研究人员首次绘制了人类心脏中的旋转螺旋波

　　

   

   

图片:人类心脏中的螺旋波    

电信号告诉心脏收缩，但当信号形成螺旋波时，它们可能会导致危险的心脏事件，如心动过速和纤颤。佐治亚理工学院的研究人员和埃默里大学医学院的临床医生对这些复杂的情况有了新的认识，他们首次对人类心室中的稳定螺旋波进行了高分辨率可视化。

物理学院教授弗拉维奥·芬顿(Flavio Fenton)说:“几十年前，临床医生就知道心脏可以出现螺旋波电活动，研究人员以前也在动物和人类心脏上做过实验。”“然而，这是第一次以非常高的空间和时间分辨率绘制出人类心室中相对稳定的螺旋波电压和钙的演变。”

对心脏移植患者的活心脏进行研究，为了解心脏在难以治疗的情况下(如纤颤)的详细行为提供了一个难得的窗口。因此，医生可以更好地了解螺旋波是如何开始和持续的，这可以导致新的治疗方法。

目前的工作是乔治亚理工物理学院和埃默里医学院长达十年的合作的一部分。研究人员发表了他们的最新发现。”直接观察稳定的螺旋波再入心室的整个人类心脏使用光学测绘电压和钙”和“螺旋波分裂:体外移植的人心脏的光学映射显示从室性心动过速到心室纤颤和自我终止的转变．

映射的心   

为了产生产生螺旋波的条件，研究人员对心脏进行定时电击。然后，为了观察和记录螺旋波，他们将荧光染料注射到维持心脏存活的血液替代物中，以获取电压和钙。光强度的变化使他们能够记录整个心脏组织的信号，这种技术被称为光学映射。

“通过这种方式，我们可以通过测量光强度的变化，将钙和心脏细胞电压的直接变化，同时看到心脏中的钙和电波。”乔治亚理工学院的物理学研究科学家伊利亚·乌泽拉克说，“这项技术的神奇之处在于，通过使用高分辨率相机，我们可以获得非常高的空间和时间分辨率的电压和钙的测量数据，这是即使在心脏周围使用数千个记录电极都不可能做到的。”

每颗心脏需要移植的情况略有不同，因此研究人员可以研究不同类型和疾病严重程度的螺旋波动力学。

与临床医生合作   

小组研究心脏螺旋波已经超过20年了。螺旋波是一个很好的候选者的物理领域的非线性动力学，其中系统似乎是不可预测的，不是随机的，而是混乱的。就像芬顿小组今年早些时候在理论上证明的那样，可以开发出控制和终止螺旋波的方法，以用很少的能量停止纤颤。

此前，该小组曾研究过鱼类、爬行动物、两栖动物和一些哺乳动物的心脏。然而，由于与埃默里大学的合作，他们已经能够研究10颗人类心脏，这些心脏来自于去年接受了新心脏移植的患者。

芬顿说:“我们非常幸运能在埃默里大学和佐治亚理工大学之间进行这种强有力的合作来进行这些实验。”“除了治疗病人之外，很少有医生愿意与物理学家合作研究心律失常。”

从医学角度来看，这项研究也让人大开眼界。

“基于我在临床中看到的和我读到的，我对心室纤颤有一个简单的看法，但实际上，通过这些实验直接观察心室纤颤给复杂性和它们的动态变化提供了一个不同的视角，”Shahriar Iravanian说，埃默里大学心脏病学家在小组中说。

哈佛大学a . Paulson工程与应用科学学院疾病生物物理组病理学教授André G. Kléber博士说:“在孤立的人类心脏中同时测绘电和化学波提供了一种独特的可能性，在新的功能水平上研究心脏猝死的机制，并将表征恶性心律失常的动态电变化与患者的特定和个体病理学联系起来。”

研究人员正在继续研究移植心脏，并希望对实验进行调整，不仅是为了基础科学，也为了改善治疗。例如，大多数心律失常的治疗方法是烧蚀、烧毁故障电路的基底或电击，而这项研究可以使这种治疗更有针对性，甚至个性化。这些进展可能会对心律失常治疗的未来产生巨大的影响，心律失常是美国人死亡的主要原因

“由于患者的不稳定性和信号的复杂性，很难绘制心室纤颤的图，”埃默里大学医学助理教授、合作成员尼尔·巴蒂亚(Neal Bhatia)说。“这项研究有潜在的重大临床并发症。通过绘制螺旋波动力学的详细图谱，我们可以更好地理解其演变过程，并最终确定是否以及如何使用更好的导管消融策略来治疗心脏。”