Efecto del material particulado del aire de Medellín sobre el tejido cardíaco ventricular. Estudio in silico

Abstract

RESUMEN : En este trabajo se estudió el efecto del material particulado (PM) del aire de Medellín sobre las propiedades electrofisiológicas ventriculares, implementando simulación computacional, modelos unicelulares y bidimensionales de tejido ventricular humano, en combinación con resultados experimentales previos sobre el efecto de PM colectado en la ciudad de Medellín en cultivos cardíacos. Para lo cual, se modeló matemáticamente el efecto dependiente de la concentración del PM de Medellín sobre cardiomiocitos ventriculares, se utilizaron los modelos de célula de ventrículo humano de ten Tusscher y de O'Hara para realizar simulaciones unicelulares con el fin de evaluar el efecto electrofisiológico del PM, y por último, implementando modelos bidimensionales de tejido cardiaco, se realizaron simulaciones para evaluar el efecto del PM sobre la vulnerabilidad a reentrada y por lo tanto, su efecto proarrítmico sobre tejido ventricular. Los resultados mostraron un efecto proarrítmico de PM dependiente de la concentración. A medida que aumenta la concentración de PM, se observa un mayor bloqueo de la corriente de calcio, generando reducciones en la duración del potencial de acción y la velocidad de conducción, aplanando la curva de restitución eléctrica y favoreciendo la aparición de episodios arrítmicos al incrementar la vulnerabilidad del tejido a las reentradas; mostrando un efecto proarrítmico dependiente de la concentración. Este trabajo de grado contribuye a una mejor comprensión de los mecanismos por los cuales el PM del aire de Medellín tienen efectos nocivos para la salud cardíaca, destacando la importancia de abordar políticas encaminadas a reducir la contaminación atmosférica para prevenir enfermedades cardiovasculares relacionadas con la exposición a contaminantes atmosféricos.

ABSTRACT : In this work, the effect of particulate matter (PM) in the air of Medellín on ventricular electrophysiological properties was studied, implementing computational simulation, single-cell and two-dimensional models of human ventricular tissue, in combination with previous experimental results on the effect of PM collected in the Medellín city in cardiac cultures. For which, the concentration-dependent effect of Medellín PM on ventricular cardiomyocytes was modeled mathematically, ten Tusscher's and O'Hara's human ventricle cell models were used to perform single-cell simulations in order to evaluate the electrophysiological PM effects, and finally, by implementing two-dimensional models of cardiac tissue, simulations were performed to evaluate the effect of PM on vulnerability to reentry and, therefore, its proarrhythmic effect on ventricular tissue. The results showed a concentration-dependent proarrhythmic effect of PM. As the concentration of PM increases, a greater blockade of the calcium current is observed, generating reductions in the duration of the action potential and the conduction velocity, flattening the electrical restitution curve, and favoring the appearance of arrhythmic episodes by increasing tissue vulnerability to reentries; showing a concentration-dependent proarrhythmic effect. This work contributes to a better understanding of the mechanisms by which the PM in the air of Medellín has harmful effects on heart health, highlighting the importance of addressing policies aimed at reducing air pollution to prevent cardiovascular diseases related to exposure to atmospheric pollutants.