Клеточное электричество: учёные из МФТИ нашли способ измерения токов в тканях сердца

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.

• Врачи проводят операцию на сердце методом криоаблации с целью лечения аритмии у пациента
• РИА Новости
• © Антон Вергун

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.

• Клетки сердечной мышцы, кардиомиоциты (граф. иллюстрация)
• Gettyimages.ru
• © KATERYNA KON / SCIENCE PHOTO LIBRARY

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.

Источник