Понимание внутренней работы человеческого сердца
Иллюстрация внутренней части человеческого сердца в стиле Леонардо да Винчи по нескольким его эскизам. Кредит: Спенсер Филиппс/EMBL-EBI, 2020 г.

Исследователи изучили функцию сложной сети мышечных волокон, выстилающих внутреннюю поверхность сердца. Исследование, опубликованное в журнале Nature, проливает свет на вопросы, заданные Леонардо да Винчи 500 лет назад, и показывает, как форма этих мышц влияет на работу сердца и сердечную недостаточность.

У человека сердце — первый развивающийся функциональный орган, который начинает спонтанно биться только через четыре недели после зачатия. На раннем этапе развития сердце образует сложную сеть мышечных волокон, называемых трабекулами, которые образуют геометрические узоры на внутренней поверхности сердца. Считается, что они помогают насыщать кислородом развивающееся сердце, но их функция у взрослых остается нерешенной загадкой с 16 века.

«Наша работа значительно продвинула наше понимание важности миокардиальных трабекул», — объясняет Ханна Мейер, научный сотрудник лаборатории Колд-Спринг-Харбор. «Возможно, что еще более важно, мы также продемонстрировали ценность действительно многопрофильной группы исследователей. Только сочетание генетики, клинических исследований и биоинженерии привело нас к открытию неожиданной роли трабекулы миокарда в работе сердца взрослого человека»./р>

Чтобы понять роль и развитие трабекул, международная группа исследователей использовала искусственный интеллект для анализа 25 000 снимков сердца с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), а также связанных с ними морфологических и генетических данных. Исследование показывает, как работают и развиваются трабекулы, и как их форма может влиять на сердечные заболевания. UK Biobank опубликовал данные исследования.

Леонардо да Винчи был первым, кто в XVI веке нарисовал трабекулы и их фрактальные узоры в виде снежинок. Он предположил, что они согревают кровь, текущую через сердце, но их истинная важность не была признана до сих пор.

«Наши результаты дают ответ на очень старые вопросы базовой биологии человека. По мере развития крупномасштабного генетического анализа и развития искусственного интеллекта мы перезагружаем наше понимание физиологии до беспрецедентных масштабов», — говорит Юэн Бирни, заместитель генерального директора EMBL.

Исследования показывают, что шероховатая поверхность желудочков сердца позволяет крови течь более эффективно во время каждого удара сердца, точно так же, как ямочки на мяче для гольфа уменьшают сопротивление воздуха и помогают мячу двигаться дальше.

В исследовании также выделяются шесть участков ДНК человека, которые влияют на формирование фрактальных структур в этих мышечных волокнах. Интересно то, что исследователи обнаружили, что две из этих областей также регулируют ветвление нервных клеток, предполагая, что аналогичный механизм может работать в развивающемся мозге.

Исследователи обнаружили, что форма трабекул влияет на работу сердца, что предполагает потенциальную связь с сердечными заболеваниями. Чтобы подтвердить это, они проанализировали генетические данные 50 000 пациентов и обнаружили, что различные фрактальные структуры в этих мышечных волокнах влияют на риск развития сердечной недостаточности. Около пяти миллионов американцев страдают застойной сердечной недостаточностью.

Дальнейшие исследования трабекул могут помочь ученым лучше понять, как развиваются распространенные сердечные заболевания, и изучить новые подходы к лечению.

«Леонардо да Винчи нарисовал эти сложные мышцы внутри сердца 500 лет назад, и только сейчас мы начинаем понимать, насколько они важны для здоровья человека. Эта работа предлагает новое захватывающее направление для исследований сердечной недостаточности, «говорит Деклан О’Реган, клинический ученый и консультант-радиолог Лондонского института медицинских наук MRC. В этом проекте участвовали сотрудники лаборатории Колд-Спринг-Харбор, Европейского института биоинформатики EMBL (EMBL-EBI), Лондонского института медицинских наук MRC, Гейдельбергского университета и Миланского политехнического университета.




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *