Клиническая и экспериментальная кардиология
Открытый доступ

Абстрактный

Инициация фибрилляции желудочков одиночным эктопическим сокращением в трехмерных числовых моделях ишемической болезни сердца: резкий переход к хаосу

Чарльз Ф. Баббс

Предыстория: Для изучения условий, наиболее опасных для возникновения устойчивой желудочковой тахикардии или фибрилляции желудочков (ЖТ/ФЖ), была создана новая вычислительная модель миокарда желудочков, включающая 2592 конечных элемента в трех измерениях.

Методы: Полностью трехмерная модель правого и левого желудочкового мускула использовалась для моделирования распространения электрической активации и результирующей электрокардиограммы. Локализованные зоны ишемической мышечной ткани характеризовались сниженной скоростью проводимости и сниженным рефрактерным периодом, а VT/VF инициировались одиночными эктопическими ударами. Также была рассчитана смоделированная электрокардиограмма поверхности тела (ЭКГ).

Результаты: В этой системе клинически реалистичная VT/VF легко вызывается одиночными стимулами. Сниженная скорость проводимости и сниженный эффективный рефрактерный период в локализованной аномальной мышце предрасполагают к VT/VF. Переход к хаосу был резким. Не удалось идентифицировать какой-либо конкретный шаблон повторного входа, спиральных волн или вихрей, которые впоследствии разложились бы на VT/VF. Вместо этого существовало большое разнообразие шаблонов активации, приводящих к хаосу, в зависимости от чувствительных начальных условий. Тем не менее, четкая граница между стабильным и хаотическим поведением была определена критической пороговой длиной импульса, произведением скорости проводимости и рефрактерного периода, γ*, в локальной ишемической ткани. Этот порог, разделяющий стабильные и хаотические режимы, можно точно определить как γ*=FV1/3, где V — локальный объем пораженной ткани, а 0 γ F γ 1 — коэффициент формы, близкий к 1 для компактных объемов и постепенно уменьшающийся для сплющенных объемов. Когда длина волны импульса ≤γ*, происходит VT/VF. Типичные значения для γ* находятся в диапазоне от 1 до 3 см. Такое поведение характерно для классических хаотических систем.

Выводы: Модели активации мышц, приводящие к самоподдерживающейся VT/VF, наблюдаемые в трехмерных больных сердцах, гораздо более сложны и изменчивы, чем традиционный повторный вход в двух измерениях. Вместо этого модель резкого перехода к хаосу возникает из применения первых принципов электрофизиологии сердца, реалистичной желудочковой анатомии и патофизиологии ишемической сердечной мышцы. Это явление может представлять собой форму математического хаоса более высокого порядка, чем та, что изучалась ранее.