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Type: Tese
Title: Modelagem de extrassístole associada a transiente de cálcio estocástico
Author: Magalhães, Daniele Pires
First Advisor: Santos, Rodrigo Weber dos
Co-Advisor: Oliveira, Rafael Sachetto
Referee Member: Natali, Antônio José
Referee Member: Xavier, Carolina Ribeiro
Referee Member: Queiroz, Rafael Alves Bonfim de
Referee Member: Rocha, Bernardo Martins
Resumo: A propagação elétrica do coração ´e um fenômeno complexo que resulta na contração do ´órgão. São diversos os fatores que operam em uma propagação normal para garantir a homeostase celular e de todo o miocárdio. Uma propagação anormal pode surgir devido a diversos fatores, um deles ´e a extrassístole, que pode ser o precursor de arritmias fatais. Esse trabalho possui como objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de descrever alguns mecanismos associados a extrassístoles ventriculares. Um dos focos deste estudo está na compreensão da gênesis de um Potencial de Ação Espontâneo após a ocorrência de um Pulso de Cálcio Espontâneo, que ocorre devido `a Liberação Espontânea de Cálcio pelo Retículo Sarcoplasmático no nível celular. Além disso, estudamos as condições necessárias para que um Potencial Espontâneo celular consiga propagar em um tecido cardíaco e de fato gerar uma extrassístole. Diversas simulações são apresentadas para representar a atividade elétrica com as características estocásticas, tanto a n´nível de uma ´única célula quanto a n´nível do tecido. Os resultados sugerem que, no n´nível celular, Potenciais Espontâneos só foram observados em resposta a um estímulo beta-adrenérgico e em condições de aumento da atividade do trocador de sódio-cálcio. No tecido, a propagação do potencial de ação só ocorreu quando aumentamos a excitabilidade celular, por exemplo via diminuição da expressão de canais iônicos do tipo IK1. Além disso, só observamos a propagação de Potenciais Espontâneos no tecido em condições particulares, onde células ativas estavam cercadas por tecido não condutivo (fibrose ou necrose), formando uma configuração estrutural que denominamos de funil selado. Finalmente, observamos que todas essas condições para a geração de uma extrassístole podem ser satisfeitas em cardiopatias bem descritas e conhecidas, como no do infarto e da cardiomiopatia hipertrófica, em particular nas bordas de regiões fibróticas ou necróticas. Assim, nossos estudos resultam em uma melhor compreensão dos complexos mecanismos que contribuem para a gênesis de arritmias fatais que são comumente observadas nessas cardiopatias.
Abstract: The electrical propagation of the heart is a complex phenomenon that results in the contraction of the organ. There are several factors that operate in a normal propagation to ensure cellular homeostasis and the entire myocardium. An abnormal propagation can arise due to several factors, one of which is extrasystole, which can be the precursor of fatal arrhythmias. This work aims to develop a mathematical model capable of describing some mechanisms associated with ventricular extrasystoles. One of the focuses of this study is on understanding the genesis of a Spontaneous Action Potential after the occurrence of a Spontaneous Calcium Pulse, which occurs due to the Spontaneous Calcium Release by the Sarcoplasmic Reticulum at the cellular level. Furthermore, we studied the conditions necessary for a cellular Spontaneous Potential to propagate in a cardiac tissue and in fact generate an extrasystole. Several simulations are presented to represent electrical activity with stochastic characteristics, both at the level of a single cell and at the tissue level. The results suggest that, at the cellular level, Spontaneous Potentials were only observed in response to a beta-adrenergic and under conditions of increased activity of the sodium-calcium exchanger. In tissue, action potential propagation only occurred when we increased cellular excitability, for example via decreased expression of type IK1 ion channels. Furthermore, we only observed the propagation of Spontaneous Potentials in the tissue under particular conditions, where active cells were surrounded by nonconductive tissue (fibrosis or necrosis), forming a structural configuration that we called a sealed funnel. Finally, we observed that all these conditions for the generation of an extrasystole can be satisfied in well-described and known cardiopathies, such as infarction and hypertrophic cardiomyopathy, particularly at the edges of fibrotic or necrotic regions. Thus, our studies result in a better understanding of the complex mechanisms that contribute to the genesis of fatal arrhythmias that are commonly observed in these cardiopathies.
Keywords: Arritmia
Estímulo beta adrenérgico
Fibrose
Potencial de ação espontâneo
Arrhythmia
Beta adrenergic stimulos
Fibrosis
Spontaneous action potential
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/te/2021/00102
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13859
Issue Date: 29-Nov-2021
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