Исследователи изучили функцию сложной сети мышечных волокон, выстилающих внутреннюю поверхность сердца. Результаты их работы, опубликованные в журнале Nature, проливают свет на вопросы, заданные Леонардо да Винчи 500 лет назад, и показывает, как форма этих мышц влияет на работу сердца и сердечную недостаточность.
В этом проекте участвовали сотрудники Европейского института биоинформатики EMBL (EMBL-EBI), лаборатории Колд-Спринг-Харбор, Лондонского института медицинских наук MRC, Гейдельбергского университета и Миланского политехнического университета.
У людей сердце — первый развивающийся функциональный орган, который начинает спонтанно биться уже через четыре недели после зачатия. На раннем этапе развития сердце образует сложную сеть мышечных волокон, называемых трабекулами, которые образуют геометрические узоры на внутренней поверхности сердца. Считается, что они помогают насыщать кислородом развивающееся сердце, но их функция у взрослых остается нерешенной загадкой с 16 века.
Чтобы понять роль и развитие трабекул, международная группа исследователей использовала искусственный интеллект для анализа 25 000 снимков сердца с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), а также связанных с ними морфологии сердца и генетических данных. Исследование показывает, как работают и развиваются трабекулы, и как их форма может влиять на сердечные заболевания. UK Biobank сделал данные исследования общедоступными.
Леонардо да Винчи был первым, кто нарисовал трабекулы и их фрактальные узоры в виде снежинок в 16 веке. Он предположил, что они согревают кровь, текущую через сердце, но их истинное значение до сих пор не было признано.
Юэн Бирни, заместитель генерального директора EMBL, прокомментировал исследование так:
Наши результаты отвечают на очень старые вопросы фундаментальной биологии человека. По мере развития крупномасштабного генетического анализа и развития искусственного интеллекта мы перезагружаем наше понимание физиологии до беспрецедентного масштаба.
Исследования показывают, что шероховатая поверхность сердечных желудочков позволяет крови течь более эффективно во время каждого удара сердца, точно так же, как ямочки на мяче для гольфа уменьшают сопротивление воздуха и помогают мячу двигаться дальше.
В исследовании также выделяются шесть областей ДНК человека, которые влияют на развитие фрактальных структур в этих мышечных волокнах. Интересно то, что исследователи обнаружили, что две из этих областей также регулируют ветвление нервных клеток, предполагая, что аналогичный механизм может работать в развивающемся мозге.
Главный исследователь лаборатории Колд-Спринг-Харбор, Ханна Мейер, сказал следующее:
Наша работа значительно продвинула наше понимание важности трабекулы миокарда. Возможно, что еще более важно, мы также показали ценность действительно многопрофильной группы исследователей. Только сочетание генетики, клинических исследований и биоинженерии привело нас к открытию неожиданной роли трабекул миокарда в работе сердца взрослого человека.
Трабекулы и риск сердечной недостаточности
Исследователи обнаружили, что форма трабекул влияет на работу сердца, предполагая потенциальную связь с сердечными заболеваниями. Чтобы подтвердить это, они проанализировали генетические данные 50 000 пациентов и обнаружили, что различные фрактальные структуры в этих мышечных волокнах влияют на риск развития сердечной недостаточности.
Дальнейшие исследования трабекул могут помочь ученым лучше понять, как развиваются распространенные сердечные заболевания, и изучить новые подходы к лечению.
Деклан О'Реган, клинический ученый и консультант-радиолог Лондонского института медицинских наук MRC, сказал:
Леонардо да Винчи нарисовал эти сложные мышцы внутри сердца 500 лет назад, и только сейчас мы начинаем понимать, насколько они важны для здоровья человека. Эта работа предлагает новое захватывающее направление для исследований сердечной недостаточности, которая влияет на жизнь почти 1 миллиона человек в Великобритании.
