Сердечные мышцы, нарисованные да Винчи, играют жизненно важную роль в работе сердца

Новое захватывающее направление для понимания сердца.

Настоящий гений эпохи Возрождения, Леонардо да Винчи был известен своим гением в анатомии, архитектуре, картографии, дизайне, инженерии, математике, физиологии и скульптуре.

Рисунки и записи Леонардо об анатомии и функциях сердца оказались удивительно точными. Задолго до того, как Уильям Харви описал кровообращение в 1616 году, Леонардо расшифровал сердечную функцию, используя анатомию сердца.

Новое исследование, опубликованное вчера в журнале Nature, Имперского колледжа Лондона показало, что структуры, впервые нарисованные художником Леонардо да Винчи, имеют решающее значение для понимания того, как работает сердце.

Новое исследование – первое, показывающее, как сложная сеть мышечных волокон, выстилающих внутреннюю поверхность сердца, выполняет важную функцию, увеличивая скорость кровотока через орган. Исследование может помочь определить тех, кто подвергается наибольшему риску сердечной недостаточности, одной из основных причин смерти во всем мире, и предоставить информацию для исследований в области новых методов лечения.

Доктор Деклан О’Реган из Лондонского института медицинских наук MRC и ведущий автор исследования, сказал:  

«Леонардо да Винчи нарисовал эти сложные мышцы внутри сердца пол тысячелетия назад, и только сейчас мы начинаем понимать, насколько они важны для здоровья человека. Да Винчи также был заинтригован связью между математикой и природой, поэтому вполне логично, что мы обнаружили, что фрактальные узоры в сердце так важны для его функции. Эта работа предлагает новое захватывающее направление для понимания сердца и показывает потенциал объединения идей из математики и биологии в медицинских исследованиях».

С помощью искусственного интеллекта ученые проанализировали 25000 снимков МРТ сердец пациентов из исследования UK Biobank (2014-2020). Еще 1129 здоровых сердец добровольцев были просканированы в Имперском колледже Лондона и 510 пациентов с дилатационной кардиомиопатией в больнице Royal Brompton. Сканирование показало сложную структуру этих мышечных волокон, которые называются трабекулами.  

Ученые дополнительно изучили роль трабекул в работе сердца. Они действительно демонстрируют, что мышцы трабекул образуют повторяющийся геометрический узор, известный как фрактал, который можно увидеть в других структурах, от деревьев до снежинок. 

Да Винчи был первым, кто сделал набросок этих мышц в 16 веке, предполагая в то время, что они согревают кровь, текущую через сердце; однако их истинное значение до сих пор не было обнаружено. Теперь ученые выяснили, насколько эта сеть мышечных волокон, покрывающих внутреннюю поверхность камер сердца, имеет решающее значение для работы сердца. Эти волокна позволяют крови течь более эффективно во время каждого удара сердца, подобно тому, как ямочки на мяче для гольфа помогают ему двигаться дальше по воздуху.

Шесть областей в ДНК влияют на развитие фрактальных структур в этих мышечных волокнах. Ученые также обнаружили, что два из этих генов также регулируют ветвление нервных клеток, предполагая, что аналогичный механизм работает в развивающемся мозге и сердце.

Ученые обнаружили, что трабекулы могут влиять на риск сердечных заболеваний. Используя генетику для анализа данных 50 000 пациентов, было обнаружено, что различные фрактальные структуры в этих мышцах влияют на риск развития сердечной недостаточности. Есть надежда, что это позволит в будущем исследовать болезнь, которой страдают около 920 000 человек в Великобритании. Доктор О’Реган сказал:  

«Эта сеть мышц лежит между быстро текущей кровью внутри сердца и сокращающейся сердечной мышцей. Следующие шаги в нашем исследовании – понять, как эти волокна влияют на «аэродинамику» кровотока в сердце и как это может помочь в исследованиях новых методов лечения сердечных заболеваний. Мы также обнаружили, что эти волокна влияют на скорость прохождения электрических импульсов через сердце, поэтому они могут иметь значение более чем для одного аспекта работы сердца».

Доктор Ханна Мейер, сотрудничавшая с доктором О’Реганом в исследовании лаборатории Колд-Спринг-Харбор в США, добавила: 

«Наша работа значительно продвинула наше понимание важности миокардиальных трабекул. Но, возможно, что еще более важно, мы также показали ценность действительно многопрофильной группы исследователей. Только сочетание количественной генетики, клинических исследований и биоинженерии привело нас к открытию неожиданной роли трабекулы миокарда в работе сердца взрослого человека».

Эван Бирни, заместитель генерального директора лаборатории Европейского института биоинформатики EMBL (EMBL-EBI), который также принимал участие в исследовании, сказал:

 «Наши результаты отвечают на древние вопросы фундаментальной биологии человека. По мере развития крупномасштабного генетического анализа и развития искусственного интеллекта мы перезагружаем наше понимание физиологии до беспрецедентных масштабов».

DOI: 10.1038 / s41586-020-2635-8