Model bootst gedrag hart na tijdens hartritmestoornissen
16 november 2004
Kirsten ten Tusscher ontwikkelde een simulatiemodel dat het elektrisch gedrag van het hart tijdens hartritmestoornissen kan nabootsen. Met haar model ontdekte de onderzoekster onder andere dat elektrische activiteit van het hart tijdens een ritmestoornis veel minder chaotisch is dan eerst werd gedacht. De NWO-onderzoekster promoveert op 29 november aan de Universiteit Utrecht.
Kirsten ten Tusscher maakte eerst een model dat het elektrische gedrag van individuele menselijke hartspiercellen beschreef. Ze toonde aan dat het gedrag van dit model goed overeenkomt met resultaten van experimenten met menselijke hartcellen. De broncode van dit celmodel is vrij beschikbaar op internet.
Vervolgens gebruikte de onderzoekster haar nieuwe model om het gedrag te simuleren van 13,5 miljoen individuele gridpunten die samen de anatomie van een menselijk hart vormen. Omdat het model erg groot is en veel rekenkracht vereist, gebruikte ze de TERAS supercomputer van het SARA en een mini-Beowulf-cluster in de eigen vakgroep. Ze bestudeerde zo het gedrag van elektrische golfpatronen tijdens bepaalde hartritmestoornissen in het menselijke hart.
Hartritmestoornissen zijn afwijkingen in de timing, volgorde en coördinatie van de samentrekking van de hartspier. Ze variëren in ernst van hartkloppingen tot stoornissen die binnen een paar minuten dodelijk zijn. Hartritmestoornissen behoren daarmee tot de meest voorkomende doodsoorzaken.
De promovendus richtte zich op twee vormen. Bij ventriculaire tachycardie trekken de hartkamers zich vaker samen dan normaal. Er stroomt minder bloed uit de kamers en de zuurstofvoorziening van het lichaam vermindert. Bij ventriculaire fibrillatie trekken de kamers niet langer als een geheel tegelijk samen. Omdat de pompwerking vermindert, stroomt er bijna geen bloed de kamers meer uit. Het lichaam krijgt bijna geen zuurstof meer. Deze hartritmestoornis is binnen een paar minuten dodelijk.
Het is bekend dat spiraalvormige elektrische golven, die met een hoge frequentie ronddraaien, kunnen leiden tot een snellere samentrekking van het hart. Ventriculaire fibrillatie wordt veroorzaakt door spiraalgolven die uiteenvallen in een chaotisch patroon van vele kleine golven. Ten Tusscher toonde aan dat in een gezond hart stabiele driedimensionale spiraalgolven ontstaan na het toedienen van een paar harde stroomstoten. Onder enigszins gewijzigde modelcondities bleken dezelfde stroomstoten te leiden tot uiteenvallende spiraalgolven, waardoor dodelijke fibrillatie ontstaat.
De theoretisch biologe ontdekte bovendien dat tijdens fibrillatie slechts zo'n zes spiraalgolven aanwezig zijn in het hart, terwijl eerder werd aangenomen dat dit aantal tussen de veertig en honderdtien lag. Dit betekent dat de golfdynamica tijdens de fibrillatie veel minder chaotisch is dan gedacht.
Het project van Kirsten ten Tusscher viel binnen het NWO-programma Niet-Lineaire Systemen. Rondom de promotie van Kirsten ten Tusscher is een door NWO gefinancierd minisymposium georganiseerd.
..............................
Meer informatie:
- drs. Kirsten ten Tusscher (Universiteit Utrecht, Theoretische Biologie)
- t: 31 (0)30 253 36 95, khwjtuss@hotmail.com
- promotie 29 november, promotor prof. dr. P. Hogeweg
- Het programma van het symposium en het volledige proefschrift met animaties is te vinden op http://bioinformatics.bio.uu.nl/khwjtuss
