Modelado de arritmias reentrantes de origen eléctrico en corazones humanos personalizados a paciente con infarto de miocardio en fase crónica

Abstract

[ES] En este Trabajo Fin de Grado se ha desarrollado un programa informático y se ha utilizado uno ya existente para llevar a cabo simulaciones computacionales que permiten estudiar el comportamiento eléctrico de un corazón humano con infarto de miocardio en fase crónica. En particular, se ha desarrollado un programa y un modelo asociado para simular el potencial de acción de la denominada “zona de borde” del infarto, lugar en el que se originan y mantienen las arritmias malignas asociadas a estos corazones patológicos. En una primera fase del trabajo, se ha desarrollado un software en entorno Matlab® que permite encontrar los parámetros multiplicativos de las conductancias iónicas de los canales iónicos afectados por la isquemia crónica y el remodelado y que permiten simular con exactitud el potencial de acción alterado de la zona de borde. El programa desarrollado se ensayó utilizando el modelo de Ten Tusscher de potencial de acción humano. En una segunda fase del trabajo, se utilizó el modelo de potencial de acción resultante para simular en un modelo tridimensional simplificado la propagación de la actividad eléctrica en un miocardio con isquemia crónica con el fin de obtener los parámetros que mejor ajustan la velocidad de conducción isquémica. Finalmente, en la tercera fase del trabajo se utilizaron los resultados de las dos primeras fases para simular el funcionamiento eléctrico del corazón de un paciente real afectado por infarto de miocardio en fase crónica. El paciente fue tratado en el Hospital Clínico de Valencia y fue sometido a una intervención de ablación por radiofrecuencia por haber desarrollado espontáneamente taquicardias ventriculares. Mediante la simulación tridimensional en un modelo anatómicamente detallado de los ventrículos del paciente, basado en imágenes médicas del corazón del paciente, se obtuvieron simulaciones de la propagación eléctrica en ritmo sinusal y también en ritmo estimulado (imitando el procedimiento quirúrgico). Estas simulaciones, y los electrocardiogramas resultantes, fueron comparados con los datos reales obtenidos en quirófano, lo que valida el modelo y constituye un primer paso de su futura utilización para planificar y guiar este tipo de intervenciones.

[CA] En aquest Treball Fi de Grau s’ha desenvolupat un programa informàtic i s’ha utilitzat un ja existent per a portar a terme simulacions computacionals que permeten estudiar el comportament elèctric d’un cor humà amb infart de miocardi en fase crònica. En particular, s’ha desenvolupat un programa i un model associat per a simular el potencial d’acció de la denominada “zona de vora” del infart, lloc en el que s’originen i mantenen les arítmies malignes associades a aquests cors patològics. En una primera fase del treball, s’ha desenvolupat un software en entorn Matlab® que permet trobar els paràmetres multiplicadors de les conductàncies iòniques dels canals iònics afectats per la isquèmia crònica i el remodelat, i que permeten simular amb exactitud el potencial d’acció alterat de la zona de vora. El programa desenvolupat es va assajar utilitzant el model de Ten Tusscher de potencial de acció humà. En una segona fase del treball, es va utilitzar el model de potencial d’acció resultant per a simular en un model tridimensional simplificat la propagació de la activitat elèctrica en un miocardi amb isquèmia crònica amb la finalitat d’obtenir els paràmetres que millor ajusten la velocitat de conducció isquèmica. Finalment, en la tercera fase del treball es van utilitzar els resultats de les dos primeres fases per a simular el funcionament elèctric del cor de un pacient real afectat per infart de miocardi en fase crònica. El pacient va ser tractat a l’Hospital Clínic de València i va ser sotmès a una intervenció de ablació per radiofreqüència per haver desenvolupat espontàniament taquicàrdies ventriculars. Mitjançant la simulació tridimensional en un model anatòmicament detallat dels ventricles del pacient, basat en imatges mèdiques del cor del pacient, es van obtindre simulacions de la propagació elèctrica en ritme sinusal i també en ritme estimulat (imitant el procediment quirúrgic). Estes simulacions, i els electrocardiogrames resultats, van ser comparats amb dades reals obtingudes en quiròfan, el que valida el model i constitueix un primer pas de la seua futura utilització per a planificar i guiar aquest tipus d’intervencions.

[EN] This Degree Final Dissertation develops a computer program. An already existing one has been used to perform a computing simulation in order to study the electrical behaviour of a human heart suffering from myocardial infarction in chronic phase. Specifically, a program and its associated model have been used so as to simulate the action potential of the zone known as the heart attack’s “border zone”. This is the place where malign arrhythmias associated with pathological hearts originate in and endure. At the initial stage of the study, a software in Matlab® context has been developed. It allows the encountering of multiplicative parameters of the ionic conductance in the ionic canals affected by chronic ischemia and its remodel. They make possible an exact simulation of the action potential in the rim area. The developed program was assayed using the Ten Tusscher model of the human action potential. At the later stage of the study, the resulting model of action potential was used to simulate the propagation of electrical activity in a myocardium suffering from chronic ischemia. The three- dimensional model measures the parameters that best fit the ischemic conduction speed. Finally, at the third stage of the study, the results previously obtained were applied for the purpose of simulating the electrical functioning of an actual patient’s heart affected by myocardial infarction in chronic phase. The patient was treated at the Hospital Clínico de Valencia. He had surgery consisting of radiofrequency ablation after having spontaneously developed ventricular tachycardia. A three-dimensional simulation in an anatomically detailed model of the patient’s heart based on medical images was applied to obtain simulations of the electrical propagation in both sinus and stimulated rhythm. This technique imitated the surgical proceeding. The stimuli, together with the resulting electrocardiograms, were compared to the real data obtained in the operating room, which validates the model and constitutes the first step towards its future use for planning and leading this type of surgery.