Computermodelle errechnen Risiko für Vorhofflattern

Anatomisches Modell des linken Vorhofs einer 70-jährigen Patientin. (Bild: Axel Loewe, KIT)

Wie hoch das Risiko eines Patienten ist, atypisches Vorhofflattern zu entwickeln, ließ sich bisher nicht zuverlässig untersuchen. Das könnte sich nun dank einer neuen Methode ändern.

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben die Methode entwickelt. Unterstützt wurden sie dabei von der Medizinischen Klinik IV des Städtischen Klinikums Karlsruhe sowie der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg und dem Universitäts-Herzzentrum Freiburg – Bad Krozingen. Mit der Methode soll sich das Risiko für Vorhofflattern für jeden Patienten individuell abschätzen lassen. Dazu ermöglichen personalisierte Computermodelle, sämtliche Pfade zu identifizieren, entlang derer die atypischen, kreisende elektrischen Erregungen auftreten können. „Unsere Modelle beziehen anatomische, elektrophysiologische und pharmakologische Kriterien ein“, sagt Dr. Axel Loewe, Leiter der Arbeitsgruppe Herzmodellierung am Institut für Biomedizinische Technik des KIT. Auch die Wirkung von Therapien wie Katheterablation oder Medikamenten soll sich auf diese Weise vorab individuell einschätzen lassen.

Sinnvolle Ergänzung

Die Arbeit der Wissenschaftler zeigt die Vorteile mathematisch simulierter Organe für die Medizin: „Computermodelle bieten eine perfekt kontrollierbare Umgebung für Experimente“, sagt Loewe. „So lassen sich einzelne Änderungen simulieren und ihre Folgen für das Gesamtsystem berechnen“, so der Wissenschaftler weiter. Die Modelle ergänzen klassische Methoden wie Zell- und Tierexperimente und ermöglichen, neue Therapien ohne Risiko für den Menschen zu testen.

Bereits in seiner Dissertation simulierte Loewe die Ursachen von Vorhofflimmern mit dem Computer. Am KIT entwickelten der Forscher und sein Team wirklichkeitsnahe Modelle des Herzens auf allen Ebenen vom Ionenkanal über Zellen und Gewebe bis zum kompletten Organ. So können sie simulieren, wie eine elektrische Erregung entsteht, sich über die Vorhöfe und das gesamte Herz ausbreitet und – bei einem gesund schlagenden Herzen – erlischt oder aber – im Fall bestimmter Herzrhythmusstörungen – sich dauerhaft selbst erhält.

Maßgeschneiderte Therapien

Neben der Simulation grundlegender physiologischer und pathologischer Prozesse befasst sich die Arbeitsgruppe auch mit personalisierten Modellen, um das Risiko von Erkrankungen und die Wirkung von Behandlungen individuell zu bestimmen. Um die persönliche Anatomie, wie Größe und Form der Vorhöfe, eines Patienten zu erfassen, nutzen die Forscher bildgebende Verfahren wie die Magnetresonanztomografie. Bei der Einbeziehung der per Elektrokardiogramm (EKG) aufgezeichneten elektrischen Aktivität des Herzens arbeiten die Forscher mit der ebenfalls am Institut für Biomedizinische Technik des KIT angesiedelten Arbeitsgruppe Bioelektrische Signale zusammen. Sie hoffen, dass ihre Entwicklungen den Weg zu maßgeschneiderten Therapien bereiten. Die aktuelle Arbeit der Forscher ist jetzt in der Zeitschrift Frontiers in Physiology veröffentlicht worden.