Klinische und experimentelle Kardiologie
Offener Zugang

Abstrakt

Auslösung von Kammerflimmern durch einen einzelnen ektopischen Schlag in dreidimensionalen numerischen Modellen der ischämischen Herzkrankheit: abrupter Übergang zum Chaos

Charles F Babbs

Hintergrund: Um die Bedingungen zu untersuchen, die für die Entstehung einer anhaltenden ventrikulären Tachykardie oder eines anhaltenden ventrikulären Fibrillations (VT/VF) am gefährlichsten sind, wurde ein neues Computermodell des ventrikulären Myokards mit 2592 finiten Elementen in drei Dimensionen erstellt.

Methoden: Das vollständig dreidimensionale Modell des rechten und linken Ventrikelmuskels wurde verwendet, um die Ausbreitung der elektrischen Aktivierung und das daraus resultierende Elektrokardiogramm zu simulieren. Lokalisierte Zonen ischämischen Muskelgewebes waren durch eine verringerte Leitungsgeschwindigkeit und eine verkürzte Refraktärzeit gekennzeichnet, und VT/VF wurde durch einzelne ektopische Schläge ausgelöst. Das simulierte Elektrokardiogramm (EKG) der Körperoberfläche wurde ebenfalls berechnet.

Ergebnisse: In diesem System wird klinisch realistisches VT/VF leicht durch einzelne Reize erzeugt. Reduzierte Leitungsgeschwindigkeit und reduzierte effektive Refraktärzeit in lokalisiertem abnormalem Muskel begünstigen VT/VF. Der Übergang zum Chaos war abrupt. Es konnte kein spezifisches Muster von Reentry, Spiralwellen oder Wirbeln identifiziert werden, das später in VT/VF zerfiel. Stattdessen gab es eine große Vielfalt von Aktivierungsmustern, die zu Chaos führten und empfindlich von den Anfangsbedingungen abhingen. Dennoch wurde eine klare Grenze zwischen stabilem und chaotischem Verhalten durch eine kritische Schwellenimpulswellenlänge definiert, das Produkt aus Leitungsgeschwindigkeit und Refraktärzeit, γ*, im lokalen ischämischen Gewebe. Diese Schwelle, die stabile und chaotische Zustände trennt, kann genau als γ*=FV1/3 angegeben werden, wobei V das lokale Volumen des erkrankten Gewebes und 0 γ F γ 1 ein Formfaktor ist, der nahe 1 für kompakte Volumina und zunehmend kleiner für abgeflachte Volumina ist. Wenn die Impulswellenlänge ≤γ* ist, tritt VT/VF auf. Typische Werte für γ* liegen zwischen 1 und 3 cm. Ein solches Verhalten ist charakteristisch für klassische chaotische Systeme.

Schlussfolgerungen: Die Muster der Muskelaktivierung, die zu selbsterhaltenden VT/VF führen, die in dreidimensionalen erkrankten Herzen beobachtet werden, sind viel komplexer und variabler als der traditionelle Reentry in zwei Dimensionen. Stattdessen ergibt sich aus der Anwendung der kardialen Elektrophysiologie der ersten Prinzipien, der realistischen Ventrikelanatomie und der Pathophysiologie des ischämischen Herzmuskels ein Modell des abrupten Übergangs zum Chaos. Dieses Phänomen stellt möglicherweise eine Form des mathematischen Chaos höherer Ordnung dar, als bisher untersucht wurde.