Новые публикации
Моделирование на суперкомпьютере выявляет причины прогрессирования фибрилляции предсердий
Последняя редакция: 01.08.2025
Весь контент Web2Health проверяется медицинскими экспертами, чтобы обеспечить максимально возможную точность и соответствие фактам.
У нас есть строгие правила по выбору источников информации и мы ссылаемся только на авторитетные сайты, академические исследовательские институты и, по возможности, доказанные медицинские исследования. Обратите внимание, что цифры в скобках ([1], [2] и т. д.) являются интерактивными ссылками на такие исследования.
Если вы считаете, что какой-либо из наших материалов является неточным, устаревшим или иным образом сомнительным, выберите его и нажмите Ctrl + Enter.
Фибрилляция предсердий (ФП) — наиболее распространённый тип нерегулярного сердечного ритма, и со временем она может ухудшаться и становиться постоянным состоянием — тяжёлым расстройством, которое, по данным NIH, является ведущей предотвратимой причиной ишемического инсульта.
Николае Моисе, научный сотрудник отдела биомедицинской инженерии Университета штата Огайо (OSU), использует вычислительные ресурсы NCSA и OSC для исследования долгосрочного прогрессирования ФП в надежде, что его работа поможет разработать методы лечения, способные остановить ФП до того, как она станет пожизненным состоянием. Его исследование недавно опубликовано в журнале JACC: Clinical Electrophysiology.
ФП — это тип нерегулярного сердечного ритма, при котором верхние камеры сердца — предсердия — сокращаются несинхронно с нижними камерами. То, что начинается как эпизодическое явление, со временем становится постоянным. Проведение человекочисленных экспериментов с необходимой детализацией затруднено, поэтому Моисе моделирует эти процессы на компьютере.
«Мы используем модели сердечной электрофизиологии, чтобы исследовать, как кратковременная активность сердца (в масштабе миллисекунд–секунд) вызывает долгосрочные изменения сердечной ткани (дни–недели–месяцы)», — сказал Моисе. «Наши симуляции, насколько мне известно, являются самыми продолжительными на сегодняшний день: мы моделируем до 24 часов непрерывной двумерной электрической активности».
Симуляции позволяют исследователям контролировать все аспекты работы сердца в течение длительного времени. Хотя работа сердца может показаться относительно простой, проведение симуляции с таким уровнем детализации требует множества вычислений.
«Все двумерные симуляции выполнялись с использованием кода CUDA на GPU NCSA и ЦОС — это было критически важно для исследования таких длительных временных интервалов», — отметил Моисе.
«Ресурсы NCSA, которыми мы пользовались, включали GPU NVIDIA, доступные через Delta. Благодаря запуску кода CUDA на GPU NVIDIA нам удалось ускорить симуляции примерно в 250 раз. Поскольку наши самые длинные симуляции в этом исследовании длились около недели, на обычном ПК или ноутбуке они заняли бы годы».
Команда Моисе обнаружила интересные особенности работы сердца при ФП. Когда у человека учащается сердцебиение, клетки сердца адаптируются, чтобы поддерживать баланс кальция. Эта удивительная способность клеток сопровождается серьёзным недостатком: те же адаптации делают сердце склонным к дальнейшим аритмиям. Возникает порочный круг: всё больше клеток адаптируются для балансировки кальция по мере продолжения состояния, что ещё больше повышает склонность к аритмиям и в конечном итоге приводит к постоянному нерегулярному сердцебиению.
Работа Моисе показывает, почему так важно обнаруживать ФП на ранней стадии и лечить её для сохранения здоровья сердца.
«Наше исследование посвящено самой распространённой сердечной аритмии — фибрилляции предсердий, значимой причине инсульта и высокой заболеваемости и смертности — через компьютерные симуляции электрической активности сердца, — сказал Моисе. — Эта работа позволяет нам впервые проследить инициацию и долгосрочное прогрессирование этого заболевания, что в конечном счёте приведёт к разработке лучших препаратов, предотвращающих или останавливающих его развитие».
Исследование Моисе имеет потенциал значительно улучшить лечение ФП, предоставив врачам и учёным новую перспективу на механизмы, приводящие к её прогрессированию. Такой подход может вдохновить учёных, работающих в смежных областях кардиологии и не только.
«Мы полагаем, что наша работа открывает новую временную размерность в симуляциях сердечной электрофизиологии, показывая, что однодневные симуляции (и даже более продолжительные) технически осуществимы, — сказал Моисе. — Этот подход может быть применён к различным заболеваниям, таким как дисфункции синусового узла или аритмии, вызванные инфарктом миокарда. Кроме того, данная работа непосредственно продвигает исследования по фибрилляции предсердий, позволяя впервые моделировать её долгосрочное прогрессирование, вызванное аритмической электрической активностью, а также открывая возможности для тестирования методов лечения, нацеленных на внутриклеточный регуляторный аппарат. Наконец, в более широком смысле, мы надеемся, что наша работа вдохновит других исследователей браться за биологические задачи, охватывающие большие временные масштабы».
В будущих исследованиях Моисе планирует доработать свою симуляцию, введя в неё возможные методы лечения, а также продолжить валидацию своих выводов с помощью дополнительных экспериментов. Предыдущая связанная работа была опубликована в Biophysical Journal.