作者:Rüdiger Thul 来源:PNAS 发布时间:2012-2-16 14:55:05
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研究建立心房肌细胞钙浓度数学模型
 
我们的心跳实际上是由上百万个肌肉细胞协调行动的结果。大多数时候,只有大的心室的肌肉细胞收缩和放松。但是当心脏需要加强工作时,它还要依靠小心房深处的心房肌细胞。
 
这些高性能的心房细胞的健康依赖于特定的细胞内钙浓度。如今,诺丁汉大学的科学家们第一次建立了一个关于心房肌细胞钙浓度的数学模型,以提高我们治疗心脏病和中风的机会。科学家们利用这个技术突破了以往的成像技术,成果发表在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。
 
数学科学学院的应用数学讲师Rüdiger Thul博士说:“这个新模型提供了对亚细胞钙信号的产生和发展的临床相关见解。由此,我们首次对整个心房肌细胞进行细胞特性操控,以降低导致异常的可能性。针对可能导致血栓形成和中风的如房颤心脏疾病和不规则心脏跳动, 这有有助于新的治疗方法的发明。
 
心房驱血的重要性
 
人类的心脏在一生中跳动草果一百万次。心脏的主要作用是泵血。心脏每一次的跳动都牵动其每一个细胞的收缩,以产生压力经由所有的血管推动血液向全身流动。
 
大多数的肌细胞都围绕在心脏的心室和心房周围。在休息放松的时候,心室主要负责收缩心脏。当需要迅速泵血时,比方说运动的时候,小一些的心房也参与到收缩中。这就是心房驱血。
 
当我们年长后,或者心脏出了问题,比如心房颤动,心房肌细胞开始破损。结果导致我们失去对心房驱血的支持。心房颤动会形成最常见形式的心律失常,即心脏跳动不规则。
 
钙对心脏保健的作用
 
实验发现钙浓度在精心编排下显示在细胞不同部位的浓度值,以引发心房肌细胞收缩。这与心室细胞不同。整个心室细胞的钙浓度几乎完全一致。
 
为了全面了解心房钙动态,我们需要监控整个心房细胞。然而这连当前最先进的实验技术都达不到。细胞的实验操作通常干扰多个细胞控制机制,导致对不同路径进行分别研究更加困难。所以,建立一个表现心房细胞特性的尖端模型,对我们的研究至关重要。
 
新的数学模型拯救生命
 
Thul博士说:“我们模型的优势是我们可以同时研究贯穿这个体积的心房肌细胞的钙离子浓度。这将更加深入地探讨与健康和病理条件相关的时空钙模式。同时,我们可以有选择地激活,停用,超过或低于明示细胞特性,看看它们是如何形成钙模式。因此,我们可以推断在何种条件下会产生异常并可能导致疾病,如心房颤动。重要的是要记住,无论采用何种药物治疗,它只在单细胞水平发挥作用。器官的反应总是导致其细胞成分的相互作用。展望未来心房颤动等心脏病症的治疗,心房细胞的全三维模型为新药物提供了一个理想的试验场。”(来源:EurekAlert!)
 
 
 
 
 
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