Hartritmestoornissen: inzicht via computermodel /1 reactie

Hartritmestoornissen: inzicht via computermodel

De elektrische prikkels tussen hartcellen en de mechanische feedback van het hart hierop bijeenbrengen in één computersimulatie. Dat heeft Nico Kuijpers gedaan tijdens zijn promotieonderzoek. Resultaat is het Cellular Bidomain Model waarmee inzicht in hartritmestoornissen komt.

Hartritmestoornis

Een gezond hart slaat ongeveer zeventig keer per minuut. Eerst trekken de boezems samen om het bloed in de kamers te pompen en daarna trekken deze samen om het bloed in slagaders te stoten. Boem-boem, boem-boem, de holle hartspier is aan het werk.

Het samentrekken van de boezems wordt voorafgegaan door een elektrische prikkel. Verstoring van de doorgave van deze prikkel tussen de hartcellen kan leiden tot een snelle, onregelmatige hartslag. Een bekende hartritmestoornis is boezem-fibrilleren, waarbij de hartslag in de boezems kan oplopen tot 600 samentrekkingen per minuut.

Oorzaak

“Boezemfibrilleren op zich is niet dodelijk“, vertelt docent Biomedische Technologie Nico Kuijpers, “maar wel erg vervelend voor de patiënt.“ Die raakt moe en kortademig. Het wordt een serieus probleem wanneer boezem-fibrilleren vaker voorkomt en overgaat tot aanhoudende hartritmestoornissen. Als we de medische oorzaak van het ontstaan van boezemfibrilleren in de vingers krijgen en ontdekken hoe we het kunnen oplossen, dan kunnen we die ernstige vormen van boezemfibrilleren voorkomen. Maar zover zijn we nog niet.“

Model

Kuijpers heeft een computermodel gemaakt dat kan laten zien dat het ontstaan van hartritmestoornis ervoor kan zorgen dat een mens gevoeliger wordt voor boezemfibrilleren. Een hartritme kan verstoord worden door een kortstondige bloeddrukverhoging, bijvoorbeeld wanneer iemand een toren beklimt of een sprintje trekt naar een vertrekkende trein. De mechanica van de cel verandert, het gedrag van het hart reageert erop.

Simuleren

Van huis uit is Kuijpers informaticus. In 1993 rondde hij zijn ontwerperopleiding Technische Informatica af aan de TU/e. Na werk bij TNO in Den Haag aan het Fysisch Elektronisch Laboratorium kwam hij terug naar Eindhoven als universitair docent bij Informatica in de groep Parallelle Systemen.
Toen de opleiding BMT voor het tweede jaar liep heeft Kuijpers daar derde- en vierdejaarsvakken opgezet met de nadruk op informatica-aspecten als programmeren en simuleren. Zijn onderzoekstijd kon hij invullen met een eigen gekozen onderwerp. Hij wilde in één model hartmechanica en elektro-fysiologie samenbrengen.

Minst interessant

Van 1999 tot 2005 heeft Kuijpers zich beziggehouden met elektrofysiologie-modellen. Dat was het minst interessante deel van zijn onderzoek omdat hier het nodige onderzoek al was verricht. Zijn werk bestond voornamelijk uit het modelleren van bekende informatie over elektrofysiologie van het hart.

Toen vanaf 2005 het modelleren van de hartmechanica erbij kwam, betrad Kuijpers een uniek pad. “Het was vanaf het begin mijn bedoeling vanuit twee vakgebieden naar dit complexe menselijke orgaan te kijken. De interactie tussen elektrofysiologie en mechanica van het hart was nooit in één computermodel bijeen gebracht.

Het vernieuwende is dat de mechanismen die bekend waren uit (dier)experimentele studies nu in software zijn uitgedrukt. Er is nieuw inzicht ontstaan: we kunnen via een computermodel laten zien hoe invloeden op celmechanica leiden tot veranderingen in gedrag van een orgaan. Met andere woorden: hoe een verhoogde bloeddruk leidt tot boezemfibrilleren,” zegt Kuijpers.