Un modelo virtual del corazón: una combinación de las propiedades biológicas, eléctricas y mecánicas del músculo cardíaco
La modelización multiescala permitiría a la comunidad científica estudiar cambios desde el nivel molecular hasta el nivel de sistema para el análisis y la selección de tratamientos adecuados. Esto ayudaría a los profesionales clínicos a evitar la estrategia de prueba y error para la enfermedad cardíaca y facilitaría la selección de un régimen de tratamiento sistemático personalizado basado en un diseño asistido por ordenador. Los investigadores del proyecto VHEART (Virtual heart models: Multi-physics approaches to computational cardiology) han trabajado con el objetivo de modelizar los complejos mecanismos bioelectromecánicos en la función y la enfermedad cardíaca. Esto permitirá monitorizar los cambios estructurales y funcionales en el área de tejido necrosado tras un fallo cardíaco. Los investigadores emplearon un conjunto de algoritmos de elementos finitos incondicionalmente estables para desarrollar un método mono y bidominio para la propagación de los estímulos eléctricos en el músculo cardíaco. Es más, estos desarrollaron un modelo quimio-electro-mecánico acoplado para predecir la interacción de los campos químico, eléctrico y mecánico a tres escalas biológicas durante un ciclo cardíaco. Los modelos pueden ser empleados para predecir la eficacia tanto de la nueva generación de fármacos como de tratamientos personalizados. En otro nivel, la bioquímica a escala celular puede ser estimada para obtener una visión global de la función cardíaca. El modelo unidimensional aplicado al músculo ha sido generalizado a las características tridimensionales e incorpora los métodos de estrés activo y deformación activa en un único marco de trabajo. Los investigadores de VHEART prevén que este método de carácter general también puede ser empleado para el músculo liso, el músculo esquelético y el músculo cardíaco. Es más, se espera que este proporcione conocimientos de gran valor sobre la alteración del acoplamiento excitación-contracción en varias enfermedades como, por ejemplo, los síndromes del tracto gastrointestinal y las enfermedades neuromusculares. Concretamente, en el caso de la enfermedad cardíaca, los investigadores han estudiado la necrosis del tejido necrosado, el ataque cardíaco y la remodelación cardíaca como resultado del estrés en el corazón. Las condiciones incluyen un aumento del grosor de la pared ventricular y la dilatación de la cámara ventricular izquierda. Desde el punto de vista electrofisiológico, también se ha estudiado la fibrilación o ritmo cardíaco irregular. En todos los casos, existía una buena correlación entre los resultados de la simulación por ordenador y los datos clínicos. El coste de la enfermedad cardiovascular a la economía de la Unión Europea por sí sola es de 192 000 millones de euros anuales. Como parte del procedimiento clínico, el modelo desarrollado por VHEART podría mejorar aún más los resultados terapéuticos mediante la selección del régimen de tratamiento más adecuado.
Palabras clave
Modelo virtual del corazón, enfermedad cardíaca, modelización multiescala, músculo cardíaco, régimen de tratamiento
