Superposition de couches de fibres et propagations anormales : une étude numérique
Résumé
Context : Abrupt variations of fibre directions in the thickness of the atrial tissues have been documented : superimposed fibre layers with different directions have been identified in the left atrium or in the pulmonary veins (PV) and presented as possible sources of perturbation of the electrical conduction. An optical mapping study completed by histological observations on a ventricular swine model showed reentries induced by those type of structure after ischemia. The purpose of this work is to use a numerical model to investigate the consequences of transmural fibre direction heterogeneities on electrical propagation. Method : A bilayer mathematical model that allows to represent heterogeneities of fibre direction is constructed. A numerical implementation is then constructed on a PV geometry that includes transmural heterogeneities of fibres and substrate, consistant with histological and electrophysiological data. S1-S2 stimulation protocols are then applied to model an ectopic source. Results : The abrupt variation of fibre direction from a layer to another triggers a distinct propagation dynamic at depolarization and repolarization times. The propagation is more anisotropic during depolarization, and more isotropic during repolarization, inducing APD gradients and conduction bloc. When this phenomenon is combined with a specific substrate, episodes of complex propagation are observed. Conclusion: The mathematical model that we introduced is able to show that the superimposition of layers with distinct fibre directions is a structure that triggers perturbation of the electrical propagation. This architecture, combined with an altered substrate can induce pathological propagations.
Contexte : Des variations abruptes de directions de fibres dans l'épaisseur du tissu auriculaire ont été documentées : des couches de fibres superposées de directions différentes ont été identifiées dans l'oreillette gauche ou dans les veines pulmonaires (VP) et présentées comme de possibles sources de perturbation de la conduction électrique. Une étude par optical mapping complétée par des observations histologiques sur un modèle ventriculaire porcin a montré l'existence de réentrées induites par ce type de structure après ischémie. L'objet de ce travail est d'utiliser un modèle numérique pour étudier les conséquences sur la propagation électrique des hétérogénéités de directions de fibres d'une couche à l'autre. Méthode : Un modèle mathématique permettant de représenter l'hétérogénéité d'orientation sur une surface est construit. Une implémentation numérique est ensuite définie sur une géométrie de VP incluant des scénarii de structures fibreuses et de substrats, consistants avec les descriptions histologiques et les données électrophysiologiques. Des protocoles de stimulations successives sont appliqués pour modéliser une source ectopique. Résultats : La variation brusque de direction de fibres d'une couche à l'autre provoque une dynamique distincte lors de la dépolarisation et de la repolarisation : la propagation est très anisotrope lors de la dépolarisation, alors qu'elle est plus isotrope lors de la repolarisation, induisant ainsi des gradients de durées de potentiel d'action et des blocs de conduction lors des stimulations suivantes. Lorsque ce phénomène se combine avec des hétérogénéités du substrat, des épisodes de propagations complexes sont observés. Conclusion : Le modèle mathématique proposé permet de montrer que la superposition de couches de fibres de directions différentes est une structure à même de perturber la propagation électrique. Cette architecture fibreuse combinée à une altération du substrat peut induire des propagations pathologiques.
Domaines
Modélisation et simulation| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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