Российские учёные создали компьютерную модель, которая позволяет точно оценить слабые электрические токи, постоянно возникающие в кардиомиоцитах — клетках сердца. Токи возникают в процессе переноса заряженных атомов — ионов — через клеточные мембраны. Этот процесс лежит в основе сердечной проводимости тканей, его сбои могут приводить к нарушению сердечного ритма и другим заболеваниям. Разработанная учёными модель учитывает ряд параметров, которые раньше с трудом поддавались оценке. По мнению авторов работы, исследование поможет в диагностике кардиологических заболеваний и оценке безопасности лекарственных препаратов.
Учёные МФТИ разработали и применили новую модель измерения электрических токов в клетках сердечной мышцы человека. Авторы работы выяснили, как этот показатель зависит от напряжения, накопленного в клеточных мембранах. Исследование может быть востребовано в медицине для диагностики кардиологических заболеваний, связанных с нарушением сердечной проводимости тканей, таких как аритмия. Об этом RT сообщили в пресс-службе МФТИ. Результаты исследования опубликованы в The Journal of Physiology.
Нервная проводимость в организме обеспечивается за счёт слабых электротоков, которые представляют собой потоки ионов — атомов, обладающих электрическим зарядом. К примеру, возбуждение возникает из-за переноса ионов натрия внутрь клетки из межклеточного пространства.
Нарушения в этих процессах в клетках сердечной мышцы (кардиомиоцитах) способны влиять на сердечный ритм и в итоге провоцировать аритмию и тромбоз. Поэтому изучение этих процессов — важная для медицины задача. Она осложнена тем, что при реальной температуре человеческого тела 37 ºС ток имеет очень высокую амплитуду и его показатели очень быстро меняются, чтобы их можно было засечь. Кроме того, применяемые сегодня методики не учитывают, что клеточные мембраны сами, подобно конденсаторам, накапливают электрический потенциал.
Авторы исследования разработали компьютерную модель, которая позволяет решить эти проблемы. Учёные математически оптимизировали параметры расчётов и учли в них, что электрический потенциал клеточной мембраны при взаимодействии с потоком ионов меняется не мгновенно, а за некоторое время. Также была учтена деполяризация клеточной мембраны (уменьшение разности потенциалов между отрицательно заряженной цитоплазмой и внеклеточной жидкостью. — RT) выше командного потенциала — подаваемого в клетку измерительного сигнала. Новая модель помогла также описать распространение тока, когда концентрация ионов калия в кардиомиоцитах выше нормы. До этого во всех остальных классических математических моделях вообще не рассматривался такой показатель, отмечают исследователи.
Методика обработки данных также позволила измерить электроток в живых клетках-кардиомиоцитах при температуре 37 ºC. Клеточная культура для экспериментов была получена из стволовых клеток.
Методика облегчит работу по изучению безопасности лекарственных препаратов, а также поможет в создании индивидуальных подходов к диагностике и лечению конкретных пациентов.
«Надеемся, что полученная нами модель упростит как фундаментальные исследования сердечной ткани, так и прикладные, например прогностическое моделирование действия антиаритмиков», — отметил в беседе с RT соавтор работы Михаил Слотвицкий, научный сотрудник Лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.