Uudet julkaisut
Supertietokonesimulaatio paljastaa eteisvärinän etenemisen syyt
Viimeksi tarkistettu: 03.08.2025
Kaikki iLive-sisältö tarkistetaan lääketieteellisesti tai se tarkistetaan tosiasiallisen tarkkuuden varmistamiseksi.
Meillä on tiukat hankintaohjeet ja vain linkki hyvämaineisiin mediasivustoihin, akateemisiin tutkimuslaitoksiin ja mahdollisuuksien mukaan lääketieteellisesti vertaisarvioituihin tutkimuksiin. Huomaa, että suluissa ([1], [2] jne.) Olevat numerot ovat napsautettavia linkkejä näihin tutkimuksiin.
Jos sinusta tuntuu, että jokin sisältö on virheellinen, vanhentunut tai muuten kyseenalainen, valitse se ja paina Ctrl + Enter.
Eteisvärinä (AF) on yleisin epäsäännöllisen sydämen rytmin tyyppi, ja ajan myötä se voi pahentua ja muuttua pysyväksi – vakava sairaus, joka on NIH:n mukaan johtava ehkäistävissä oleva iskeemisen aivohalvauksen syy.
Nicolae Moise, postdoc-tutkija Ohion osavaltionyliopiston (OSU) biolääketieteellisen tekniikan laitoksella, käyttää NCSA:n ja OSC:n laskentaresursseja tutkiakseen eteisvärinän pitkäaikaista etenemistä toivoen, että hänen työnsä auttaa kehittämään hoitoja, jotka voivat pysäyttää eteisvärinän ennen kuin siitä tulee elinikäinen sairaus. Hänen tutkimuksensa julkaistiin äskettäin JACC : Clinical Electrophysiology -lehdessä.
Eteistymiskoe on epäsäännöllinen sydämen rytmihäiriö, jossa sydämen yläkammiot, eteiset, lyövät epätahdissa alakammioiden kanssa. Se, mikä alkaa episodisena ilmiönä, muuttuu lopulta pysyväksi. Ihmisillä tehtävien kokeiden suorittaminen tarvittavalla tarkkuudella on vaikeaa, joten Moise mallintaa prosesseja tietokoneella.
”Käytämme sydämen elektrofysiologisia malleja tutkiaksemme, miten lyhytaikainen sydämen toiminta (millisekunneista sekunteihin) ajaa pitkäaikaisia muutoksia sydänkudoksessa (päivistä viikoista kuukausiin)”, Moise sanoi. ”Simulaatiomme ovat tietääkseni tähän mennessä pisimmät: mallinnamme jopa 24 tuntia jatkuvaa 2D-sähköistä toimintaa.”
Simulaatioiden avulla tutkijat voivat seurata sydämen toiminnan kaikkia osa-alueita pitkien ajanjaksojen ajan. Vaikka sydän saattaa vaikuttaa suhteellisen yksinkertaiselta, simulaation suorittaminen tällä yksityiskohtaisuustasolla vaatii paljon laskentaa.
"Kaikki 2D-simulaatiot suoritettiin CUDA-koodilla NCSA-grafiikkasuorittimilla ja digitaalisignaalinkäsittelyohjelmalla, mikä oli ratkaisevan tärkeää niin pitkien aikaskaalojen tutkimisessa", Moise sanoi.
”Käyttämämme NCSA-resurssit sisälsivät Deltan kautta saatavilla olevia NVIDIA-näytönohjaimia. Suorittamalla CUDA-koodia NVIDIA-näytönohjaimilla pystyimme nopeuttamaan simulaatioitamme noin 250-kertaisesti. Koska pisimmät simulaatiomme tässä tutkimuksessa kestivät noin viikon, ne olisivat kestäneet vuosia tyypillisellä tietokoneella tai kannettavalla.”
Moisen tiimi löysi eteisvärinässä sydämessä mielenkiintoisen piirteen. Kun henkilön syke nousee, sydämen solut sopeutuvat ylläpitämään kalsiumtasapainoa. Tällä solujen hämmästyttävällä kyvyllä on vakava haittapuoli: Samat sopeutumiset altistavat sydämen uusille rytmihäiriöille. Seuraa noidankehä: Yhä useammat solut sopeutuvat tasapainottamaan kalsiumia tilan jatkuessa, mikä lisää entisestään alttiutta rytmihäiriöille ja lopulta johtaa jatkuvaan epäsäännölliseen sydämenlyöntiin.
Moisen työ osoittaa, miksi eteisvärinä havaitaan varhain ja hoidetaan niin paljon sydänterveyden ylläpitämiseksi.
”Tutkimuksemme keskittyy yleisimpään sydämen rytmihäiriöön, eteisvärinään, joka on merkittävä aivohalvauksen ja korkean sairastuvuuden ja kuolleisuuden aiheuttaja, sydämen sähköisen toiminnan tietokonesimulaatioiden avulla”, Moise sanoi. ”Tämä työ antaa meille mahdollisuuden seurata ensimmäistä kertaa tämän taudin alkamista ja pitkäaikaista etenemistä, mikä lopulta johtaa parempien lääkkeiden kehittämiseen sen etenemisen estämiseksi tai pysäyttämiseksi.”
Moisen tutkimuksella on potentiaalia parantaa merkittävästi eteisvärinän hoitoa antamalla lääkäreille ja tiedemiehille uuden näkökulman sen etenemiseen johtaviin mekanismeihin. Tämä lähestymistapa voisi inspiroida kardiologian ja muiden alojen tutkijoita.
”Uskomme, että työmme avaa uuden ajallisen ulottuvuuden sydämen elektrofysiologian simulaatioissa osoittaen, että yhden päivän simulaatiot (ja jopa pidemmät) ovat teknisesti toteuttamiskelpoisia”, Moise sanoi. ”Tätä lähestymistapaa voitaisiin soveltaa useisiin sairauksiin, kuten sinussolmukkeen toimintahäiriöihin tai sydäninfarktin aiheuttamiin rytmihäiriöihin. Lisäksi tämä työ edistää suoraan eteisvärinän tutkimusta mahdollistamalla ensimmäistä kertaa sen pitkäaikaisen etenemisen mallintamisen rytmihäiriöiden sähköisen toiminnan perusteella sekä avaamalla mahdollisuuden testata hoitoja, jotka kohdistuvat solunsisäiseen säätelykoneistoon. Lopuksi, laajemmin ottaen, toivomme, että työmme inspiroi muita tutkijoita tarttumaan pidempiä aikavälejä koskeviin biologisiin haasteisiin.”
Tulevissa tutkimuksissa Moise aikoo tarkentaa simulaatiotaan sisällyttääkseen siihen mahdollisia hoitoja ja validoida havaintojaan lisäkokeilla. Aiempi aiheeseen liittyvä työ julkaistiin Biophysical Journal -lehdessä.