Modelagem da atividade eletromecânica do coração e os efeitos da deformação na repolarização - Rocha, Bernardo Martins (2014)
A modelagem do comportamento eletromecânico do coração tem sido foco de um crescente interesse médico-científico devido a sua grande importância para a compreensão de diversos fenômenos associados ao comportamento fisiológico do coração sob circunstâncias normais e patológicas, ao estudo de novas terapias de tratamento de distúrbios cardíacos e ao desenvolvimento de novos medicamentos. O fenômeno de interesse apresenta uma grande complexidade devido a suas características multi-escala, multi-física e exige a interação de diferentes modelos. O presente trabalho teve como objetivo apresentar o desenvolvimento de um modelo computacional para descrever a atividade elétrica e mecânica, de forma acoplada, do coração. Além disso, através desse modelo estudaram-se os efeitos da deformação do tecido cardíaco no comportamento da eletrofisiologia cardíaca. O modelo desenvolvido acopla os efeitos da propagação da onda elétrica no tecido cardíaco ao problema mecânico que descreve o movimento e deformação do tecido. Para representar a dinâmica da eletrofisiologia e a geração de força em miócitos cardíacos, utilizaram-se equações diferenciais ordinárias para descrever o comportamento de células do ventrículo esquerdo humano, acopladas a um sistema de equações diferenciais parciais que descreve a atividade elétrica do tecido. A força ativa gerada pelas células cardíacas é utilizada como entrada para o modelo mecânico que descreve a deformação no tecido. Este modelo mecânico trata o tecido cardíaco como um sólido hiperelástico não-linear, ortotrópico e incompressível. Os modelos estão acoplados de tal forma que a deformação obtida pelo problema mecânico afeta o comportamento da eletrofisiologia. Por fim, obtem-se um modelo matemático acoplado, multiescala, cuja discretização foi feita pelo método dos elementos finitos e cuja solução computacional foi realizada através de métodos numéricos robustos e eficientes juntamente com o uso de técnicas de computação paralela. Diversas simulações que descrevem as atividades elétricas e mecânicas, separadas e acopladas, são apresentadas. Além disso, um modelo simplificado do ventrículo esquerdo humano, que incorpora diferentes células cardíacas, como as do epicárdio, células-M e as do endocárdio foi utilizado para se estudar os efeitos da deformação em parâmetros da eletrofisiologia, como por exemplo a repolarização e a duração do potencial de ação. A partir dos resultados das simulações realizadas, eletrogramas computacionais foram determinados a fim de se analisar o efeito da deformação nestes em comparação com aqueles que se obtem com um modelo onde não considera-se a deformação. Os resultados deste trabalho mostraram que a deformação afeta consideravelmente a repolarização, assim como a duração do potencial de ação. E além disto, dentro do contexto das simulações de uma fatia do ventrículo esquerdo apresentadas, observou-se que a deformação causa um aumento na amplitude da onda-T de acordo com os eletrogramas simulados.