心脏:数字还是模拟?研究人员对心脏生物电紊乱有了新的见解
弗吉尼亚理工学院卡里永研究所(VTCRI)的科学家们发现了证据，可能会打破关于电活动如何在心脏中传播的传统理解，这一发现可能会给诸如心律失常和心脏性猝死等医学问题带来新的见解。
这项研究现在已经在网上，但计划于9月4日(周二)在杂志上发表最终版本eLife，可能会为新类别药物的开发提供信息心律紊乱当某人的心跳过快、缓慢或不规则时，就会发生这种情况。
由VTCRI教授Rob Gourdie领导的国际科学家团队揭示了电脉冲如何在心肌中以一种快速的、几乎是断断续续的方式在细胞之间跳跃，就像数字波一样，而不是像模拟波那样通过平滑的、连续的电流流动。
“我们的目标是找到控制的方法心律紊乱Gourdie说，他也是弗吉尼亚理工学院生物医学工程和力学系的教授。“了解生物电在心脏的具体细节和分子水平上是如何工作的对人类健康很重要，因为它将帮助我们理解为什么心脏有时会失去节奏，并可能为治疗指出一条新的途径。”随着人口的老龄化，心脏疾病也在增加，因此迫切需要包括新药在内的预防心律失常的新策略来帮助心脏病患者。”
心房纤颤是最常见的心律失常类型，据美国疾病控制与预防中心(U.S. Centers for Disease Control and Prevention)统计，美国约有270万至610万人患有心房纤颤。
随着美国人口的老龄化，患有某种形式心律失常的人数预计将增加，但潜在的治疗心律失常的新药在研发过程中(包括临床试验)进展缓慢。
Gourdie说，这项新发现可能是理解心肌电激活的范式转变。
研究人员表明钠离子通道从邻国心肌细胞可以合作移动电流，导致再生脉冲从一个心肌细胞到下一个。
Gourdie说:“钠离子通道实际上是在细胞之间连接在一起的，这种方式似乎确保了一个细胞内的通道发射能够激发邻近细胞内的通道。”“生物电信号在心脏细胞之间传递的分子机制似乎已经到位，这与神经突触上的脉冲以踏脚石般的方式在神经细胞之间跳跃的方式并无二致。”
人们普遍认为，生物电信号以一种模拟的方式在心脏中平稳流动，通过被称为间隙结的传导结构在细胞之间连续移动，这种传导结构直接将细胞连接在一起。
Gourdie和他的同事们的新研究挑战了这一观点。
研究人员包括Gourdie的前博士后助理Rengasayee Veeraraghavan，目前就职于俄亥俄州立大学;以及他现在的博士后助理丹尼尔·霍格兰;用一系列分析技术在动物模型的心肌细胞培养中进行实验。
与VTCRI的副教授Steven Poelzing和助理教授James Smyth以及来自密歇根大学、凯斯西大学和伦敦帝国理工学院的研究人员一起，该团队展示了这种细胞间电相互作用的关键是细胞膜钠通道的一个称为β亚基的组件，它也有粘附功能，将钠通道复合物结合在一起，形成一个被团队称为“相”的结构。
Gourdie说:“在我们的实验中，我们已经证明，我们可以使粘合现象脱落，并导致心律失常。”“我们现在寻找的是一种药物，可以阻止这些现象脱胶。我们相信如果我们能找到一种药物能控制这一小块区域心肌在疾病状态下，细胞聚集在一起，我们可能有一种新的方法来稳定失常的心律。”
在研究过程中，科学家们使用了各种复杂的分析技术，包括超分辨率显微镜、细胞-基质阻抗谱、透射电子显微镜、孤立肌细胞电生理学、表面扫描共聚焦显微镜、光学测绘和心电图。
乔治华盛顿大学(George Washington University)生物医学工程系主任、教授伊戈尔·埃菲莫夫(Igor Efimov)对这项研究发表了评论，但没有参与这项研究，他说:“我们关于冲动在心脏中传播的范例非常简单。”“我们告诉大家，心脏的电传导主要是由连接蛋白43或钠离子通道调节的。但实际情况比这要复杂得多。这篇论文优雅地揭示了一个调节亚基的作用，它不仅参与导电，它也调节粘附，从而创造一个裂缝或间隙，为细胞间的通信提供基础。”
Efimov和Gourdie都提到这项研究支持1977年弗吉尼亚大学生理学家Nicholas Sperelakis的一个理论。Sperelakis提出了一种电场机制电活动之间的兴奋心细胞，作为一个先导理论，什么已经被描述为亲热传导。
Efimov说:“Gourdie和他的同事们为表观传导理论提供了强有力的基础。”“通过低电阻通道的电耦合的传统观点并不是唯一的解释。这种新的观点可能会改变我们教育学生的方式，研究中提出的证据也解释了为什么一些抗癌药物因为心脏毒性而不能使用。”
