Új kiadványok
Szuperszámítógépes szimuláció feltárja a pitvarfibrilláció progressziójának okait
Utolsó ellenőrzés: 03.08.2025
Minden iLive-tartalmat orvosi szempontból felülvizsgáltak vagy tényszerűen ellenőriznek, hogy a lehető legtöbb tényszerű pontosságot biztosítsák.
Szigorú beszerzési iránymutatásunk van, és csak a jó hírű média oldalakhoz, az akadémiai kutatóintézetekhez és, ha lehetséges, orvosilag felülvizsgált tanulmányokhoz kapcsolódik. Ne feledje, hogy a zárójelben ([1], [2] stb.) Szereplő számok ezekre a tanulmányokra kattintható linkek.
Ha úgy érzi, hogy a tartalom bármely pontatlan, elavult vagy más módon megkérdőjelezhető, jelölje ki, és nyomja meg a Ctrl + Enter billentyűt.
A pitvarfibrilláció (AF) a szabálytalan szívritmus leggyakoribb típusa, és idővel súlyosbodhat és állandósulhat – ez egy súlyos rendellenesség, amely az iszkémiás stroke vezető megelőzhető oka az NIH szerint.
Nicolae Moise, az Ohio Állami Egyetem (OSU) Biomedicinális Mérnöki Tanszékének posztdoktori ösztöndíjasa az NCSA és az OSC számítástechnikai erőforrásait használja a pitvarfibrilláció hosszú távú progressziójának tanulmányozására abban a reményben, hogy munkája segít olyan kezelések kidolgozásában, amelyek megállíthatják a pitvarfibrillációt, mielőtt az egész életen át tartó állapottá válna. Kutatása nemrégiben jelent meg a JACC : Clinical Electrophysiology című folyóiratban.
A pitvarfibrilláció egy olyan szabálytalan szívritmus, amelyben a szív felső kamrái, a pitvarok, nincsenek szinkronban az alsó kamrákkal. Ami epizodikus jelenségként kezdődik, végül állandósul. Nehéz a szükséges részletességgel végzett emberi kísérleteket elvégezni, ezért Moise számítógépen modellezi a folyamatokat.
„Szívelektrofiziológiai modelleket használunk annak vizsgálatára, hogy a rövid távú szívműködés (milliszekundumoktól másodpercekig) hogyan idézi elő a szívszövet hosszú távú változásait (napoktól hetekig, hónapokig)” – mondta Moise. „Tudomásom szerint a szimulációink a mai napig a leghosszabbak: akár 24 órás folyamatos 2D-s elektromos aktivitást is modellezünk.”
A szimulációk lehetővé teszik a kutatók számára, hogy hosszú időn keresztül figyelemmel kísérjék a szív működésének minden aspektusát. Bár a szív viszonylag egyszerűnek tűnhet, egy ilyen részletességű szimuláció futtatása sok számítást igényel.
„Minden 2D szimulációt CUDA kóddal futtattunk NCSA GPU-kon és DSP-n, ami kritikus fontosságú volt az ilyen hosszú időskálák tanulmányozásához” – mondta Moise.
„Az általunk használt NCSA-erőforrások között szerepeltek a Deltán keresztül elérhető NVIDIA GPU-k. A CUDA kód NVIDIA GPU-kon történő futtatásával körülbelül 250-szeresére tudtuk gyorsítani a szimulációinkat. Mivel a tanulmányban szereplő leghosszabb szimulációink körülbelül egy hétig tartottak, egy átlagos PC-n vagy laptopon évekig tartottak volna.”
Moise csapata felfedezte a szív egy érdekes tulajdonságát pitvarfibrilláció esetén. Ahogy a személy pulzusa emelkedik, a szív sejtjei alkalmazkodnak a kalcium-egyensúly fenntartásához. A sejtek ezen csodálatos képessége komoly hátránnyal jár: Ugyanezek az alkalmazkodások további aritmiákra hajlamosítják a szívet. Egy ördögi kör alakul ki: Ahogy az állapot folytatódik, egyre több sejt alkalmazkodik a kalcium-egyensúly fenntartásához, ami tovább növeli az aritmiákra való hajlamot, és végül tartós szabálytalan szívveréshez vezet.
Moise munkája megmutatja, miért olyan fontos a pitvarfibrilláció korai felismerése és kezelése a szív egészségének megőrzése érdekében.
„Tanulmányunk a leggyakoribb szívritmuszavarra, a pitvarfibrillációra összpontosít, amely a stroke, valamint a magas morbiditási és mortalitási arány egyik fő oka, a szív elektromos aktivitásának számítógépes szimulációin keresztül” – mondta Moise. „Ez a munka lehetővé teszi számunkra, hogy első alkalommal nyomon kövessük a betegség kialakulását és hosszú távú progresszióját, ami végső soron jobb gyógyszerek kifejlesztéséhez vezet a progressziójának megelőzésére vagy megállítására.”
Moise kutatása jelentősen javíthatja a pitvarfibrilláció kezelését azáltal, hogy új perspektívát kínál az orvosoknak és a tudósoknak a progressziójához vezető mechanizmusokra vonatkozóan. Ez a megközelítés inspirálhatja a kardiológia kapcsolódó területein és azon túl dolgozó tudósokat.
„Úgy gondoljuk, hogy munkánk új időbeli dimenziót nyit a szív elektrofiziológiai szimulációiban, megmutatva, hogy az egynapos (és akár hosszabb) szimulációk technikailag megvalósíthatók” – mondta Moise. „Ez a megközelítés számos betegség, például a sinuscsomó-diszfunkció vagy a miokardiális infarktus okozta aritmiák esetén alkalmazható. Ezenkívül ez a munka közvetlenül is előremozdítja a pitvarfibrillációval kapcsolatos kutatásokat azáltal, hogy elsőként teszi lehetővé az aritmiás elektromos aktivitás okozta hosszú távú progresszió modellezését, valamint megnyitja a lehetőséget olyan terápiák tesztelésére, amelyek az intracelluláris szabályozó mechanizmusokat célozzák meg. Végül, tágabb értelemben reméljük, hogy munkánk más kutatókat is inspirálni fog a hosszabb időskálákat felölelő biológiai kihívások kezelésére.”
A jövőbeli tanulmányokban Moise azt tervezi, hogy finomítja a szimulációját, hogy beépítse a lehetséges kezeléseket, és további kísérletekkel validálja eredményeit. Korábbi kapcsolódó munkája a Biophysical Journalban jelent meg.