Όλα τα περιεχόμενα του iLive ελέγχονται ιατρικά ή ελέγχονται για να διασφαλιστεί η όσο το δυνατόν ακριβέστερη ακρίβεια.
Έχουμε αυστηρές κατευθυντήριες γραμμές προμήθειας και συνδέουμε μόνο με αξιόπιστους δικτυακούς τόπους πολυμέσων, ακαδημαϊκά ερευνητικά ιδρύματα και, όπου είναι δυνατόν, ιατρικά επισκοπικά μελέτες. Σημειώστε ότι οι αριθμοί στις παρενθέσεις ([1], [2], κλπ.) Είναι σύνδεσμοι με τις οποίες μπορείτε να κάνετε κλικ σε αυτές τις μελέτες.
Εάν πιστεύετε ότι κάποιο από το περιεχόμενό μας είναι ανακριβές, παρωχημένο ή αμφισβητήσιμο, παρακαλώ επιλέξτε το και πατήστε Ctrl + Enter.
Η προσομοίωση υπερυπολογιστή αποκαλύπτει αιτίες εξέλιξης της κολπικής μαρμαρυγής
Τελευταία επισκόπηση: 03.08.2025
Η κολπική μαρμαρυγή (ΚΜ) είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος ακανόνιστου καρδιακού ρυθμού και με την πάροδο του χρόνου μπορεί να επιδεινωθεί και να γίνει μόνιμη — μια σοβαρή διαταραχή που αποτελεί την κύρια αιτία ισχαιμικού εγκεφαλικού επεισοδίου που μπορεί να προληφθεί, σύμφωνα με το NIH.
Ο Nicolae Moise, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο (OSU), χρησιμοποιεί τους υπολογιστικούς πόρους του NCSA και του OSC για να μελετήσει τη μακροπρόθεσμη εξέλιξη της κολπικής μαρμαρυγής (ΚΜ), με την ελπίδα ότι το έργο του θα βοηθήσει στην ανάπτυξη θεραπειών που μπορούν να σταματήσουν την ΚΜ πριν γίνει μια δια βίου πάθηση. Η έρευνά του δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο JACC : Clinical Electrophysiology.
Η κολπική μαρμαρυγή είναι ένας τύπος ακανόνιστου καρδιακού ρυθμού στον οποίο οι άνω κοιλότητες της καρδιάς, οι κόλποι, χτυπούν εκτός συγχρονισμού με τις κάτω κοιλίες. Αυτό που ξεκινά ως επεισοδιακό φαινόμενο τελικά γίνεται μόνιμο. Η διεξαγωγή πειραμάτων σε ανθρώπους με την απαραίτητη λεπτομέρεια είναι δύσκολη, επομένως ο Moise μοντελοποιεί τις διαδικασίες σε έναν υπολογιστή.
«Χρησιμοποιούμε μοντέλα καρδιακής ηλεκτροφυσιολογίας για να διερευνήσουμε πώς η βραχυπρόθεσμη καρδιακή δραστηριότητα (χιλιοστά του δευτερολέπτου έως δευτερόλεπτα) οδηγεί σε μακροπρόθεσμες αλλαγές στον καρδιακό ιστό (ημέρες έως εβδομάδες έως μήνες)», δήλωσε ο Moise. «Οι προσομοιώσεις μας είναι, κατά την άποψή μου, οι μεγαλύτερες μέχρι σήμερα: μοντελοποιούμε έως και 24 ώρες συνεχούς δισδιάστατης ηλεκτρικής δραστηριότητας».
Οι προσομοιώσεις επιτρέπουν στους ερευνητές να παρακολουθούν όλες τις πτυχές του τρόπου λειτουργίας της καρδιάς για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Αν και η καρδιά μπορεί να φαίνεται σχετικά απλή, η εκτέλεση μιας προσομοίωσης σε αυτό το επίπεδο λεπτομέρειας απαιτεί πολλούς υπολογισμούς.
«Όλες οι δισδιάστατες προσομοιώσεις εκτελέστηκαν χρησιμοποιώντας κώδικα CUDA σε GPU και DSP NCSA, κάτι που ήταν κρίσιμο για τη μελέτη τέτοιων μεγάλων χρονικών κλιμάκων», δήλωσε ο Moise.
«Οι πόροι της NCSA που χρησιμοποιήσαμε περιλάμβαναν GPU NVIDIA διαθέσιμες μέσω της Delta. Εκτελώντας κώδικα CUDA σε GPU NVIDIA, καταφέραμε να επιταχύνουμε τις προσομοιώσεις μας κατά περίπου 250 φορές. Δεδομένου ότι οι μεγαλύτερες σε διάρκεια προσομοιώσεις μας σε αυτήν τη μελέτη διήρκεσαν περίπου μία εβδομάδα, θα είχαν διαρκέσει χρόνια σε έναν τυπικό υπολογιστή ή φορητό υπολογιστή.»
Η ομάδα του Moise ανακάλυψε ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό της καρδιάς στην κολπική μαρμαρυγή. Καθώς ο καρδιακός ρυθμός ενός ατόμου αυξάνεται, τα κύτταρα στην καρδιά προσαρμόζονται για να διατηρήσουν την ισορροπία του ασβεστίου. Αυτή η εκπληκτική ικανότητα των κυττάρων συνοδεύεται από ένα σοβαρό μειονέκτημα: Αυτές οι ίδιες προσαρμογές καθιστούν την καρδιά επιρρεπή σε περαιτέρω αρρυθμίες. Ακολουθεί ένας φαύλος κύκλος: Περισσότερα κύτταρα προσαρμόζονται για να εξισορροπήσουν το ασβέστιο καθώς η πάθηση συνεχίζεται, αυξάνοντας περαιτέρω την ευαισθησία σε αρρυθμίες και τελικά οδηγώντας σε επίμονο ακανόνιστο καρδιακό παλμό.
Η εργασία του Moise δείχνει γιατί είναι τόσο σημαντική η έγκαιρη ανίχνευση της κολπικής μαρμαρυγής και η αντιμετώπισή της για τη διατήρηση της υγείας της καρδιάς.
«Η μελέτη μας επικεντρώνεται στην πιο συχνή καρδιακή αρρυθμία, την κολπική μαρμαρυγή, μια σημαντική αιτία εγκεφαλικού επεισοδίου και υψηλής νοσηρότητας και θνησιμότητας, μέσω υπολογιστικών προσομοιώσεων της ηλεκτρικής δραστηριότητας της καρδιάς», δήλωσε ο Moise. «Αυτή η εργασία μας επιτρέπει να παρακολουθήσουμε για πρώτη φορά την έναρξη και τη μακροπρόθεσμη εξέλιξη αυτής της νόσου, η οποία τελικά θα οδηγήσει στην ανάπτυξη καλύτερων φαρμάκων για την πρόληψη ή τη διακοπή της εξέλιξής της».
Η έρευνα του Moise έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει σημαντικά τη θεραπεία της κολπικής μαρμαρυγής, δίνοντας σε γιατρούς και επιστήμονες μια νέα προοπτική σχετικά με τους μηχανισμούς που οδηγούν στην εξέλιξή της. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να εμπνεύσει επιστήμονες που εργάζονται σε συναφείς τομείς της καρδιολογίας και όχι μόνο.
«Πιστεύουμε ότι η εργασία μας ανοίγει μια νέα χρονική διάσταση στις προσομοιώσεις καρδιακής ηλεκτροφυσιολογίας, δείχνοντας ότι οι προσομοιώσεις μιας ημέρας (και ακόμη και μεγαλύτερης διάρκειας) είναι τεχνικά εφικτές», δήλωσε ο Moise. «Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε μια ποικιλία ασθενειών, όπως η δυσλειτουργία του φλεβόκομβου ή οι αρρυθμίες που προκαλούνται από έμφραγμα του μυοκαρδίου. Επιπλέον, αυτή η εργασία προωθεί άμεσα την έρευνα για την κολπική μαρμαρυγή, επιτρέποντας για πρώτη φορά να μοντελοποιηθεί η μακροπρόθεσμη εξέλιξή της που προκαλείται από την αρρυθμική ηλεκτρική δραστηριότητα, καθώς και ανοίγοντας τη δυνατότητα δοκιμής θεραπειών που στοχεύουν στον ενδοκυτταρικό ρυθμιστικό μηχανισμό. Τέλος, γενικότερα, ελπίζουμε ότι η εργασία μας θα εμπνεύσει άλλους ερευνητές να αντιμετωπίσουν βιολογικές προκλήσεις που εκτείνονται σε μεγαλύτερες χρονικές κλίμακες».
Σε μελλοντικές μελέτες, ο Moise σχεδιάζει να βελτιώσει την προσομοίωσή του ώστε να ενσωματώσει πιθανές θεραπείες και να επικυρώσει περαιτέρω τα ευρήματά του με πρόσθετα πειράματα. Προηγούμενη σχετική εργασία έχει δημοσιευτεί στο Biophysical Journal.