The Relative Role of Refractoriness and Source–Sink Relationship in Reentry Generation during Simulated Acute Ischemia

Abstract

During acute myocardial ischemia, reentrant episodes may lead to ventricular fibrillation (VF), giving rise to potentially mortal arrhythmias. VF has been traditionally related to dispersion of refractoriness and more recently to the source-sink relationship. Our goal is to theoretically investigate the relative role of dispersion of refractoriness and source-sink mismatch in vulnerability to reentry in the specific situation of regional myocardial acute ischemia. The electrical activity of a regionally ischemic tissue was simulated using a modified version of the Luo-Rudy dynamic model. Ischemic conditions were varied to simulate the time-course of acute ischemia. Our results showed that dispersion of refractoriness increased with the severity of ischemia. However, no correlation between dispersion of refractoriness and the width of the vulnerable window was found. Additionally, in approximately 50% of the reentries, unidirectional block (UDB) took place in cells completely recovered from refractoriness. We examined patterns of activation after premature stimulation and they were intimately related to the source-sink relationship, quantified by the safety factor (SF). Moreover, the isoline where the SF dropped below unity matched the area where propagation failed. It was concluded that the mismatch of the source-sink relationship, rather than solely refractoriness, was the ultimate cause of the UDB leading to reentry. The SF represents a very powerful tool to study the mechanisms responsible for reentry.

Three-dimensional Multiscale Modelling and Simulation of Atria and Torso Electrophysiology

“…From this point of view, Markov models are versatile and powerful to reproduce the behaviour of ionic currents when genetic mutations are present. In fact, they have been used since then to describe non-mutant ion channels (Irvine et al 1999;Clancy & Rudy 2001;Clancy & Rudy 2002;Silva & Rudy 2005) as well as drug effects (Romero et al 2009;Zygmunt et al 2011). …”

Estudio Mediante Modelización Matemática De Fenómenos Arrítmicos Generados Por Actividad Ectópica

“…Recientemente, Romero et al han propuesto un método nuevo y simplificado para el cálculo del SF [Romero et al, 2009;Romero et al, 2005]. La sensibilidad del SF al intervalo de integración es despreciable fuera de la fase de despolarización, delimitada por el instante en que la derivada del potencial transmembrana (dV/dt) alcanza el 1 % de su valor máximo (t 1 % ) y el instante en que el potencial de membrana es máximo (t V max ).…”

“…Las arritmias de la fase 1A inducidas por isquemia se deben fundamentalmente a reentradas y han sido objeto de un amplio estudio tanto experimental [Rozanski y Witt, 1991;Cascio et al, 2001;Wit y Janse, 1992;Janse y Wit, 1989] como teórico ( [Ferrero et al, 1996;Romero et al, 2009;Trenor et al, 2007;Jie y Trayanova, 2010;Shaw y Rudy, 1997a]). Por otra parte, las arritmias asociadas a la fase 1B parecen tener diferentes mecanismos tales como: aumento en el desacoplamiento celular cardiaco, actividad reentrante, origen focal y tensión de la pared cardiaca ([de Groot, 2001;Patterson et al, 1998;Coronel et al, 2002] [Coronel et al, 2002] 15-60 perro 14-53 cerdo [Cinca et al, 1997] 2-20 cerdo 22-60 cerdo [Smith et al, 1995] 2-10 cerdo 19-30 cerdo [Euler et al, 1983] 2-15 oveja [Kaplinsky et al, 1979] 2-10 perro 12-30 perro 1.4.1.…”

“…El factor de seguridad para la conducción (SF) se puede definir como la razón entre la carga generada y la carga consumida cuando una célula es excitada Romero et al, 2009;Romero et al, 2005;Shaw y Rudy, 1997b]. Se considera que un SF > 1 indica que la conducción será exitosa.…”

“…En el presente trabajo, el factor de seguridad se calculó con la formulación de Romero y colaboradores [Romero et al, 2005;Romero et al, 2009] y se utilizó como una medida cuantitativa de la conducción y bloqueo de potenciales en modelos unidimensionales de ventrícu-lo sano, ventrículo isquémico 1B, Purkinje-ventrículo sano y Purkinje-ventrículo isquémico 1B. Otros estudios también han calculado el factor de seguridad en ventrículo sano e isquémico [Delgado et al, 1990;Leon y Roberge, 1991;Shaw y Rudy, 1997b;Azene et al, 2001;Romero et al, 2009] y en Purkinje-ventrículo Boyle y Vigmond, 2010]. En el caso del cálculo del SF en Purkinje-ventrículo isquémico 1B, aún no se ha llevado a cabo en otros trabajos.…”