Mathematics of the Breaking Heart
- Reference number
- SM24-0035
- Project leader
- Wallman, Mikael
- Start and end dates
- 250101-261231
- Amount granted
- 1 083 040 SEK
- Administrative organization
- Fraunhofer-Chalmers Centre
- Research area
- Life Sciences
Summary
The main goal is to use mathematical modelling to study the broken heart, or takotsubo (TS), syndrome. TS is poorly understood and often caused by emotional trauma and characterized by a regional ventricular paralysis without the signs of cardiac infarction. The project has three phases. In phase 1, a descriptive model of characteristic ECG-changes during initiation and recovery of TS will be developed. This will entail analysing large amounts of ECG signals and inferring a common/average set of characteristic changes. The resulting descriptive mode might be used to derive risk biomarkers. In phase 2, the results will be utilized to extend the mathematical description to cardiac activation, to determine which dynamical changes to cardiac activation patterns underly the observed changes in ECG. The outcome will be a mathematical model incorporating an improved understanding of the electrophysiological characteristics of TS. In phase 3, the model will again be extended to incorporate detailed cellular electrophysiology and mechanics, allowing the model to predict contraction based on the electrical activation established in phase 2. Differences between predicted and clinically/experimetally measured contraction will be minimized by modifying parameters for cellular function, thereby generating new hypotheses and insights about what causes TS on the cellular level. Expected outcomes are novel understanding, improved clinical practice and novel drug targets.
Popular science description
De flesta har hört talas om brustet hjärta, men få vet att det faktiskt är ett riktigt sjukdomstillstånd som man kan drabbas av. Vid brustet hjärta förlamas delar av hjärtat, ofta till följd av en stark känslomässig chock. Symptomen liknar hjärtinfarkt, men den underliggande mekanismen är fortfarande dåligt förstådd. I det här projektet vill vi använda matematik för att bättre förstå hur brustet hjärta uppkommer och hur återhämtningen går till. Projektet består av tre faser. I fas 1 skapar vi en matematisk modell av förändringar i EKG-signaler under utveckling av, och återhämtning från, brustet hjärta. Detta kräver att vi analyserar en stor mängd EKG-signaler för att hitta gemensamma mönster som kan beskriva vad som händer under hela förloppet sjukdomsförloppet. I fas 2 utökar vi den matematiska modellen till att täcka in hela hjärtats elektriska aktivering, alltså den ström som normalt får hjärtat att dra ihop sig. Detta kommer att tillåta oss att studera möjliga orsaker till de typiska förändringarna i EKG vid brustet hjärta i termer av strömmar i hjärtat. I fas 3 utökar vi modellen igen genom att lägga till en detaljerad beskrivning av hur hjärtat fungerar på cellnivå, och hur enskilda hjärtceller drar ihop sig när de nås av strömmen. Den nya modellen kommer att kunna användas för att göra förutsägelser hur hjärtat drar ihop sig vid olika typer av elektrisk aktivering. Genom att jämföra de här förutsägelserna med riktiga ultraljudsmätningar från patienter och djur modeller med brustet hjärta så kan vi sen dra slutsatser om vad som kan och inte kan hända inne i hjärtcellerna. Vi hoppas att projektet kan skapa nya hypoteser om hur brustet hjärta orsakas, vilket i förlängningen också kan leda till förbättrad klinisk behandling och nya mediciner.