Gender gap in heart disease – differences in female and male biomechanics
Koivunen, Venla (2023)
Koivunen, Venla
2023
Bioteknologian ja biolääketieteen tekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Biotechnology and Biomedical Engineering
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-05-11
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304284827
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304284827
Tiivistelmä
Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide, for both males and females. Still, sex differences are considered insignificant in treatment of heart disease, and the reasons behind the sex differences are poorly understood, even though the differences have been recognized in signs and symptoms. Understanding the sex-based differences will help in diagnosis and treatment of cardiac diseases.
The aim of this literature review is to comprehensively look into the sex-based differences in male and female heart function. Beginning with a overview of the cardiovascular system, cardiomyocytes, ion channels, cardiac action potential propagation and cardiac excitation-contraction coupling, the thesis looks into the significant differences in electrocardiogram and heart geometry between males and females. Also, the impact of sex hormones is reviewed in cardiac function. Then, the thesis looks into how sex differences appear in the cardiac diseases and how they affect in the risk of getting a cardiac disease.
Moreover, the review looks into computational modelling and simulation methods that are currently used in research to better understand the complexity of the heart. In addition to whole-heart models, cell- and tissue-scale models are also considered. Special attention is paid to sex differences, how they have been considered in the models, and how the effects of sex hormones are considered in action potential in research. Also, the review inspects how sex phenotype affects the risk of arrhythmia through models utilizing machine learning.
Computational modelling of the heart will become useful in personalized medicine in the future. In the future, if a digital model of the patient’s heart is to be created, it is essential to understand and account for sex differences in cardiac function and in cardiovascular diseases. Also, machine learning methods will offer new opportunities in the field of research on sex differences in the heart and heart disease. This review emphasizes the critical role of taking sex-based differences into account in developing of accurate computational heart models for future personalized medicine, and highlights the need for further research in this area. Sydän- ja verisuonisairaudet ovat miesten ja naisten yleisin kuolinsyy maailmanlaajuisesti. Sukupuolierojen ajatellaan olevan merkityksettömiä sairauksien hoidossa, ja niiden perimmäisiä syitä ymmärretään huonosti, vaikka sairauksien oireissa tiedetään olevan eroja sukupuolten välillä. Sukupuolesta johtuvien erojen ymmärtäminen auttaa sydän- ja verisuonisairauksien diagnosoinnissa ja hoidossa.
Tämän kirjallisuuskatsauksen tavoitteena on tutustua kattavasti sukupuolesta johtuviin eroihin miesten ja naisten sydämen biomekaniikassa. Työn alussa tarkastellaan sydän- ja verisuonijärjestelmää, kardiomyosyyttejä, ionikanavia, sydämen aktiopotentiaalia sekä ärsytys-supistuskytkentää, jonka jälkeen vertaillaan sydänsähkökäyrän ja sydämen geometrian sukupuolisia eroja. Lisäksi tarkastellaan sukupuolihormonien vaikutusta sydämen toimintaan. Työssä tarkastellaan myös sukupuolieroja sydänsairauksissa ja miten erot vaikuttavat riskiin sairastua sydänsairauteen.
Työssä tarkastellaan myös laskennallisia mallinnus- ja simulointimenetelmiä, joilla voidaan tutkia sydämen monimutkaista rakennetta ja toimintaa. Työssä käsitellään koko sydäntä simuloivien mallien lisäksi myös solu- ja kudostason malleja. Huomiota kiinnitetään etenkin sukupuolieroihin, kuinka niitä on huomioitu laskennallisissa malleissa ja miten sukupuolihormonien vaikutukset aktiopotentiaalissa ilmenevät tutkimuksissa. Lisäksi työssä tarkastellaan sukupuolifenotyypin vaikutusta sydämen rytmihäiriöiden riskiin koneoppimista hyödyntävien mallien kautta.
Sydämen laskennallista mallinnusta voidaan tulevaisuudessa hyödyntää yksilöllistetyssä terveydenhoidossa. Sukupuolierojen ymmärtäminen ja huomioon ottaminen sydämen toiminnassa sekä sydän- ja verisuonisairauksissa on välttämätöntä, jos tulevaisuudessa halutaan luoda digitaalinen malli potilaan sydämestä. Koneoppimismenetelmät tulevat tarjoamaan tulevaisuudessa uusia mahdollisuuksia sydämen sukupuolierojen ja sydänsairauksien tutkimuksen saralla. Tämä kirjallisuuskatsaus korostaa sukupuolierojen huomioon ottamisen tärkeyttä laskennallisten mallien kehittämisessä ja nostaa esille tarpeen aiheen lisätutkimukselle.
The aim of this literature review is to comprehensively look into the sex-based differences in male and female heart function. Beginning with a overview of the cardiovascular system, cardiomyocytes, ion channels, cardiac action potential propagation and cardiac excitation-contraction coupling, the thesis looks into the significant differences in electrocardiogram and heart geometry between males and females. Also, the impact of sex hormones is reviewed in cardiac function. Then, the thesis looks into how sex differences appear in the cardiac diseases and how they affect in the risk of getting a cardiac disease.
Moreover, the review looks into computational modelling and simulation methods that are currently used in research to better understand the complexity of the heart. In addition to whole-heart models, cell- and tissue-scale models are also considered. Special attention is paid to sex differences, how they have been considered in the models, and how the effects of sex hormones are considered in action potential in research. Also, the review inspects how sex phenotype affects the risk of arrhythmia through models utilizing machine learning.
Computational modelling of the heart will become useful in personalized medicine in the future. In the future, if a digital model of the patient’s heart is to be created, it is essential to understand and account for sex differences in cardiac function and in cardiovascular diseases. Also, machine learning methods will offer new opportunities in the field of research on sex differences in the heart and heart disease. This review emphasizes the critical role of taking sex-based differences into account in developing of accurate computational heart models for future personalized medicine, and highlights the need for further research in this area.
Tämän kirjallisuuskatsauksen tavoitteena on tutustua kattavasti sukupuolesta johtuviin eroihin miesten ja naisten sydämen biomekaniikassa. Työn alussa tarkastellaan sydän- ja verisuonijärjestelmää, kardiomyosyyttejä, ionikanavia, sydämen aktiopotentiaalia sekä ärsytys-supistuskytkentää, jonka jälkeen vertaillaan sydänsähkökäyrän ja sydämen geometrian sukupuolisia eroja. Lisäksi tarkastellaan sukupuolihormonien vaikutusta sydämen toimintaan. Työssä tarkastellaan myös sukupuolieroja sydänsairauksissa ja miten erot vaikuttavat riskiin sairastua sydänsairauteen.
Työssä tarkastellaan myös laskennallisia mallinnus- ja simulointimenetelmiä, joilla voidaan tutkia sydämen monimutkaista rakennetta ja toimintaa. Työssä käsitellään koko sydäntä simuloivien mallien lisäksi myös solu- ja kudostason malleja. Huomiota kiinnitetään etenkin sukupuolieroihin, kuinka niitä on huomioitu laskennallisissa malleissa ja miten sukupuolihormonien vaikutukset aktiopotentiaalissa ilmenevät tutkimuksissa. Lisäksi työssä tarkastellaan sukupuolifenotyypin vaikutusta sydämen rytmihäiriöiden riskiin koneoppimista hyödyntävien mallien kautta.
Sydämen laskennallista mallinnusta voidaan tulevaisuudessa hyödyntää yksilöllistetyssä terveydenhoidossa. Sukupuolierojen ymmärtäminen ja huomioon ottaminen sydämen toiminnassa sekä sydän- ja verisuonisairauksissa on välttämätöntä, jos tulevaisuudessa halutaan luoda digitaalinen malli potilaan sydämestä. Koneoppimismenetelmät tulevat tarjoamaan tulevaisuudessa uusia mahdollisuuksia sydämen sukupuolierojen ja sydänsairauksien tutkimuksen saralla. Tämä kirjallisuuskatsaus korostaa sukupuolierojen huomioon ottamisen tärkeyttä laskennallisten mallien kehittämisessä ja nostaa esille tarpeen aiheen lisätutkimukselle.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8800]