French summer du HPC : l'étude des arythmies cardiaques grâce au calcul intensif
Mark Poste, chercheur à l'INRIA et son équipe
Les maladies cardiaques sont, avec les cancers, les causes les plus importantes de décès en Europe. Presque la moitié des décès cardiaques est liée à un emballement du rythme cardiaque dû à des arythmies ventriculaires. Les progrès pharmacologiques et interventionnels introduits dans les années 1980 ont considérablement amélioré la survie des patients atteints d’un infarctus. En revanche, à plus long terme, ces patients peuvent développer une défaillance cardiaque, ainsi que des arythmies ventriculaires mortelles. Ces morts subites cardiaques ne se limitent d’ailleurs pas aux seuls patients atteints d’infarctus mais affectent aussi des patients jeunes et apparemment sains; il existe plusieurs syndromes héréditaires provoquant des arythmies létales, souvent même avant qu’une anomalie soit diagnostiquée.
La contraction d’un coeur sain est un mouvement très optimisé qui dépend d’un mécanisme d’activation électrique. Ce mécanisme est assuré par une vingtaine de différents types de «machines» moléculaires dans la membrane extérieure de chaque cellule cardiaque. Bien que très efficace dans un cœur sain, il peut provoquer de graves problèmes en cas de maladie. Par exemple, l’activation peut tourner en rond dans un muscle cicatrisé ou des impulsions anormales peuvent être déclenchées à haut rythme par des cellules malades.
Modélisation de l’activité électrique du coeur, le lignes vertes montrent comment une électrode de l’électrocardiogramme placée juste devant le coeur « voit » l’activité électrique de celui-ci. Les lignes de vue se dirigent vers les trois contre-électrodes qui sont placées sur les deux bras et la jambe gauche. Vue antérieure.
L’équipe utilise le calcul scientifique pour comprendre ces mécanismes, utilisant des modèles mathématiques qui ont été développés suite à des résultats d’expériences sur des cellules cardiaques. Déjà très complexes dans une seule cellule, ces modèles demandent un calcul à haute performance pour simuler l’interaction des 2 milliards de cellules que comporte un cœur entier.
Ce travail s’insère dans l’IHU Liryc, un institut de recherche dédié aux arythmies cardiaques, dont l’équipe clinique est l’une des plus importantes dans le monde pour le traitement de ces maladies. Les modélisateurs y collaborent étroitement avec les cardiologues ainsi qu’avec des biologistes, physiologistes, etc., qui s’adressent tous aux différents aspects des arythmies cardiaques. Ces collaborations nous permettent de faire un travail qui a un réel impact sur le diagnostic et le traitement des patients.