Fibrosis miocárdica en un modelo 3D: efecto de la textura en la propagación de ondas
Autores: Dokuchaev, Arsenii; Panfilov, Alexander V.; Solovyova, Olga
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Fibrosis miocárdica en un modelo 3D: efecto de la textura en la propagación de ondas
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Obstáculos no conductores
Propagación de ondas
Fibrosis cardíaca
Anisotropía
Umbral de percolación
Modelos de tejido 3D
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Las ondas eléctricas no lineales se propagan a través del corazón y controlan la contracción cardíaca. La propagación anormal de ondas causa diversas formas de enfermedad cardíaca y puede ser letal. Una de las principales causas de anormalidad es la condición de fibrosis cardíaca, que, desde un punto de vista matemático, es la presencia de múltiples obstáculos no conductores para la propagación de ondas. La fibrosis puede tener diferentes texturas que varían desde difusa (por ejemplo, pequeños obstáculos distribuidos aleatoriamente), parcheada (por ejemplo, estrias intersticiales alargadas) y focal (por ejemplo, cicatrices post-infarto). Recientemente, Nezlobinsky et al. (2020) utilizaron modelos biofísicos 2D para cuantificar los efectos de la elongación de obstáculos (textura de fibrosis) y mostraron que la propagación longitudinal y transversal dependen de manera diferente de la longitud del obstáculo, lo que resulta en anisotropía para la propagación de ondas. En este artículo, ampliamos estos estudios a modelos de tejido 3D. Mostramos que la consideración en 3D aporta nuevos efectos esenciales; para la misma longitud de obstáculo en sistemas 3D, la anisotropía es aproximadamente dos veces menor en comparación con 2D, sin embargo, la propagación de ondas es más estable con un umbral de percolación de aproximadamente el 60% (en comparación con el 35% en 2D). El umbral de percolación aumenta con la longitud del obstáculo para la propagación longitudinal, mientras que disminuye para la propagación transversal. Además, en 3D, la dependencia de la velocidad con la longitud del obstáculo para la propagación transversal desaparece.
Descripción
Las ondas eléctricas no lineales se propagan a través del corazón y controlan la contracción cardíaca. La propagación anormal de ondas causa diversas formas de enfermedad cardíaca y puede ser letal. Una de las principales causas de anormalidad es la condición de fibrosis cardíaca, que, desde un punto de vista matemático, es la presencia de múltiples obstáculos no conductores para la propagación de ondas. La fibrosis puede tener diferentes texturas que varían desde difusa (por ejemplo, pequeños obstáculos distribuidos aleatoriamente), parcheada (por ejemplo, estrias intersticiales alargadas) y focal (por ejemplo, cicatrices post-infarto). Recientemente, Nezlobinsky et al. (2020) utilizaron modelos biofísicos 2D para cuantificar los efectos de la elongación de obstáculos (textura de fibrosis) y mostraron que la propagación longitudinal y transversal dependen de manera diferente de la longitud del obstáculo, lo que resulta en anisotropía para la propagación de ondas. En este artículo, ampliamos estos estudios a modelos de tejido 3D. Mostramos que la consideración en 3D aporta nuevos efectos esenciales; para la misma longitud de obstáculo en sistemas 3D, la anisotropía es aproximadamente dos veces menor en comparación con 2D, sin embargo, la propagación de ondas es más estable con un umbral de percolación de aproximadamente el 60% (en comparación con el 35% en 2D). El umbral de percolación aumenta con la longitud del obstáculo para la propagación longitudinal, mientras que disminuye para la propagación transversal. Además, en 3D, la dependencia de la velocidad con la longitud del obstáculo para la propagación transversal desaparece.