Synchronisation chaotischer früher Nachdepolarisierungen in der Entstehung von Herzrhythmusstörungen

Die Synchronisation gekoppelte Oszillatoren spielt eine wichtige Rolle in vielen biologischen Systemen, einschließlich des Herzens. Bei Herzerkrankungen können Herzmuskelzellen abnormal elektrische Oszillationen wie frühe Nachdepolarisierungen (EADs) aufweisen, die mit letalen Arrhythmien assoziiert sind. Eine zentrale, unbeantwortete Frage ist, wie zelluläre EADs teilweise im Gewebe synchronisiert werden, da dies notwendig ist, damit sie sich ausbreiten können. Hier präsentieren wir Beweise aus computergestützten Simulationen und Experimenten an isolierten Myozyten, dass irregular EAD-Verhalten dynamisches Chaos ist. Wir zeigen dann in elektrisch homogenen Gewebemodellen, dass chaotische EADs global synchronisieren, wenn das Gewebe kleiner ist als eine kritische Größe. Wenn das Gewebe jedoch die kritische Größe überschreitet, kann die elektrotechnische Kopplung EADs nicht mehr global synchronisieren, was zu Regionen partieller Synchronisation führt, die sich in Zeit und Raum verschieben. Diese regional partiell synchronisierten EADs bilden dann vorzeitige ventrikuläre Komplexe, die in regeneriertes Gewebe ohne EADs fortpflanzen. Dieser Prozess erzeugt mehrere vorzeitige ventrikuläre Komplexe, die als korrigierte "verschobene" Brennpunkte propagieren, die der polymorphen ventrikulären Tachykardie ähneln. Verschobene Brennpunkte, die auf verschobene Repolarisationsgradienten treffen, können auch lokalisierte Wellenbrüche entwickeln, die zu Reentry und Vorhofflimmern führen. Wie von der Theorie vorhergesagt, zeigten Kaninchenherzen, die oxidativem Stress (H(2)O(2)) ausgesetzt waren, mehrere verschobene Brennpunkte, die polymorphe Tachykardie und Vorhofflimmern verursachten. Dieser Mechanismus erklärt, wie kollektives zelluläres Verhalten auf Gewebeebene integriert, um tödliche Herzrhythmusstörungen über einen breiten Bereich von Herzfrequenzen zu erzeugen.