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MODELO UNICELULAR NODO SAN Introducción. El nodo san es el conjunto de células que presenta uno de los papeles más importantes en el corazón como es la de marcapasos; su función primordial es generar el primer impulso cardiaco del corazón permitiendo el funcionamiento eléctrico del mismo, por este motivo es conocido como el marcapasos primario; el propósito del siguiente documento es presentar un modelo matemático con el cual simularemos el funcionamiento del nodo san de manera unicelular, el cual servirá de alimento para modelos posteriores. El propósito primordial del modelo es servir de alimento para el funcionamiento de un modelo mucho más grande en el cual se trata de recrear el funcionamiento completo del corazón humano computacionalmente, el cual servirá para simular cualquier estudio clínico echo sobre el corazón sin la necesidad de experimentar directamente sobre el paciente o sobre algún otro espécimen de la fauna terrestre. El modelo presenta un avance significativo en la ciencia moderna ya que este facilitara cualquier intervención y servirá para probar diferentes tipos de medicamentos creados para controlar cualquier problema que pueda presentarse en el corazón humano Marco teórico. Para el nodo san existen modelos posteriores los cuales han sido creados en base a estudios realizados sobre conejos, cerdos, y otros estudios de forma académica que no generan ningún modelo especifico; por esta razón se tomo la decisión de generar el modelo basado principalmente en el articulo escrito por Inada, en el cual se dan a grandes rasgos los pasos a seguir para convertir el modelo de Courtemanche en el modelo para el nodo san humano. Teniendo este documento como base se pudo recrear un modelo que funciona de forma satisfactoria, el cual comparado con la grafica real del impulso eléctrico del nodo san (figura 1) es bastante aceptable y sirve para proseguir con los pasos siguientes para la recreación total del corazón humano Métodos. Se genera un modelo matemático basado principalmente en el modelo de la aurícula creado por Courtemanche, del cual se toman las corrientes (INa, IK1, Ito, IKur, IKr, IKs, ICal), complementados con (ICat, IF) obtenidos de otros modelos como son los de Verkerk y los de conejo [2,3], siendo la corriente IF una de las mas importantes en el modelo ya que gracias a esta se puede generar la despolarización diastólica la que le da la forma a la grafica del potencial eléctrico del nodo san. El modelo es colocado en ejecución un tiempo de 10 minutos para poder verificar su estabilidad y verificar que pueda ser usado para los pasos siguientes; además de esta ejecución se hizo otra ejecución de 1 minuto con la cual se verifica que la onda generada sea completamente compatible con la del nodo san original; para lograr esto se requiere de un impulso inicial el cual permite que el modelo generado entre en funcionamiento, Los datos de este impulso inicial con los cuales se pone en marcha y se verifica el correcto funcionamiento del modelo son: un estimulo que inicia en 0.0 ms, con un BCL de 20.0, un paso de tiempo de 0.01ms, duración de estimulo 1000.0 ms, una corriente de estimulo de 100.5mV y una frecuencia de resultados de 1; estos datos fueron obtenidos por fuerza bruta mediante el método de ensayo error ya que no fue encontrado ninguna guía en la cual se dieran a conocer estos valores con los cuales fue posible que el modelo funcionara. Para la generación del modelo se utilizó el lenguaje fortran ya que este permite generara gran cantidad de datos en lapsos de tiempo cortos; de este se generan los datos correspondientes al potencial de acción del nodo san, el cual se verifica posteriormente en matlab probando el buen funcionamiento del modelo; el modelo también es codificado en matlab lo que elimina la necesidad de migrar de lenguaje para poder graficar los resultado obtenidos en la ejecución del modelo final. Modelo. El potencial de acción es resultado de la suma de las diferentes corrientes involucradas en el modelo (Iion = INA + IK1 + Ito + IKur + IKr + IKs + ICAL + ICAT + IF), de las cuales las corrientes (INA, IK1, Ito, IKur, IKr, IKs, ICAL) Son tomadas del modelo original de Coutermanche, la corriente (ICAT) es tomada del modelo realizado sobre el nodo san en conejos y la corriente (IF) es tomada del estudio hecho por Verkerk sobre esta corriente. Para la codificación del modelo se usó la plataforma de visual estudió junto con el compilador para fortran de Intel, los que permiten generar la cantidad de cálculos necesarios para hacer las pruebas correspondientes al modelo, los resultados de estos cálculos son graficados en matlab y la grafica resultante comparada con la gráfica n° 1tomada del estudio hecho por Natalie J. en la cual se presenta el tipo de onda que genera el nodo san con sus amplitudes El modelo final se encuentra completo en el material de apoyo adjunto, el cual contiene la codificación tanto en FORTRAN como en MATLAB, el archivo con datos del impulso inicial y los archivos con las pruebas del modelo en 1D y en 2D; los datos son teniendo en cuenta que al no tener un modelo creado y probado científicamente puede presentar algunas variaciones con un modelo generador matemáticamente. Resultado. El resultado final del modelo se muestra en la figura n° 2 en la cual podemos apreciar la honda generada por el modelo y con la cual verificamos el funcionamiento del modelo comparado con el funcionamiento real de nodo san presente en el corazón humano. Teniendo el modelo ya funcionando unicelularmente se procede a hacer las pruebas del modelo en 1 y 2 dimensiones con el fin de probar si el modelo puede ser usado para una simulación del funcionamiento del corazón comprobando el correcto funcionamiento del mismo, ya cuando se pruebe el traspaso de energía de una célula en 1 y2 dimensiones podemos decir que el modelo es totalmente funcional. El código final del modelo está escrito tanto en fortran como en matlab permitiendo con esto hacer pruebas más rápido y fácil gracias a la gran capacidad de cálculos que ofrecen estos dos lenguajes; pudiendo ser usado por más personas para poderlo mejorar o añadir cosas al mismo. Conclusiones. Siendo el nodo san el conjunto de células con mayor importancia presentes en el corazón y teniendo un modelo matemático con el cual se pueda representar virtualmente es un gran avance ya que un modelo 3d es menos riesgoso y menos dañino para la fauna porque ya los experimentos futuros serán hechos en máquinas y no en seres vivos. El modelo es uno de los primeros pasos en la creación de un corazón virtual y su importancia radica en que con este se podrá poner en funcionamiento autónomo el corazón generando solamente el primer impulso cardiaco. Este modelo tiene una gran importancia ya que repercute sobre una de las partes del cuerpo humano que presenta muchos inconvenientes y sobre el cual es muy complicado experimentar realmente. Referencias. Mathematical Models of Human Sinus and Atrioventricular NodeAction Potentials Single Cells Isolated from Human Sinoatrial Node Mathematical models of action potentials in the periphery and center of the rabbit sinoatrial node Ionic mechanisms underlying human atrial action potential properties: insights from a mathematical model Molecular Architecture of the Human Sinus Node : Insights Into the Function of the Cardiac Pacemaker