Tema: Matematikk

Matematikk med hjertet

Anne Berit Heieraas
Illustrasjon: Gorm Kallestad

Ved Institutt for fysiologi og biomedisinsk teknikk arbei- der professor Bjørn Angelsen, professor Hans Torp og
fem doktorgrads-stipendiater med numerisk hjerteforskning. De bruker matematikk for å regne ut hvordan hjertet fungerer. Kunnskapen kan i nær framtid brukes til å stille mer nøyaktige diagnoser på hjertepasienter.

For å finne ut hvordan hjertepumpen fungerer, er det spesielt kraften og sammentrekningene i muskelcellene forskerne studerer. Ved hjelp av ultralydbilder av hjertet, regner doktorgradsstipendiat Stein Inge Rabben ut ulike parametre som gir et mål på muskelkraften og sammentrekningen gjennom et hjerteslag. Doktorgradsstipendiat Vidar Sørhus tilpasser Rabbens utregninger til en modell av hjertecellenes muskelfunksjoner.

Hjertets matematikk
Angelsen og hans stipendiater har et samarbeid med Kardeologisk avdeling ved Regionsykehuset i Trondheim. Derfor er det mulig for dem å undersøke pasienter med hjertesykdommer, som for eksempel klaffefeil eller hjerteinfarkt. En feil på hjerteklaffen gjør at blodet slippes ujevnt inn i hjertekamrene, noe som utgjør en stor belastning på hjertemuskelen. Under et infarkt blokkeres blodårer i hjertet slik at det ikke får tilførsel av blod og oksygen. Dette kan skade deler av muskulaturen i hjertet. Det døde muskelvevet gjør ingen nytte for seg og blir derfor en belastning for hjertepumpen. Hjertet forsøker å finne fram til måter å veie opp for skadene, for eksempel ved at den friske muskulaturen utvikler seg og arbeider hardere. Likevel er det grenser for hva hjertet kan tåle. Legene må da kompensere med medisiner eller operasjon. Matematiske beregninger av hvordan hjertet arbeider etter et infarkt eller med en klaffefeil, gi legene kunnskap om hva som må gjøres for at hjertet skal fungere best mulig. Man kan beregne om det er nødvendig med operasjon - og hvilket tidspunkt som er best for operasjonen.

Lokale defekter vanskeligst
Det finnes to typer hjertesykdommer; diffuse tilstander som berører hele hjertet, for eksempel betennelse eller lekkasje i hjerteklaffen, og lokale defekter som kan være hjerteinfarkt. Matematiske beregninger av lokale defekter som bare berører deler av hjertet, er vanskeligere å beregne enn diffuse tilstander som berører hele hjertet. Kraftige datamaskiner er viktige verktøy i arbeidet med å oversette hjertets funksjoner til matematikk. Først de seinere årene har det eksistert datamaskiner med stor nok regnekapasitet til å håndtere disse matematiske beregningene.

Forskningen er en del av en større satsning på bruken av ultralyd i hjertediagnose. Professor Angelsen har også vært med på å utvikle ultralydinstrumenter for hjertet, som nå er tatt i bruk for å kunne regne på hjertet.

*Kontakt ved NTNU: Bjørn Angelsen
Tlf.: 73 59 87 22
E-post: Bjorn.Angelsen@medisin.ntnu.no