Modelado matemático y simulación computacional del efecto de la isquemia miocárdica aguda en las fibras de purkinje de corazón humano

Abstract

[EN] Many sudden cardiac death cases by ventricular fibrillation are associated with the acute phase of myocardial ischemia. During the first minutes after coronary occlusion several metabolic changes take place, and consequently important electrical alterations arise which can degenerate in ventricular fibrillation by reentry. Cardiac electrophysiology research about ischemia tries to identify the initiation and maintenance mechanisms of such arrhythmias, but so far most of the studies have been focused on the ventricular myocardium. However, the Purkinje conduction system, formed by cells which are also affected by the lack of blood supply, may experiment electrical alterations and this abnormal electrical activity might be propagated through surrounding ventricular myocytes. Therefore, it is important the study of how ischemia affects to Purkinje fibre cells and its automaticity in particular. Most conduction system cells show self-excitation capacity, which is normally supressed by the sinus node because of its higher excitation rate. However, if ischemia accelerates the rate of spontaneous action potential in Purkinje fibers, it would result in premature beats with Punkinje origin and it could be a possible initiation mechanism of ventricular fibrillation. The present study examines, by means of computational simulation at cellular level, the electrical activity in Purkinje fibre cells under different ischemic conditions (hyperkalemia, hypoxia and acidosis). The results suggest that the most favourable component to automaticity is hyperkalemia, reaching more than 60 beats/min, and it produces variable and reduced intervals among action potentials, increasing the probability of premature beats as an ectopic origin of ventricular fibrillation

[ES] Muchos casos de muerte súbita por fibrilación ventricular ocurren durante la fase aguda de la isquemia miocárdica. Durante los primeros minutos tras la oclusión coronaria transcurren rápidamente una serie de cambios metabólicos con consecuencias eléctricas importantes y con posibilidad de desencadenar una arritmia maligna por reentrada. Las investigaciones sobre la electrofisiología del corazón durante la isquemia tratan de identificar los mecanismos que inician y mantienen estas arritmias, pero hasta ahora la mayoría se han centrado en el miocardio ventricular. Sin embargo, el sistema de conducción de Purkinje, formado por células que también se ven afectadas por la falta de riego sanguíneo, puede ver alterada su actividad eléctrica y esta función eléctrica anómala puede propagarse hacia los miocitos ventriculares isquémicos circundantes. Por ello, es necesario analizar cómo afecta la isquemia a las fibras de Purkinje y particularmente a su automaticidad. Esta capacidad de autoexcitación está presente en las células del sistema de conducción, pero no llega a manifestarse en condiciones normales al estar suprimida por la frecuencia más rápida del nodo sinusal. Sin embargo, si la isquemia acelerase el disparo de potenciales de acción espontáneos en las fibras de Purkinje, se estarían creando latidos prematuros con un origen focal en dichas células, pudiendo ser éste un posible mecanismo de inicio de la fibrilación ventricular. En el presente estudio se examinan, mediante simulación computacional a nivel celular, los diferentes componentes isquémicos (hiperkalemia, hipoxia y acidosis) sobre la actividad eléctrica de las fibras de Purkinje. Los resultados obtenidos sugieren que la hiperkalemia es la condición que más favorece la automaticidad, alcanzándose frecuencias de autodisparo mayores a 60 latidos/min, y formándose potenciales de acción a intervalos variables y reducidos, aumentando así las probabilidades de que un latido prematuro sea el origen ectópico que desencadena la fibrilación ventricular