Een gezond hart slaat ongeveer zeventig keer per minuut. Eerst trekken de boezems samen om het bloed in de kamers te pompen en daarna trekken deze samen om het bloed in slagaders te stoten. Boem-boem, boem-boem, de holle hartspier is aan het werk. Het samentrekken van de boezems wordt voorafgegaan door een elektrische prikkel. Verstoring van de doorgave van deze prikkel tussen de hartcellen kan leiden tot een snelle, onregelmatige hartslag. Een bekende hartritmestoornis is boezem-fibrilleren, waarbij de hartslag in de boezems kan oplopen tot 600 samentrekkingen per minuut.

“Boezemfibrilleren op zich is niet dodelijk“, vertelt BMT-docent Nico Kuijpers, “maar wel erg vervelend voor de patiënt.“ Die raakt moe en kortademig. Het wordt een serieus probleem wanneer boezem-fibrilleren vaker voorkomt en kan overgaan tot aanhoudende hartritmestoornissen. Als we de medische oorzaak van het ontstaan van boezemfibrilleren in de vingers krijgen en ontdekken hoe we het kunnen oplossen, dan kunnen we die ernstige vormen van boezemfibrilleren voorkomen. Maar zover zijn we nog niet.“

Kuijpers heeft een computermodel gemaakt dat kan laten zien dat het ontstaan van hartritmestoornis ervoor kan zorgen dat een mens gevoeliger wordt voor boezemfibrilleren. Een hartritme kan verstoord worden door een kortstondige bloeddrukverhoging, bijvoorbeeld wanneer iemand een toren beklimt of een sprintje trekt naar een vertrekkende trein. De mechanica van de cel verandert, het gedrag van het hart reageert erop.

Van huis uit is Kuijpers informaticus. In 1993 rondde hij zijn ontwerperopleiding Technische Informatica af aan de TU/e. Na werk bij TNO in Den Haag aan het Fysisch Elektronisch Laboratorium kwam hij terug naar Eindhoven als universitair docent bij Informatica in de groep Parallelle Systemen. Toen de opleiding BMT voor het tweede jaar liep heeft Kuijpers daar derde en vierdejaars vakken opgezet met de nadruk op informatica-aspecten als programmeren en simuleren. Zijn onderzoekstijd kon hij invullen met een eigen gekozen onderwerp. Hij wilde in één model hartmechanica en elektro-fysiologie samenbrengen.

Van 1999 tot 2005 heeft Kuijpers zich bezig gehouden met elektrofysiologie-modellen. Dat was het minst interessante deel van zijn onderzoek omdat hier het nodige onderzoek al was verricht. Zijn werk bestond voornamelijk uit het modelleren van bekende informatie over elektrofysiologie van het hart. Toen vanaf 2005 het modelleren van de hartmechanica erbij kwam, betrad Kuijpers een uniek pad. “Het was vanaf het begin mijn bedoeling vanuit twee vakgebieden naar dit complexe menselijke orgaan te kijken. De interactie tussen elektrofysiologie en mechanica van het hart was nooit in één computermodel bijeen gebracht. Het vernieuwende is dat de mechanismen die bekend waren uit (dier)experimentele studies nu in software zijn uitgedrukt. Er is nieuw inzicht ontstaan: we kunnen via een computermodel laten zien hoe invloeden op celmechanica leiden tot ver-anderingen in gedrag van een orgaan. Met andere woorden: hoe een verhoogde bloeddruk leidt tot boezemfibrilleren,“ zegt Kuijpers.

“Artsen reageren nu vaak op boezem-fibrilleren met medicijnen of het isoleren van een gedeelte van het hartweefsel door een chirurgische ingreep. Dit laatste geeft goede resultaten maar we weten nog niet hoe dat dan werkt. Dat is nou een typische vraag om met mijn model te beantwoorden. Mijn computermodel levert dus niet direct de oplossing maar biedt inzicht waarmee je een oplossing kunt bedenken. Het is ondersteunend. Daarom is het zo belangrijk dat mensen die met computermodellen bezig zijn, nauw samenwerken met mensen die klinisch onderzoek met patiënten en experimenteel onderzoek met geiten en honden verrichten.“ Om de volgende stap te zetten, gaat Kuijpers na zijn promotie werken in Maastricht. Hij zal onderwijs geven op de faculteit Geneeskunde en bijdragen aan de masteropleiding tot medisch ingenieur. Een studie die door de TU/e in samenwerking met de Universiteit Maastricht en het Academisch Ziekenhuis Maastricht wordt verzorgd.“

Zeventig procent van zijn tijd kan Kuijpers onderzoek gaan doen met zijn Cellular Bidomain Model. Hij richt zich vooral, samen met cardiologen en onderzoekers die dierexperimenten doen, op boezemfibrilleren en op het plaatsen van pacemakers bij mensen met hartfalen. “Van een pure informaticus ben ik in nu een halve dokter geworden.“ En vanaf 28 mei een hele doctor, wanneer hij promoveert op ‘Cardiac Electrophysiology and Mechanoelectric Feedback: Modeling and Simulation.’/.