Investigation of pattern generating mechanisms during atrial fibrillation based on the FitzHugh Nagumo equations

Hamann, Claudia

Die häufigste Arrhythmie des Herzens im klinischen Alltag ist Vorhofflimmern. Sie ist die Ursache von einem Drittel aller Behandlungen von Herzrhythmusstörungen. Obwohl das Phänomen des Vorhofflimmerns seit Anfang des letzten Jahrhunderts bekannt ist, sind die zugrunde liegenden Mechanismen noch nicht ausreichend verstanden. Als mögliche generierende Mechanismen werden in dieser Arbeit ektopische Zentren und Spiralwellen auf der Grundlage der FitzHugh-Nagumo- Gleichungen untersucht. Zur Darstellung von lokalen Gewebeveränderungen und der mit ihnen verbundenen Entstehung von ektopischen Zentren und Spiralwellen werden Zelleigenschaften wie die Anregbarkeit und die Stabilität des Ruhezustandes in räumlich begrenzten Gebieten variiert. Das Auftreten von Aktivitätsmustern in Abhängigkeit der linearen Ausdehnung der modifizierten Zellbereiche und der Stärke der Modifikation wird in dynamischen Phasendiagrammen erfasst und die mit den verschiedenen Mustern verbundenen Eigenschaften werden analysiert. Der abschließende Teil betrifft die Untersuchung von Mustern, welche durch Interferenz von regelmässigen, periodisch angeregten Wellen im rechten Vorhof mit Wellen ausgehend von einer stabilen Spiralwelle im linken Vorhof entstehen. Es wird gezeigt, dass diese Interferenz Ursache eines Flimmerzustandes im rechten Vorhof sein kann. Dabei führt insbesondere eine hohe Anregungsrate zu einem irregulären, flimmerähnlichen Zustand im rechten Vorhof. Sie erweist sich als Schlüsselfaktor für das Auftreten von Flimmerepisoden.

Atrial fibrillation is the most important arrhythmia in clinical practice, accounting for one third of hospitalisations for cardiac disrhythms. Although it is known since the beginning of the last century, the underlying mechanisms are still under disucssion. In this work two proposed mechanisms are investigated, ectopic activity and spiral waves, with focus on their generating conditions, characteristic properties and wether they can be a possible cause of atrial fibrillation. Thereby, the cell properties like excitability and resting state stability are spatially varied to model possible generating conditions. The calculations are carried out on the basis of the FitzHugh Nagumo model. Dynamical phase diagrams are constructed for the ectopic activity as well as for the spiral waves, which classify the behaviour of the system in dependence on the properties of the spatial variation of the cell properties. The fibrillation rate is analysed and a transition from anatomical to functional reentry is observed for the spiral waves. Moreover, interference patterns of waves are studied in comparison to patterns found in recent experiments. The interference of waves from a stable spiral wave in the left atrium with regular paced waves in the right atrium, as a model of the sinus node, is shown to be a possible cause of fibrillation in the right atrium. A high pacing rate can yield an irregular, fibrillatory state, which describes the generation of fibrillation episodes and is seen as a key factor for the occurrence of fibrillation episodes.

Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Zitieren

Zitierform:

Hamann, Claudia: Investigation of pattern generating mechanisms during atrial fibrillation based on the FitzHugh Nagumo equations. 2008.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Export