Нові публікації
Суперкомп'ютерне моделювання виявляє причини прогресування фібриляції передсердь
Останній перегляд: 03.08.2025
Весь контент iLive перевіряється медичними експертами, щоб забезпечити максимально можливу точність і відповідність фактам.
У нас є строгі правила щодо вибору джерел інформації та ми посилаємося тільки на авторитетні сайти, академічні дослідницькі інститути і, по можливості, доведені медичні дослідження. Зверніть увагу, що цифри в дужках ([1], [2] і т. д.) є інтерактивними посиланнями на такі дослідження.
Якщо ви вважаєте, що який-небудь з наших матеріалів є неточним, застарілим або іншим чином сумнівним, виберіть його і натисніть Ctrl + Enter.
Фібриляція передсердь (ФП) є найпоширенішим типом порушення серцевого ритму, і з часом вона може погіршитися та стати постійною — серйозне захворювання, яке, за даними NIH, є основною причиною ішемічного інсульту, якій можна запобігти.
Ніколай Мойз, постдокторант кафедри біомедичної інженерії Університету штату Огайо (OSU), використовує обчислювальні ресурси NCSA та OSC для вивчення довгострокового прогресування фібриляції передсердь (ФП) у надії, що його робота допоможе розробити методи лікування, які можуть зупинити ФП, перш ніж вона стане довічним захворюванням. Його дослідження нещодавно було опубліковано в JACC : Clinical Electrophysiology.
Фібриляція передсердь (ФП) – це тип порушення серцевого ритму, при якому верхні камери серця, передсердя, б'ються несинхронно з нижніми камерами. Те, що починається як епізодичне явище, зрештою стає постійним. Проведення експериментів на людях з необхідною деталізацією є складним, тому Мойз моделює процеси на комп'ютері.
«Ми використовуємо моделі електрофізіології серця, щоб дослідити, як короткочасна серцева активність (мілісекунди-секунди) призводить до довгострокових змін у серцевій тканині (дні, тижні та місяці)», — сказав Мойзе. «Наскільки мені відомо, наші симуляції є найдовшими на сьогоднішній день: ми моделюємо до 24 годин безперервної двовимірної електричної активності».
Моделювання дозволяє дослідникам контролювати всі аспекти роботи серця протягом тривалих періодів часу. Хоча серце може здаватися відносно простим, виконання моделювання на такому рівні деталізації вимагає багато обчислень.
«Усі 2D-симуляції проводилися з використанням коду CUDA на графічних процесорах та цифрових сигнальних процесорах NCSA, що було критично важливим для вивчення таких тривалих часових масштабів», — сказав Мойзе.
«Ресурси NCSA, які ми використовували, включали графічні процесори NVIDIA, доступні через Delta. Запустивши код CUDA на графічних процесорах NVIDIA, ми змогли пришвидшити наші симуляції приблизно у 250 разів. Оскільки наші найдовші симуляції в цьому дослідженні тривали близько тижня, на типовому ПК або ноутбуці вони зайняли б роки».
Команда Мойзе виявила цікаву особливість серця при фібриляції передсердь (ФП). Коли частота серцевих скорочень людини збільшується, клітини серця адаптуються для підтримки балансу кальцію. Ця дивовижна здатність клітин має серйозний недолік: ці ж адаптації роблять серце схильним до подальших аритмій. Виникає порочне коло: більше клітин адаптуються до балансу кальцію в міру того, як стан продовжується, що ще більше збільшує схильність до аритмій і зрештою призводить до стійкого нерегулярного серцебиття.
Робота Мойзе показує, чому так важливо виявляти фібриляцію передсердь на ранній стадії та лікувати її для підтримки здоров'я серця.
«Наше дослідження зосереджене на найпоширенішій серцевій аритмії, фібриляції передсердь, основній причині інсульту та високої захворюваності й смертності, за допомогою комп’ютерного моделювання електричної активності серця», – сказав Мойз. «Ця робота дозволяє нам вперше відстежувати початок і довгострокове прогресування цього захворювання, що зрештою призведе до розробки кращих ліків для запобігання або зупинки його прогресування».
Дослідження Мойзе має потенціал для значного покращення лікування фібриляції передсердь, надаючи лікарям та вченим новий погляд на механізми, що призводять до її прогресування. Такий підхід може надихнути вчених, які працюють у суміжних галузях кардіології та за їх межами.
«Ми вважаємо, що наша робота відкриває новий часовий вимір у симуляціях електрофізіології серця, показуючи, що одноденні симуляції (і навіть довші) технічно здійсненні», – сказав Мойз. «Цей підхід можна застосовувати до різних захворювань, таких як дисфункція синусового вузла або аритмії, спричинені інфарктом міокарда. Крім того, ця робота безпосередньо просуває дослідження фібриляції передсердь, дозволяючи вперше змоделювати її довгострокове прогресування, спричинене аритмічною електричною активністю, а також відкриваючи можливість тестування терапії, спрямованої на внутрішньоклітинний регуляторний апарат. Нарешті, у більш широкому сенсі, ми сподіваємося, що наша робота надихне інших дослідників на вирішення біологічних проблем, які охоплюють триваліші часові рамки».
У майбутніх дослідженнях Мойз планує вдосконалити своє моделювання, щоб включити потенційні методи лікування, та додатково підтвердити свої висновки за допомогою додаткових експериментів. Попередня подібна робота була опублікована в Biophysical Journal.