Multiscale modelling for the calcium dynamics in cardiac electrophysiology

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Novaes, Gustavo Montes
• Orientador(a): Santos, Rodrigo Weber dos
• Banca de defesa: Rocha, Bernardo Martins , Lobosco, Marcelo , Domínguez, Blas Echebarria , Campos, Fernando Otaviano
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Modelagem cardíaca; Dinâmica de cálcio; Multiescala; Cardiac modeling; Calcium dynamics; Multiscale
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
• Link de acesso: https://doi.org/10.34019/ufjf/te/2023/00123; https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/16323

Um componente crítico para que as células cardíacas desempenhem sua função primária, contração do órgão cardíaco, é a regulação da concentração intracelular de cálcio. O íon cálcio é o elemento chave na contratilidade das células cardíacas e sua dinâmica intracelular envolve diversas atividades físico-química. Todo o processo é denominado processo de Liberação de Cálcio Induzida por Cálcio (Calcium Induced Calcium Release - CICR). As atividades que compõem o processo CICR são de alta complexidade e envolvem fenômenos espaciais e temporais em multiescala. Dessa forma, um modelo computacional capaz de reproduzir esse processo crucial para o correto funcionamento do coração nessas diferentes escalas poderá contribuir para a compreensão da relação entre as atividades em microescala e os efeitos que elas causam no comportamento de todo o órgão. Assim, esta tese propõe um novo modelo computacional espaço-temporal para o miócito do ventrículo esquerdo humano capaz de reproduzir a estocasticidade presente na natureza microescala da célula e determinar os efeitos desses fenômenos locais no comportamento celular em macroescala. O desenvolvimento deste modelo multiescala foi baseado em um modelo celular consolidado. Este modelo base foi modificado incorporando Variáveis Aleatórias em sua formulação. Isso permitiu que a versão atualizada do modelo replicasse fenômenos que ocorrem em nível subcelular, como o comportamento estocástico de canais iônicos e liberações espontâneas de cálcio. Além disso, a característica multiescala do modelo foi implementada através da introdução de dois parâmetros nas formulações do CICR que permitem a utilização do modelo para reproduzir os resultados em escalas subcelulares e celulares. O modelo proposto apresentou resultados satisfatórios; simulados sob a condição de microescala, o modelo foi capaz de reproduzir as liberações espontâneas de cálcio enquanto que, sob uma visão de macroescala, reproduziu também os resultados determinísticos esperados. Além disso, este novo modelo poderá possibilitar novos estudos na compreensão de patologias cardíacas e sua associação com as estruturas subcelulares.