Учёные раскрыли скрытую геометрию сердца, чтобы произвести революцию в интерпретации ЭКГ

Исследование, проведённое учёными из Королевского колледжа (King’s), показало, что физическая ориентация сердца в грудной клетке существенно влияет на электрические сигналы, фиксируемые на электрокардиограмме (ЭКГ), — открытие, которое может проложить путь к более персонализированной и точной диагностике заболеваний сердца.

Используя данные более чем 39 000 участников проекта UK Biobank, это одно из крупнейших на сегодняшний день популяционных исследований, изучающих взаимосвязь между анатомией сердца и его электрической активностью. Объединив 3D-визуализацию сердца с данными ЭКГ, команда создала упрощённые цифровые двойники сердец каждого участника.

Эти персонализированные модели позволили исследователям изучить, как анатомическое положение сердца, известное как анатомическая ось, соотносится с пространственным показателем электрической активности, или электрической осью. Исследование опубликовано в журнале PLOS Computational Biology.

Цифровые двойники становятся мощным инструментом в кардиоваскулярных исследованиях, позволяя учёным моделировать и изучать структуру и функцию сердца с беспрецедентной детализацией. В этом исследовании они сыграли ключевую роль в выявлении того, как естественные вариации ориентации сердца, формируемые такими факторами, как индекс массы тела (ИМТ), пол и гипертония, могут значительно влиять на показания ЭКГ.

«Крупномасштабные биомедицинские ресурсы, такие как UK Biobank, прокладывают путь к пациент-центричной характеристике заболеваний, позволяя детально анализировать анатомические и электрофизиологические вариации в популяции.

Эта работа продемонстрировала различия в осях сердца между здоровыми и больными людьми, подчеркнув потенциал для повышения персонализации цифровых двойников и улучшения прогноза и характеристики заболеваний, что в конечном итоге позволит обеспечить более индивидуализированный клинический уход», — говорит Мохаммад Кайяли.

Исследователи предложили новые, стандартизированные определения как для анатомических, так и для электрических осей на основе их выравнивания в 3D-пространстве. Они выяснили, что у людей с более высоким ИМТ или повышенным артериальным давлением сердца, как правило, расположены более горизонтально в грудной клетке, и это смещение отражается в их ЭКГ-сигналах.

Исследование также выявило чёткие различия между мужчинами и женщинами: мужские сердца, как правило, имеют более горизонтальную ориентацию, чем женские, и эта структурная разница отражается в поверхностной электрической активности. Эти гендерные различия подчёркивают необходимость более индивидуального подхода к интерпретации ЭКГ.

Определяя и количественно оценивая эту вариативность в масштабах большой популяции, исследование подчёркивает важность различения нормальных анатомических особенностей и ранних признаков заболевания. Это может помочь клиницистам раньше и точнее выявлять такие состояния, как гипертония, нарушения проводимости или ранние изменения сердечной мышцы, особенно у пациентов, чья ориентация сердца отклоняется от стандартных предположений.

«Возможность создавать персонализированные модели (т.е. цифровые двойники) сердечно-сосудистой системы — это захватывающее направление исследований, в котором мы надеемся найти новые параметры, позволяющие лучше информировать о профилактике, диагностике и рисках сердечно-сосудистых заболеваний. В этой работе мы начинаем исследовать эти неизведанные области и надеемся вскоре предложить новые способы раннего выявления таких состояний, как нарушения электрической проводимости», — говорит профессор Пабло Ламата.

Открытия указывают на будущее, где ЭКГ больше не будут интерпретироваться по принципу «один подход для всех», а будут адаптироваться к уникальной анатомии каждого пациента. Такой персонализированный подход может снизить количество ошибок в диагнозах и поддержать более ранние и точные вмешательства.