Estudio mediante modelado y simulación del efecto de la isquemia miocárdica aguda en las fibras de Purkinje de corazón humano

Abstract

[ES] Las enfermedades cardiovasculares constituyen una de las principales causas de muerte en el mundo. Dentro de este tipo de patologías destaca la isquemia miocárdica como consecuencia de la oclusión de una arteria coronaria. Dicha condición aumenta la predisposición al inicio y mantenimiento de arritmias malignas, como la fibrilación ventricular, que tienen su origen en reentradas. Por ello, es necesario estudiar los mecanismos biológicos que son alterados durante la isquemia y producen tales arritmias. A pesar de que los efectos de la isquemia miocárdica sobre el potencial de acción en cardiomiocitos han sido ampliamente analizados, la investigación análoga sobre las fibras de Purkinje ha sido escasa. Para contribuir a ampliar dichos estudios, en este Trabajo Fin de Grado se ha desarrollado un programa informático para la simulación computacional de la actividad eléctrica de las fibras de Purkinje y de las uniones Purkinje-miocardio. Utilizando este programa, se han analizado las consecuencias de la isquemia aguda sobre la amplitud, la duración y la frecuencia de autoestímulo del potencial de acción de estas células. En concreto, se han establecido condiciones virtuales de hiperkalemia, hipoxia y acidosis sobre modelos celulares para demostrar la generación de latidos prematuros en las fibras de Purkinje durante la isquemia aguda. Los resultados han arrojado que, en tales condiciones, las fibras de Purkinje pueden iniciar reentradas mediante la transmisión de extrasístoles, constituyendo la hiperkalemia el factor más proarrítmico. La aplicación de dichas conclusiones podría permitir optimizar el diseño de tratamientos farmacológicos empleados en pacientes que sufren isquemia miocárdica aguda

[CA] Les malalties cardiovasculars constitueixen una de les principals causes de mort al món. Dins d’aquesta classe de patologies destaca la isquèmia miocàrdica com a conseqüència de la oclusió d’una artèria coronària. Aquesta condició augmenta la predisposició al inici i manteniment d’ arítmies malignes, com la fibril:lació ventricular, que troben el seu origen en reentrades. Per aquest motiu, es necessari estudiar els mecanismes biològics que son alterats durant la isquèmia y produeixen arítmies. A pesar que els efectes de la isquèmia miocárdica sobre el potencial d’acció en cardiomiòcits han estat ampliament analitzats, la investigación análoga sobre les fibres de Purkinje ha resultat escassa. Amb la finalitat de contribuir a l’ampliació d’aquests estudis, en aquest Treball Fi de Grau s’ha desenvolupat un programa informàtic per a la simulació computacional de l’activitat eléctrica de les fibres de Purkinje i de les unions Purkinje-miocardi. Utilitzant aquest programa, s’han analitzat les conseqüències de la isquèmia aguda sobre l’amplitud, la duració y la freqüència d’autoestímul del potencial d’acció d’aquestes cèl·lules. En concret, s’han establit condicions virtuals d’ acidosi, hiperkalèmia i hipoxia sobre models cel·lulars per a demostrar la generació de batecs prematurs a les fibres de Purkinje durant la isquèmia aguda. El resultats han demostrat que, en tals condicions, les fibres de Purkinje poden iniciar reentrades mitjançant la transmissió d’extrasístoles, constituint la hiperkalèmia el factor més proarítmic. L’aplicació d’aquestes conclusions podria permetre optimitzar el disseny de tractaments farmacològics utilitzats en pacients que pateixen isquèmia miocárdica aguda.

[EN] Cardiovascular diseases constitute one of the main causes of death in the world. Into this kind of pathologies, myocardial ischemia stands out as a consequence of the occlusion of a coronary artery. This condition increases the predisposition of malignant arrhythmias’ onset and maintenance, which find their sources in reentries. For this reason, studying biological processes altered during ischemia is necessary. Although the effects of myocardial ischemia on cardiomyocyte’s action potential have been studied in depth, the analogous research on Purkinje fibers have been neglected. In order to contribute to increase those studies, in this project a computer programme has been developed so as to simulate computationally the electrical activity of Purkinje fibers and Purkinje- muscle junctions. Using this programme, the consequences of acute ischemia on size, duration and self-stimulus frequency of action potentials in these cells have been analysed. In detail, virtual conditions of hyperkalemia, hypoxia and acidosis have been established in order to prove the generation of premature beats in Purkinje fibers under acute ischemia. Results have showed that Purkinje fibers are able to start reentries with extrasystoles spread during acute ischemia, and hyperkalemia is the most proarrhythmic factor. The implementation of these conclusions could let researchers optimize the myocardial ischemia drug design.