Computermodellering van hartritmestoornissen

De meest voorkomende langdurige hartritmestoornis is atriele fibrillatie (AF), voorkomend in ongeveer 1,5% van de wereldbevolking [Lip G. et al. 2007]. AF is een progressieve ziekte die meer en meer frequent voorkomt bij toenemende leeftijd. Ze resulteert in een stijging in sterftecijfers, verlaagde levensverwachting en verminderde levenskwaliteit [Thrall G. et al. 2006].

AF wordt geassocieerd aan belangrijke structurele, elektrische en mechanische (zowel passieve als actieve (bij samentrekking)) hermodellering. De ziekte evolueert van paroxysmal (met episodes van AF) naar persistente AF. Tijdens atriele fibrillatie is de elektrische golf-propagatie verstoord en men zou ze kunnen omschrijven als chaotisch. Ondanks dit feit zijn er verschillende soorten mechanismes die onderscheiden kunnen worden, gebaseerd op computationele modellering en die ook in het ziekenhuis zijn waargenomen. Momenteel wordt AF behandeld met ablatie technieken, dewelke voorkomen dat er zich re-entry voordoet. Dit wordt verwezenlijkt door delen van de atriele wand elektrisch isolerend te maken (scarren). Deze techniek kan begeleid worden door computationele technieken. Voorbeelden van AF zijn 'mother rotor', 'multiple wavelet', 'non-reentrant' en 'mixed focal reentrant' [J. Weiss et al. 2016]. Computer modellering heeft al bewezen dat het een krachtig hulpmiddel is om de onderliggende mechanismes van hartritmestoornissen te onderzoeken, wat toelaat om een gecontrolleerde omgeving te creeren om hypotheses in te testen [Panfilov A. 1998, ten Tusscher K. & Panfilov A. 2006, Wilhelms M. et al. 2013].

Ondanks het feit dat deze stoornis veel voorkomend is en succesvol behandeld kan worden met behulp van ablatie technieken, is er veel minder geweten over het ontstaaan en de evolutie van AF. Computationele modellen kunnen een rol spelen in het ontrafelen van deze vraagstukken. Zulke computationele modellen werden reeds ontwikkeld voor de atriele cellulaire actiepotentiaal gebaseerd op de dynamica van ion-channels. Deze werden gebaseerd op data genomen uit patch-clamp experimenten in atriele myociten van dierenmodellen met AF [Butters T. et al. 2013], waaronder ook het model dat in Leuven werd ontwikkeld [Anne W. et al. 2007, Lenaerts I. et al. 2009]. De meeste computationele studies rond atriele golf-propagatie werden echter gevoerd op atria met een normale atriele structuur, waarbij de structurele veranderingen kenmerkend voor AF (verandering in morfologie, weefsel structuur, regioanale dilatatie en regionale hermodellering) niet in rekening werden genomen.

Persistente AF wordt geassocieerd met structurele veranderingen bovenop de elektrische [Anne W. et al. 2007]. Toegenomen myocardiale fibrose in de atria wordt genoemd als de voornaamste bijdrager aan een arrhythmogeen substraat. Recente experimeneten hebben ook aangetoond dat er een significajnte correlatie bestaat tussen vetweefsel en AF [Pantanowitz L. 2001, Samanta R. et al. 2016]. Infiltraties van adipose weefsel in het myocardium zijn al langer geassocieerd aan ritmestoornissen in arrhythmogene rechter ventrikel cardiomyopathy [Bauce B. et al. 2005]. Meer recent werd ook de link gelegd in ventrikulaire fibrillatie na een myocardiale infarctie, waarbij zones met vetinfiltraties in de grenzend aan de zone van het infarct meer arrhythmogeen werd bevonden [Pouliopoulos J. et al. 2013]. De aanwezigheid van deze adipocyten hermodelleren op hun beurt de elekrophysiologische eigenschappen van de omliggende myocyten [Lin Y. et al. 2012]. Data van het dierenmodel in Leuven heeft gedemonstreerd dat de evolutie van AF toont dat er hermodellering is van vetinfiltraties naar fibrose in de sub-epicardiale lagen van de atriele wand, gelinkt aan cellulaire inflamatie [Haemers P. et al. 2015].

Tot op de dag van vandaag zijn er nog geen studies gedaan naar het modelleren van deze structurele en elektrophysiologische veranderingen, wat het onderwerp zal zijn van deze thesis.