Моделирование неидеального биения сердца
 Нарушение периодичности ритма сердца. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Многие системы в биологии (к примеру, сердце) демонстрируют почти периодическое поведение, правда, частота их «работы» сама колеблется со временем. К примеру, частота сердечных сокращений изменяется в соответствии с циклом вдоха и выдоха. Понимание происходящих при этом изменений имеет важное значение, поскольку постоянное сердцебиение, согласно некоторым научным работам, на самом деле является одним из факторов, указывающих на присутствие сердечнососудистых заболеваний.
Предыдущие стабильные модели неидеального сердцебиения, предложенные различными научными группами, были связаны с сердцем и легкими, как взаимодействующие осцилляторы. Но они, как правило, были синхронизированы на одной частоте (если туда не было заложено отдельного механизма для изменения частоты). Модели другого типа с переменной частотой были неустойчивыми и непредсказуемыми в присутствии возмущений окружающей среды (случайного шума в уравнениях, представляющего собой малые движения тела, изменения температуры и т.п.). В этом случае решающим (с точки зрения жизнеспособности модели) был механизм стабилизации.
Группа ученых из Lancaster University (Великобритания) предложила альтернативный путь. Ученые сосредоточили свое внимание на «неавтономных» системах, в рамках которых «ведущий» генератор колебаний (к примеру, легкие) действовал на «второстепенный» генератор (в данном примере – сердце). Команда установила частоту ведущего устройства, как функцию времени, и продемонстрировала, что «второстепенный» генератор будет следовать этой изменяющейся частоты по предсказуемому шаблону, который не теряет стабильности при наличии внешних возмущений.
Для наглядного изображения описанного поведения команда использовала стандартную схему в фазовом пространстве, где решение уравнения (к примеру, ЭКГ) представляет собой точку, перемещающуюся по плоскости. Положение точки зависит от деталей конкретного теста. При этом если система переходит в состояние простых колебаний с фиксированной частотой, точка проходит с постоянной скоростью по окружности вокруг центра (этот случай был назван предельным циклом). Предложенная учеными модель, в конечном счете, дает почти предельный цикл, правда, при этом скорость движения точки изменяется со временем. А умеренный внешний шум в системе не дестабилизирует ее, а просто вызывает некоторые колебания положения точки.
В рамках работы модель была проверена учеными на реальной ситуации. Для этого была снята ЭКГ здорового человека, которого просили дышать с заданной скоростью, что позволило отслеживать «команды», передаваемые «ведущим» генератором «ведомому». В ходе измерений были выявлены вариации частоты сердечных сокращений, и дальнейший анализ показал, что предложенная модель вполне объясняет эти вариации.
Работа ученых опубликована в журнале Physical Review Letters. Как считает научная группа, будущие исследования позволят обнаружить других «драйверов» изменений частоты сигнала, кроме легких. После выявления таких факторов, они надеются с помощью анализа изменений частоты делать выводы о дисфункциях сердца.
Также по теме:
- CaM-киназа II инициирует гибель клеток при возникновении инфаркта миокарда
- Могут ли домашние животные снизить риск развития болезней сердца?
- Ожирение может оказывать влияние на функцию сердца через изменение обмена половых гормонов
- Чрезмерное потребление кальция может быть связано с повышенной вероятностью гибели
- Ягоды черники и земляники противостоят развитию инфаркта миокарда у женщин
Источники: