研究人员绘制了活体心脏的旋转螺旋波

电信号告诉心脏收缩，但当信号形成螺旋波时，它们可能导致危险的心脏事件，如心动过速和纤颤。乔治亚理工学院的研究人员和埃默里大学医学院的临床医生，通过首次对人类心室稳定螺旋波的高分辨率可视化，对这些复杂的情况有了新的认识。

“几十年前，临床医生就知道螺旋波的电活动可以发生在大脑心此前，研究人员在动物和人类心脏上做过实验，”物理学院教授弗拉维奥·芬顿说。“然而，这是第一次在人类心脏心室中相对稳定的电压和钙螺旋波的演变过程中，在非常高的空间和时间分辨率．"

研究活的心脏心脏移植患者这为我们提供了一扇罕见的窗口，可以了解心脏在纤颤等难以治疗的情况下的详细行为。因此，医生可以更好地理解螺旋波是如何开始和持续的，这可以导致新的治疗方法。

目前的工作是乔治亚理工学院物理学院和埃默里医学院长达十年合作的一部分。研究人员发表了他们的最新发现，“直接观察稳定螺旋波再进入整个人类心脏的心室使用光学定位电压和钙”和“螺旋波破裂:光学定位在体外人类心脏显示从室性心动过速到心室颤动和自我终止的过渡”，在杂志上心脏的节奏．

映射的心

为了产生螺旋波的条件，研究人员对心脏进行了定时电击。然后，为了可视化和记录螺旋波，他们向维持心脏存活的血液替代物中注射荧光染料以获取电压和钙。光强的变化使他们能够记录心脏组织的信号，这项技术被称为光学映射．

“通过这种方式，我们可以通过测量心脏中的钙和电波的变化来同时可视化光强度是心肌细胞中钙和电压的直接变化，”佐治亚理工学院的物理学研究科学家伊利亚·乌泽拉克说。“这项技术的惊人之处在于，通过使用高分辨率相机，我们可以以非常高的空间和时间分辨率获得电压和钙的测量，这是即使使用心脏周围的数千个记录电极也无法实现的。”

每颗心脏都有导致需要移植的轻微不同的情况，因此研究人员可以研究不同类型和严重程度的疾病的螺旋波动力学。

与临床医生合作

芬顿的团队已经研究心脏的螺旋波20多年了。螺旋波是非线性动力学物理领域的一个很好的候选者，在这个物理领域中，看起来不可预测的系统不是随机的，而是混沌的。像Fenton的研究小组一样，可以开发出控制和终止螺旋波的方法，以低能量停止纤颤理论上证明今年早些时候。

此前，该小组曾研究过鱼类、爬行动物、两栖动物和一些哺乳动物的心脏。然而，由于与埃默里大学的合作，他们已经能够研究10个来自移植患者的心脏，这些患者在去年接受了新的心脏。

芬顿说:“我们非常幸运，埃默里大学和乔治亚理工学院能够强有力地合作进行这些实验。”“除了治疗病人，很少有医生愿意与物理学家合作研究心律失常。”

从医学角度来看，这项研究也令人大开眼界。

小组中的埃默里大学心脏病专家Shahriar Iravanian说:“基于我在临床中看到的和读到的内容，我对心室纤颤有一个简单的看法，但实际上，通过这些实验直接观察心室纤颤的复杂性和它们的动力学过程提供了一个不同的视角。”

哈佛大学a . Paulson工程与应用科学学院疾病生物物理组病理学教授André G. Kléber博士说:“在分离的人类心脏中同时绘制电学和化学波，提供了一种独特的可能性，可以在新的功能水平上研究心脏性猝死的机制，并将描述恶性心律失常的动态电学变化与患者的特定和个体病理联系起来。”

研究人员正在继续研究移植的心脏，并希望使实验不仅适用于基础科学，还能改进治疗方法。例如，大多数心律失常都是通过烧蚀、烧烧有问题电路的衬底或电击这项研究可以使这种治疗更有针对性，甚至更个性化。这些进展可能会对心律失常治疗的未来产生巨大影响。在美国，心律失常是导致死亡的主要原因之一

“很难绘制地图心室纤维性颤动因为患者的不稳定性和信号的复杂性，”埃默里大学医学助理教授、合作成员尼尔·巴蒂亚说。“这项研究有潜在的重大临床并发症。通过详细绘制螺旋波动力学图，我们可以更好地了解其演变过程，并最终确定是否以及如何使用更好的导管消融策略治疗心脏。”

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