Modelado y simulación computacional de la actividad electromecánica de un cardiomiocito ventricular en isquemia miocárdica aguda

Abstract

[ES] La isquemia miocárdica aguda es una situación patológica que pone en riesgo la vida de la persona que la sufre. En los primeros minutos tras el inicio de la oclusión coronaria, además del riesgo de arritmias letales, las células musculares (cardiomiocitos) afectadas ven comprometida su función contráctil, por lo que la función ventricular disminuye significativamente. La reducción de la capacidad contráctil de los cardiomiocitos en esta situación se debe a la combinación de varias causas (disminución del oxígeno, acidificación del medio, entre otras), pero la contribución de todas ellas no es suficientemente comprendida. Así como es habitual el uso de la simulación computacional para comprender mejor este tipo de fenómenos, el efecto de la isquemia sobre la capacidad contráctil de las células cardiacas no ha sido modelado con éxito. En este TFG, se pretende desarrollar un modelo electromecánico de las células cardiacas sujetas a condiciones de isquemia miocárdica aguda basado en le modelo eléctrico de O'Hara y en el modelo mecánico de Land. Se introducirán en el modelo de Land las condiciones de isquemia, y se trabajará en paralelo con un modelo más sencillo (heurístico) en el que la simulación eléctrica se desacoplará de la mecánica para reducir el coste computacional. El modelo computacional se desarrollará en lenguaje Matlab. Para superar el problema de la incertidumbre en algunos parámetros del modelo, se conducirá además un extenso análisis de sensibilidad para poder ajustar el modelo a los datos experimentales.

[EN] Acute myocardial ischemia is a pathological situation that puts the life of the person who suffers at risk. In the first minutes after the onset of coronary occlusion, in addition to the risk of lethal arrhythmias, the affected muscle cells (cardiomyocytes) see their contractile function compromised, so ventricular function decreases significantly. The reduction in the contractile capacity of cardiomyocytes in this situation is due to the combination of several causes (decrease in oxygen, acidification of the medium, among others), but the contribution of all of them is not sufficiently understood. Just as the use of computational simulation is common to better understand this type of phenomena, the effect of ischemia on the contractile capacity of cardiac cells has not been successfully modeled. In this TFG, the aim is to develop an electromechanical model of cardiac cells subjected to conditions of acute myocardial ischemia based on O'Hara's electrical model and Land's mechanical model. Ischemia conditions will be introduced into the Land model, and work will be done in parallel with a simpler model (heuristic) in which the electrical simulation will be decoupled from the mechanics to reduce the computational cost. The computational model will be developed in Matlab language. To overcome the problem of uncertainty in some model parameters, an extensive sensitivity analysis will also be conducted to adjust the model to the experimental data.