นักวิจัยทำแผนที่เกลียวคลื่นในหัวใจมนุษย์ที่มีชีวิต

ศาสตราจารย์ Flavio Fenton จาก School of Physics กล่าวว่า "แพทย์ทราบมานานหลายทศวรรษแล้วว่าคลื่นเกลียวของกิจกรรมทางไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ในหัวใจ และนักวิจัยเคยทำการทดลองในหัวใจของสัตว์และมนุษย์มาก่อน" "อย่างไรก็ตาม นี่เป็นครั้งแรกที่วิวัฒนาการของคลื่นเกลียวที่ค่อนข้างเสถียรของแรงดันไฟฟ้าและแคลเซียมในโพรงหัวใจของมนุษย์ได้รับการแมปด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่และเชิงเวลาที่สูงมาก" การศึกษาหัวใจที่มีชีวิตจากผู้ป่วยที่ปลูกถ่ายหัวใจทำให้เห็นหน้าต่างที่หายากในพฤติกรรมโดยละเอียดของหัวใจในสภาวะที่ยากต่อการรักษา เช่น ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ เป็นผลให้แพทย์สามารถเข้าใจได้ดีขึ้นว่าคลื่นเกลียวเริ่มต้นและคงอยู่อย่างไร ซึ่งอาจนำไปสู่การรักษาแบบใหม่ ผลงานปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของความร่วมมือที่ยาวนานกว่าทศวรรษระหว่าง Georgia Tech School of Physics และ Emory School of Medicine นักวิจัยได้เผยแพร่ผลการค้นพบล่าสุดของพวกเขา "การสังเกตการย้อนกลับของคลื่นเกลียวที่เสถียรโดยตรงในหัวใจห้องล่างของหัวใจมนุษย์ทั้งหมดโดยใช้การทำแผนที่ด้วยแสงสำหรับแรงดันไฟฟ้าและแคลเซียม" และ "การสลายตัวของคลื่นเกลียว: การทำแผนที่ด้วยแสงในหัวใจมนุษย์ที่อธิบายได้แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงจากหัวใจห้องล่างเต้นเร็ว ไปจนถึงภาวะหัวใจห้องล่างเต้น ผิดปกติและการยุติตัวเอง" ในวารสารHeart Rhythm การทำแผนที่หัวใจ เพื่อสร้างเงื่อนไขสำหรับคลื่นเกลียว นักวิจัยได้ใช้ไฟฟ้าช็อตที่หัวใจตามเวลาที่กำหนด จากนั้นเพื่อให้เห็นภาพและบันทึกคลื่นเกลียว พวกเขาฉีดสีย้อมเรืองแสงสำหรับแรงดันไฟฟ้าและแคลเซียมเข้าไปในสารทดแทนเลือดที่ทำให้หัวใจมีชีวิตอยู่ การเปลี่ยนแปลงของความเข้มแสงช่วยให้สามารถบันทึกสัญญาณทั่วเนื้อเยื่อหัวใจ ซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่าการทำแผนที่ด้วยแสง Ilija Uzelac นักวิทยาศาสตร์การวิจัยฟิสิกส์ของ Georgia Tech กล่าวว่า "ด้วยวิธีนี้ เราสามารถเห็นภาพแคลเซียมและคลื่นไฟฟ้าในหัวใจได้พร้อมกัน โดยวัดการเปลี่ยนแปลงของความเข้มแสง ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงโดยตรงของแคลเซียมและแรงดันไฟฟ้าในเซลล์หัวใจ" "สิ่งที่น่าทึ่งเกี่ยวกับเทคนิคนี้คือการใช้กล้องความละเอียดสูง เราสามารถตรวจวัดแรงดันไฟฟ้าและแคลเซียมที่ความละเอียดเชิงพื้นที่และเชิงเวลาที่สูงมาก ซึ่งไม่สามารถทำได้แม้จะใช้อิเล็กโทรดบันทึกนับพันรอบหัวใจ" หัวใจแต่ละดวงมีสภาวะที่แตกต่างกันเล็กน้อย ซึ่งนำไปสู่ความจำเป็นในการปลูกถ่าย ดังนั้น นักวิจัยสามารถตรวจสอบไดนามิกของคลื่นเกลียวที่มีประเภทและความรุนแรงของโรคต่างกันได้ ร่วมมือกับแพทย์ กลุ่มของ Fenton ได้ศึกษาเกลียวคลื่นในหัวใจมากว่าสองทศวรรษ คลื่นเกลียวเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับสาขาฟิสิกส์ของไดนามิกส์แบบไม่เชิงเส้น ซึ่งระบบที่ดูเหมือนจะคาดเดาไม่ได้นั้นไม่ได้เกิดขึ้นแบบสุ่มแต่กลับวุ่นวาย สามารถพัฒนาวิธีการต่างๆ เพื่อควบคุมและยุติคลื่นเกลียวเพื่อหยุดการสั่นด้วยพลังงานเพียงเล็กน้อย ดังที่กลุ่มของ Fenton ได้แสดงให้เห็นในทางทฤษฎีเมื่อต้นปีนี้ ก่อนหน้านี้ กลุ่มเคยทำงานกับปลา สัตว์เลื้อยคลาน สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก และหัวใจของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม อย่างไรก็ตาม ด้วยความร่วมมือกับ Emory พวกเขาสามารถศึกษาหัวใจมนุษย์ 10 ดวงจากผู้ป่วยที่ได้รับการปลูกถ่ายซึ่งได้รับหัวใจใหม่ในปีที่ผ่านมา คลื่นหัวใจ "เราโชคดีมากที่มีความร่วมมือที่แข็งแกร่งระหว่าง Emory และ Georgia Tech เพื่อทำการทดลองเหล่านี้" Fenton กล่าว "มีแพทย์น้อยมากที่นอกเหนือจากการรักษาผู้ป่วยแล้ว ยังต้องการร่วมมือกับนักฟิสิกส์เพื่อตรวจสอบภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ" การวิจัยยังเปิดหูเปิดตาจากมุมมองทางการแพทย์ "ฉันมีมุมมองแบบง่ายๆ ของภาวะหัวใจห้องล่างเต้นผิดปกติจากสิ่งที่ฉันเห็นในคลินิกและสิ่งที่ฉันได้อ่าน แต่จริงๆ แล้วการดูภาวะหัวใจห้องล่างโดยตรงผ่านการทดลองเหล่านี้ทำให้ได้มุมมองที่แตกต่างของความซับซ้อนและสิ่งที่เกิดขึ้นกับพลวัตของอาการเหล่านี้" Shahriar Iravanian แพทย์โรคหัวใจ Emory ในกลุ่มกล่าว "การทำแผนที่คลื่นไฟฟ้าและคลื่นเคมีพร้อมกันในหัวใจมนุษย์ที่แยกตัวออกมานั้น มีความเป็นไปได้ที่ไม่เหมือนใครในการตรวจสอบกลไกของการเสียชีวิตอย่างกะทันหันของหัวใจในระดับการทำงานใหม่ และเพื่อเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าแบบไดนามิกที่เป็นลักษณะเฉพาะของภาวะหัวใจเต้นผิดปกติกับพยาธิสภาพที่เฉพาะเจาะจงและเฉพาะบุคคลของผู้ป่วย" ดร. กล่าว André G. Kléber ศาสตราจารย์วิชาพยาธิวิทยาในกลุ่มชีวฟิสิกส์โรคที่ A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด นักวิจัยกำลังศึกษาหัวใจที่ได้รับการอธิบายอย่างต่อเนื่อง และหวังว่าจะปรับการทดลองให้ไม่เฉพาะสำหรับวิทยาศาสตร์พื้นฐานเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงการรักษาด้วย ตัวอย่างเช่น ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะส่วนใหญ่รักษาด้วยการจี้ โดยเผาสารตั้งต้นของวงจรที่ผิดพลาด หรือการช็อตด้วยไฟฟ้า และการวิจัยนี้อาจทำให้การรักษาดังกล่าวตรงเป้าหมายมากขึ้นและแม้กระทั่งเฉพาะบุคคล ความก้าวหน้าดังกล่าวอาจมีนัยสำคัญอย่างมากต่ออนาคตของการรักษาภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญของการเสียชีวิตในสหรัฐอเมริกา Neal Bhatia ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านการแพทย์ของ Emory และสมาชิกของความร่วมมือกล่าวว่า "เป็นการยากที่จะทำแผนที่ภาวะหัวใจห้องล่างสั่นไหวเนื่องจากความไม่แน่นอนของผู้ป่วยและความซับซ้อนของสัญญาณ "งานวิจัยนี้มีความเป็นไปได้ที่จะเกิดภาวะแทรกซ้อนทางคลินิกที่สำคัญ การทำแผนที่อย่างละเอียดของพลวัตของคลื่นเกลียวทำให้เราเข้าใจวิวัฒนาการได้ดีขึ้น และท้ายที่สุดจะระบุได้ว่าหัวใจสามารถรักษาได้ด้วยกลยุทธ์การผ่าตัดผ่านสายสวนที่ดีขึ้นหรือไม่และอย่างไร"