Estudio de los efectos del envejecimiento sobre la actividad eléctrica cardíaca y su relación con el riesgo de arritmias

Mouhsine Arjoune, Sonia
Pueyo Paules, Esther (dir.) ; Mountris, Konstantinos (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2020
Ingeniería Electrónica y Comunicaciones department, Teoría de la Señal y Comunicaciones area

Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

Abstract: En este proyecto se presenta un estudio acerca de los efectos del envejecimiento cardíaco, analizando en particular la influencia en la actividad eléctrica de los ventrículos (cavidades inferiores del corazón) y su relación con el riesgo de sufrir irregularidades en el ritmo normal del corazón denominadas arritmias. Los factores de envejecimiento que se han investigado han sido la fibrosis, esto es, la acumulación de colágeno en el tejido cardíaco, y el desacoplamiento intercelular definido como la pérdida de interacciones eléctricas de unas células con otras. Estos factores se han estudiado tanto por separado como en conjunto.
En primer lugar, se presentan los modelos matemáticos empleados para caracterizar el comportamiento de los ventrículos humanos a nivel celular y de tejido. Para modelar el tejido ventricular se considera una malla bidimensional (4 cm x 4 cm) compuesta por células del epicardio ventricular. El aumento de fibrosis con la edad se modela sustituyendo una cantidad de células del epicardio por fibroblastos en función del porcentaje de fibrosis considerado. El desacoplamiento intercelular con el envejecimiento se modela reduciendo el valor del coeficiente de difusión asociado a la propagación del impulso eléctrico en el tejido cardíaco.
Una vez establecidos los modelos para los diferentes escenarios de interés, se llevan a cabo simulaciones computacionales, a partir de las cuales se caracteriza el comportamiento eléctrico del tejido en cada caso. Además, a partir de la respuesta eléctrica evaluada en el tejido simulado, se calculan electrogramas, que representan señales eléctricas registradas sobre la superficie del tejido. Se analizan características de amplitud y duración de las ondas de los electrogramas y se determina el impacto que los factores de envejecimiento tienen sobre ellos. Finalmente, se simula un protocolo de estimulación que induce la aparición de reentradas en el tejido y se analiza la vulnerabilidad arrítmica en función del grado de envejecimiento.
Los resultados obtenidos muestran un impacto variado en la actividad eléctrica del corazón en función del factor de envejecimiento modelado. La acumulación de fibrosis supone un mayor riesgo en la aparición de arritmias que el desacoplamiento intercelular. No obstante, los resultados de la combinación de ambos factores denotan escenarios de riesgo arrítmico mucho más acentuado que cuando se consideran los efectos de forma separada. Es posible caracterizar el impacto de los distintos factores de envejecimiento del corazón a partir de la evaluación de marcadores extraídos de los electrogramas.
En conclusión, este proyecto propone nuevos métodos de modelado matemático y simulación computacional que permiten establecer la contribución de distintos factores de envejecimiento a las alteraciones en la actividad eléctrica del corazón. Estos resultados pueden servir como base para el desarrollo de futuros métodos con capacidad para identificar individuos con un envejecimiento acelerado que les predisponga a sufrir arritmias cardíacas.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master