Interrelation between the number of ectopic foci and the chaoticity degree of ventricular fibrillation

Abstract

Электрическая активность сердца при фибрилляции желудочков регистрируется на ЭКГ как хаотичное чередование разных по амплитуде и длительности возбуждений. Для количественного анализа этих показателей широко используются методы математического моделирования и теории хаоса. Цель исследования - использование методов математического моделирования для изучения взаимосвязи между степенью хаотичности процесса фибрилляции желудочков и количеством эктопических фокусов, функционирующих в миокарде желудочков. Электрическую активность сердца при фибрилляции желудочков моделировали суммой N-независимых импульсных потоков с различными амплитудно-частотными и фазовыми характеристиками. Степень хаотичности электрической активности сердца оценивали с помощью энтропии и фазовых портретов амплитуд фибриллярных осцилляций. Методом компьютерного моделирования рассчитывали теоретические зависимости степени хаотичности фибриллярных осцилляций от количества импульсных потоков. Результаты теоретических расчетов сопоставляли с результатами физиологических экспериментов, выполненных на крысах и собаках. Показано, что степень хаотичности фибриллярных осцилляций различна у крыс и собак и зависит от числа эктопических фокусов, функционирующих в миокарде желудочков. Для крыс были характерны двухочаговые типы моделей фибрилляции желудочков, для собак - многоочаговые (4-5 фокусов) типы моделей. Cardiac electrical activity during ventricular fibrillation shows on electrocardiogram as chaotic alternation of excitations different in amplitude and duration. Methods of mathematical modeling and the chaos theory are widely used for quantitative analysis of these irregularities. The aim of the present work was using methods of mathematical modeling to study the interrelation between the chaoticity degree of ventricular fibrillation and the number of myocardial ectopic pacemakers. Cardiac electrical activity during ventricular fibrillation was modeled as a sum of N independent pulse streams with various amplitude-frequency and phase characteristics. The chaoticity degree of heart electrical activity was estimated using entropy and phase portraits of fibrillar oscillations. Theoretical dependences between the chaoticity degree of ventricular fibrillation and the number of pulse streams were calculated using computer modeling. Results of computer experiments were compared with those of real physiological experiments on rats and dogs. The chaoticity degree of fibrillar oscillations was shown to be different in rats and dogs and dependent on the number of ectopic pacemakers functioning in the myocardium. Two-focal types of ventricular fibrillation models were characteristic of rats and multifocal (4-5 foci) types we characteristic of dogs.