volumetric meshes for each patient and with the necessary information to simulate the propagation of the action potential through the atrial myocardium. Finally, different simulations were performed, both in sinus rhythm conditions, to compare with the real results of the intervention, and in situations of supraventricular arrhythmias, to estimate which parameters are influential in the recurrence of atrial fibrillation after ablation. The modification of factors that may trigger a supraventricular arrhythmia is performed with the aim of analysing the different propagation patterns, as well as the vulnerability introduced by changes in these patterns when possible recurrences occur.