Влияние структурных особенностей фиброза на работу сердца впервые в мире фундаментально исследовали ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург). Им удалось установить закономерности нарушений электрического возбуждения сердечной ткани, связанных с фиброзом, что поможет в борьбе с опасными для жизни видами аритмии. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports .
Сердечный фиброз — патологическое разрастание соединительной ткани, происходящее при старении, ожирении и целом ряде заболеваний сердца. Это могут быть как большие участки рубцовой ткани, возникающие после инфарктов миокарда, так и хаотично распределенные в миокарде точечные вкрапления фиброзных участков. Доля фиброзной ткани в стенках камер сердца может достигать 40%.
Меняя структуру миокарда, фиброз создает препятствия для распространения волны электрического возбуждения, что порождает сердечные аритмии. Влияние особенностей текстуры фиброзной ткани на работу миокарда до сих пор систематически не исследовалось.
«Оказалось, нарушения волны возбуждения зависят не только от количества фиброзных элементов в миокардиальной ткани, но и от их протяженности, расположения по отношению к мышечным волокнам и самое главное — от направления волны возбуждения», — рассказала заведующая лабораторией «Математическое моделирование в физиологии и медицине с использованием суперкомпьютерных технологий» УрФУ Ольга Соловьева.
Эта взаимосвязь не была описана ранее и, по мнению авторов работы, может являться ключом к пониманию механизма летальных сердечных аритмий. В перспективе их предотвращению и лечению должны помочь данные проведенного исследования.
«Всесторонний анализ структур фиброза в физиологических экспериментах на животных и тем более в клинике практически невозможен, поэтому мы использовали компьютерные модели, на которых можно изучать произвольные текстуры фиброза, чтобы понять закономерности его влияния на функцию миокарда», — объяснила Ольга Соловьева.
Использованные компьютерные модели хорошо описывают процессы электрического возбуждения отдельных клеток и всей сердечной ткани в целом. Это позволило проанализировать тысячи разнообразных трехмерных симуляций различных структур фиброза. Расчеты осуществлялись на суперкомпьютере ИММ УрО РАН. Исследование проводилось в совместной научной лаборатории «Компьютерная биология и медицина» УрФУ и Института иммунологии и физиологии УрО РАН. В дальнейшем ученые планируют продолжить моделирование более сложных структур фиброза, чтобы изучить наиболее опасные изменения миокарда и разработать методы устранения вызываемых ими аритмий. Работа поддержана грантом РФФИ.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение