Simulace bití srdce mohou informovat o léčbě fibrilace síní

Možná jste slyšeli frázi „Moje srdce přeskočilo rytmus“, když někdo mluvil o romantickém setkání. Po pravdě řečeno, srdce, která nepravidelně porazí, jsou pro vaše zdraví nebezpečná. Fibrilace síní (AF) je nejčastějším typem nepravidelného srdečního rytmu a v průběhu času se může zhoršit a stát se trvalým stavem, vážnou poruchou, která je hlavní příčinou ischemické mrtvice, podle NIH.

Nicolae Moise, vědec výzkumu na Katedře biomedicínského inženýrství na Ohio State University (OSU), využívá vysoce výkonné výpočetní zdroje NCSA a OSC k prozkoumání dlouhodobého vývoje AF v naději, že jeho výzkum může pomoci s léčbou, která může zastavit AF, než se stane celoživotním stavem. Jeho práce byla nedávno Publikováno v JACC: Klinická elektrofyziologie.

AF je typ nepravidelného srdečního rytmu, ve kterém horní komory srdce – síň – vycházejí ze synchronizace s dolními komorami. To, co začíná jako příležitostný výskyt v průběhu času, se stává trvalým. Studie na lidech je obtížné provádět s úrovní detailů potřebných k provádění typů testů, které moise simuluje.

„Používáme modely srdeční elektrofyziologie k prozkoumání toho, jak krátkodobá srdeční aktivita (MS-S časový stupeň) způsobuje dlouhodobé změny v srdeční tkáni (dny-týdny-měsíce),“ řekl Moise. „Naše simulace jsou podle mého vědomí nejdelší doposud a simulují až 24 hodin nepřetržitého 2D Elektrická aktivita“

Simulace umožňují vědcům kontrolovat všechny aspekty srdce po dlouhou dobu. Jak srdce funguje na povrchu relativně jednoduché, ale na této úrovni detailu lidského srdce existuje mnoho výpočtů.

„Všechny simulace 2D byly provedeny pomocí kódu CUDA, na GPU NCSA a Ohio Supercomputer Center – to bylo kritické pro prozkoumání takových dlouhých časových plánů,“ řekl Moise.

„Zdroje NCSA, které jsme použili, byly konkrétně GPU NVIDIA dostupné prostřednictvím Delta. Provedením simulací pomocí kódu CUDA běhu na GPU NVIDIA jsme byli schopni urychlit naše simulace faktorem ~ 250. Protože naše nejdelší simulace v této studii trvalo asi jeden týden, než by se vzali v pořadí let, aby se vydali na pravidelný osobní počítač.
„

Moiseův tým odhalil některá zajímavá chování srdce, když byl postižen s AF. Když má člověk rychlý srdeční rytmus, srdeční buňky se přizpůsobují, aby udržovaly hladiny vápníku vyvážené. Tato neuvěřitelná vlastnost srdečních buněk přichází s významnou nevýhodou. Stejné adaptace činí srdce náchylné k pokračujícím arytům nebo abnormálním srdečním rytmům. To vytváří a začarovaný cyklus Tam, kde se více srdečních buněk přizpůsobuje, aby udržovaly hladiny vápníku vyvážené s pokračováním stavu, což zase dělá srdce náchylnější k arytmiím, což nakonec vede k trvalému nepravidelnému srdečnímu rytmu.

Moiseova práce přesně ukazuje, proč chytání AF brzy a zacházení je zásadní pro zdraví srdce.

„Náš výzkum zkoumá nejběžnější srdeční arytmii, fibrilaci síní, což je významnou příčinou mozkové mrtvice, a tedy morbiditou a úmrtností, prostřednictvím počítačových simulací elektrické aktivity srdce,“ řekl Moise. „Tato práce nám umožňuje poprvé sledovat iniciaci a dlouhodobý progresi této nemoci, což nakonec povede k lepším drogám, které zabrání nebo zastaví její postup.“

Moiseův výzkum má potenciál výrazně zlepšit léčbu AH a dává lékařům a výzkumným pracovníkům nový pohled na mechanismy, které vedou k jeho progresi. Výzkum, jako je tento, může také inspirovat práci v podobných oborech a pomáhat vědcům studovat další oblasti srdečního zdraví i mimo něj.

„Věříme, že naše práce otevírá novou časovou dimenzi v simulacích srdečních elektrofyziologie, která ukazuje, že každodenní simulace (nebo ještě více) jsou technicky proveditelné,“ řekl Moise.

„Tento přístup lze použít na různé nemoci, jako jsou sinoatriální dysfunkce nebo arytmie způsobené infarktem myokardu. Kromě toho tato práce přímo postupuje přímo za výzkum Fibrilace síníUmožnit poprvé modelování její dlouhodobé progrese způsobené arytmickou elektrickou aktivitou a také otevření potenciálu pro testování ošetření, které přímo řeší intracelulární regulaci. A konečně, obecněji, naše práce může snad snad inspirovat další vědce k řešení biologických problémů, které překlenují velké časové plány. “

V budoucích studiích má Moise v úmyslu vzít simulace Jeho tým vyvinul a zaváděl možné léčbu. Tým bude také i nadále pracovat na ověření svých zjištění prostřednictvím dalších experimentů. Předchozí související práce byla Publikováno v Biofyzikální deník.

Poskytované Národním centrem pro superpočítační aplikace