Modélisation de l’activité électrique du coeur et de sa régulation par le système nerveux autonome

par Karima Djabella

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Michel Sorine.


  • Résumé

    Nous avons développé un modèle de l'activité électrique cardiaque cellulaire dont la structure est moins complexe, sans pour autant affecter les caractéristiques essentielles (potentiel d’action, principaux courants ioniques, courbe de restitution). En outre, nous avons utilisé la même structure de modèle pour représenter l'activité électrique des divers types de cellules cardiaques. Cela permettra de déterminer des régions cardiaques de façon paramétrique et simplifiera l'identification des paramètres dans les modèles numériques de cœur. Par ailleurs, l'analyse de bifurcation nous a permis de retrouver l’origine du régime oscillatoire dans le cas pacemaker, et d’introduire un courant de fuite de calcium qui joue le rôle d'une entrée de commande pour le système nerveux autonome qui lui permet de modifier la fréquence cardiaque. D’autre part, il n’est plus possible de simplifier plus le modèle à l'aide de la méthode des perturbations singulières car ce n’est plus un système de Tikhonov. Le modèle permet une mise en œuvre en boucle fermée tenant compte du contrôle du système cardiovasculaire par l'arc baroréflexe et un couplage excitation-contraction tenant compte de l’effet de la fréquence sur la contractilité. Après avoir démontré la non-existence de solutions périodiques dans le modèle réduit à deux courants ioniques de Mitchell-Schaeffer, nous avons introduit une variante de ce dernier et ainsi étendu ses propriétés d'excitabilité. Le régime oscillatoire est obtenu, soit à travers une bifurcation de Hopf sous ou super critique, soit à travers une bifurcation nœud-col sur cercle invariant. Ce modèle réduit est utilisable dans des applications de traitement du signal ECG.

  • Titre traduit

    Modelling of the electrical activity of the heart and its control by the autonomic nervous system


  • Résumé

    We developed a cellular cardiac electrical activity model which is less complex, without affecting the essential characteristics (action potential, principal ionic currents, restitution curve). Besides, we used the same model’s structure in order to represent the electrical activity of various types of cardiac cells. This will allow the determining of cardiac regions in a parametric manner and will make easier the parametric identification in the numerical models of heart. Otherwise, the bifurcation analysis allowed us to determine the origin of oscillator regime in the pacemaker case, and to introduce a background calcium current that plays the role of a control input of the autonomic nervous system that allows him to modify the heart rate. On the other hand, it is not possible any more to simplify the model using singular perturbations method because it is not any more a Tikhonov's system. The model allows the implementation of the closed loop taking into account the control of the cardiovascular system by the baroreflex and the excitation-contraction coupling taking into account the effect of the frequency on the contractility. After having shown the non-existence of periodic solutions in the reduced two ionic currents model of Mitchell-Schaeffer, we introduced a variant of this last and thus we have extended its excitability properties. The oscillator regime is obtained, either through a sub or super critical Hopf bifurcation, or through a saddle-node bifurcation on invariant circle. This reduced model is usable in ECG signal processing applications.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (160-IX p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. I-IX

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2008)83
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