Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Categories:

Сердечные клетки самоорганизуются в трудную минуту

Всю сократительную работу в сердце выполняют кардиомиоциты – особые клетки, которые генерируют и проводят электрические волны. Но кроме них в сердечной ткани есть клетки соединительной ткани, которые не передают возбуждение. К ним относятся, например, фибробласты.

Сердечные клетки самоорганизуются в трудную минуту
Монослой сердечной ткани, состоящий из 31% кардиомиоцитов и 69% непроводящих клеток. Белым контуром выделен проводящий путь из кардиомиоцитов; кардиомиоциты окрашены розовым, ядра – синим.

В сердце здорового человека фибробласты поддерживают его структурную целостность и участвуют в устранении повреждений. При инфаркте и некоторых других сердечных заболеваниях и патологиях кардиомиоциты умирают, а их место занимают фибробласты – это можно сравнить с тем, как на повреждённой коже появляются шрамы. Если фибробластов станет слишком много, электрические сигналы начнут плохо распространяться. Такое нарушение называется сердечным фиброзом.



Непроводящие клетки – фибробласты – препятствуют движению импульса. Электрическая волна начинает огибать препятствие, и в итоге может возникнуть циркуляция возбуждения – вращающаяся спиральная волна. Это называется повторный обратный вход импульса, или ре-ентри (re-entry); из-за него часто и развивается аритмия.

Сердечные клетки самоорганизуются в трудную минуту
Ветвящаяся сеть из кардиомиоцитов. Белые стрелки указывают на нити цитоскелета (зеленые), продолжающие друг друга с разных сторон от межклеточных вставочных дисков (красные стрелки).

Можно предположить, что высокая плотность фибробластов в сердечной ткани способствует формированию ре-ентри по двум причинам. Во-первых, фибробласты выступают в роли неоднородностей, которые препятствуют проведению электрического сигнала. Во-вторых, множество фибробластов создают своеобразный лабиринт для волн, и они следуют по более длинному зигзагообразному пути.

Критическая плотность непроводящих клеток, выше которой сердечная ткань не должна проводить возбуждение, называется порогом перколяции. Его вычисляют с помощью теории перколяции, математического метода описания возникновения связных структур. В качестве этих структур в данном случае выступают случайно распределенные проводящие и непроводящие клетки сердечной ткани.

Согласно расчетам, сердечная ткань должна терять проводимость для электрических волн, если фибробластов в ней станет больше на 40%. Парадокс в том, что по данным экспериментов образцы ткани с содержанием фибробластов, сильно превышающим порог перколяции (65–75%), все еще проводят электрические сигналы. Иными словами, кардиомиоциты должны уметь организоваться так, чтобы проводить импульс даже в «высокофибробластном» окружении.

Чтобы разрешить этот парадокс, сотрудники Московского физико-технического института (МФТИ) и Гентского университета совместили эксперименты in vitro (то есть в искусственно смоделированной среде – на слое сердечных клеток новорожденных крыс) с экспериментами in silico (в полностью смоделированной на компьютере биологической системе, на морфологической и электрофизиологической компьютерной модели сердечной ткани). Кардиомиоциты сердца представляют собой синцитий – функциональное объединение большого числа тесно взаимосвязанных клеток. За счет такого объединения возбуждение одной-единственной клетки распространяется по всем клеткам сердечного синцития.

Жизнь клетки во многом зависит от того, как ведёт себя её цитоскелет – различные белковые нити, которые организуют внутриклеточное пространство. Авторы работы предположили, что в фиброзной ткани кардиомиоциты так ориентируют свой цитоскелет, чтобы войти в единый синцитий с остальной сердечной тканью. Исследователи изучали распространение электрической волны в 25 образцах сердечной ткани с разным процентным содержанием кардиомиоцитов и фибробластов. В результате удалось рассчитать порог перколяции в 75%, что, как было сказано, намного выше тех 40%, которые даёт теория перколяции и другие математические модели.

Одновременно, как говорит профессор Константин Агладзе, руководитель лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ, удалось заметить, что «…кардиомиоциты в образцах располагаются не случайным образом, а собираются в разветвлённую проводящую сеть». Переориентировавшись в сеть и соединившись синцитием с остальной тканью, проводящие клетки сердца могут справиться с наплывом непроводящих фибробластов. Дальнейшие изыскания в этой области могут помочь найти новые способы лечения аритмии, основанные на более глубоком понимании поведения сердечных клеток.

Результаты исследований опубликованы в PLOS Computational Biology.



Ссылка на источник

Tags: исследования, медицина, сердце, физиология
Subscribe

Posts from This Journal “сердце” Tag

Buy for 30 tokens
В Республике Башкортостан сохраняется дефицит иммуноглобулина человека против клещевого энцефалита. Об этом «ФВ» сообщила генеральный директор аптечной сети «Фармленд» Аделя Кальметьева. По данным регионального управления Роспотребнадзора, по состоянию на 16 июня в…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment