Thesis (Ph.D)--Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2009. / Committee Co-Chair: Shawn Hochman; Committee Co-Chair: Stephen P. DeWeerth; Committee Member: Lena Ting; Committee Member: Robert J. Butera; Committee Member: Robert Lee; Committee Member: Vivian K. Mushahwar. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.

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Thesis (Ph. D.)--University of Alabama at Birmingham, 2007. / Additional advisors: Susan Bellis, Vladimir Fast, Chi-Tsou Huang, Donald Muccio. Description based on contents viewed June 23, 2009; title from PDF t.p. Includes bibliographical references.

Orientadores: Jose Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T21:37:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_PedroXavierde_D.pdf: 1201901 bytes, checksum: 1bcd2243dc00b131571c89796a38a8f8 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A desfibrilação é a única terapia conhecida para reverter o quadro de fibrilação ventricular. Entretanto, a estimulação do coração com campos elétricos de grande magnitude durante a desfibrilação pode lesar miócitos cardíacos, e, como conseqüência, a eficiência contrátil do coração ser reduzida. Neste trabalho, estudamos o efeito da estimulação por campo elétrico (E) de alta intensidade sobre miócitos cardíacos isolados de rato. O valor máximo de potencial extracelular gerado por E (Ve-max) foi estimado usando-se um modelo eletromagnético. Os principais resultados foram: a) A aplicação de E de alta intensidade causa aumento sustentado de [Ca2+] citoplasmática ([Ca2+ ]i), bem como contratura, que são dependentes de [Ca2+] extracelular; para campos maiores que 50 V/cm, estas respostas são irreversíveis e levam à morte celular; b) retículo sarcoplásmatico, mitocôndrias, trocador Na+-Ca2+ de canais de Ca2+ do sarcolema não contribuem de forma significativa para estes efeitos; c) durante aplicação de choques a células despolarizadas com alta [K+] extracelular, observou-se um incremento de Ve-max semelhante ao valor do potencial transmembrana de repouso (Vm ~-85 mV), o que indica que Ve-max pode ser considerado uma estimativa razoável da máxima variação de Vm durante o choque; d) aumento da resistência celular ao efeito letal de E, avaliada pelo valor de E associado a probabilidade de letalidade de 50% (EL50), ocorreu com a aplicação de pulsos bipolares da mesma energia, durante a estimulação de receptores ß- adrenérgicos, e em miócitos isolados de animais nos quais foi induzido stress por imobilização e choques nas patas repetidos. Conclui-se que: a) O aumento sustentado de [Ca2+]i ocorre provavelmente por influxo do íon através de poros hidrofílicos formados na membrana devido à imposição de E de alta intensidade (eletroporação); b) a superioridade de pulsos desfibrilatórios bipolares, já descrita na literatura, pode dever-se, pelo menos em parte, pelo menor potencial letal desta forma de onda; c) tanto a estimulação ß-adrenérgica in vitro, quanto a condição de stress parecem conferir proteção contra o efeito letal de E. Espera-se que estes resultados representem uma contribuição para o desenvolvimento de procedimentos mais seguros, tanto para desfibrilação, quanto para estimulação marca-passo do coração / Abstract: Electric defibrillation is currently the treatment able to reverse ventricular fibrillation. However, cardiac stimulation with high-intensity electric fields may cause injury to myocardial cells, thus impairing cardiac contractility. In this study, the effects of highintensity electric fields (E) on isolated rat ventricular myocytes were analyzed. The maximum value of field-induced extracellular potential (Ve-max) was estimated using an electromagnetic model. Our main results were: a) Application of high-intensity E causes sustained increase in cytosolic [Ca2+] ([Ca2+]i) and marked cell contracture, and both effects depend on the presence of extracellular Ca2+; for E> 50 V/cm, these responses are irreversible and lethal injury develops; b) sarcoplasmic reticulum, mitochondria, Na+-Ca2+ exchanger and sarcolemmal L-type Ca2+ channels do not seem to contribute significantly to such effects; c) when shocks were applied to cells depolarized by high extracellular [K+], Ve-max was increased by an extent that was close to the value of the resting transmembrane potential (Vm ~-85 mV), which indicates that Ve-max may be considered a reasonable estimation of the maximum variation of Vm during the shock; d) increase in cell resistance to the lethal effect of E, assessed as the value of E associated to 50% probability of lethality (EL50), was observed during application of biphasic stimuli with the same pulse energy, during ß-adrenergic receptor stimulation, and in myocytes isolated from rats in which stress was induced by repeated immobilization and footshock. It may be concluded that: a) The sustained increase in [Ca2+]i is probably due to Ca2+ influx through hydrophilic membrane pores generated during application of high-intensity E (electroporation); b) the better defibrillation results described in the literature with biphasic shock may be due, at least partly, to the lesser ability of this waveform to cause lethal injury; c) both in vitro ß-adrenergic stimulation and the stress condition in vivo appear to exert a protective effect against the lethal effect of E. We expect that the present results may contribute to the development of safer procedures for both pacemaker and defibrillatory field stimulation of the myocardium / Doutorado / Engenharia Biomedica / Doutor em Engenharia Elétrica