Sick Beats: Wissenschaftler Beleben Herzen, Um Unberechenbare Rhythmen Zu Studieren

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Forscher beleben gespendete herzen für bis zu 12 stunden, um quellen für unregelmäßige schläge zu finden.

In einer bahnbrechenden Studie beleben Forscher gespendete Herzen für bis zu 12 Stunden, um Quellen für unregelmäßige Schläge zu finden.

Während das wiederbelebte Gewebe im Labor in einem Labor auffängt, erfasst ein Quartett von Hochgeschwindigkeitskameras 40.000 Aufnahmen der elektrischen Aktivität der Herzen. Die Kameras erfassen elektrische Impulse, um Signalquellen zu identifizieren, die dazu führen können, dass Herzen zu langsam, zu schnell oder aus dem Rhythmus schlagen.

Durch die Visualisierung der wiederbelebten Herzen mit mehr Bildern und einer viel höheren Auflösung als bei lebenden Patienten könnten Wissenschaftler 3D-Modelle und sehr detaillierte Herzkarten erstellen, mit denen Mediziner gezieltere Behandlungen für Herzschlag-Unregelmäßigkeiten entwickeln können. [Gespendete Herzen schlagen erneut im Labor | Video]

In einem gesunden Herzen erzeugt die durch das spezielle Herzgewebe, den Sinusknoten, erzeugte Elektrizität, Kontraktionen, die einen gleichmäßigen Schlag verursachen - etwa 60 bis 100 Schläge pro Minute in Ruhe, so die Mayo-Klinik. Der Rhythmus wird durch synchrones Pumpen in den beiden oberen Kammern des Herzens, den so genannten Vorhöfen, und in seinen beiden unteren Kammern, den Ventrikeln genannt, eingestellt.

Gib mir einen Schlag

Störungen im elektrischen System des Herzens können abnormales Schlagen oder Arrhythmie verursachen. Wenn unberechenbare Signale die Vorhöfe beeinflussen, erzeugen sie eine Art von Arrhythmie, die als Vorhofflimmern (AF) bekannt ist. Dies ist die häufigste Form von Arrhythmie, die zu Schlaganfall oder Herzversagen führen kann, erklärte Vadim Fedorov, Dozent an der Abteilung für Physiologie und Zellbiologie der Ohio State University (OSU), gegenüber WordsSideKick.com.

Chirurgen behandeln AF mit einer Technik, die Ablation genannt wird. Sobald sie eine allgemeine Vorstellung davon haben, wo die chaotische elektrische Aktivität herkommt, platzieren sie Elektroden im Herzen und geben gezielt elektrische Impulse ab, die den Störungsbereich erschrecken und das unerwünschte Signal beenden.

Forscher des Wexner Medical Center der Ohio State University entwickelten eine Technik, mit der Teile gespendeter menschlicher Herzen im Labor wiederbelebt werden können, um nach verborgenen Quellen unregelmäßiger Herzschläge zu suchen.

Forscher des Wexner Medical Center der Ohio State University entwickelten eine Technik, mit der Teile gespendeter menschlicher Herzen im Labor wiederbelebt werden können, um nach verborgenen Quellen unregelmäßiger Herzschläge zu suchen.

Kredit: Das Wexner Medical Center der Ohio State University

Der Blick des Arztes auf die Energie, die durch das Herz eines lebenden Patienten pulsiert, ist jedoch begrenzt, da die Technologie der klinischen Bildgebung nur 200 Aufnahmen des Herzens von einer Seite auf einmal erfassen kann, sagte Fedorov. Folglich kann die Ablation ihr Ziel verfehlen; Dies gelingt in etwa 70 Prozent der Fälle und erfordert häufig wiederholte Behandlungen, sagten Vertreter der OSU in einer Erklärung.

Fedorov und seine Kollegen haben jedoch eine bahnbrechende Technik entwickelt, die im Labor 40.000 hochauflösende Bilder von Herzvorhöfen in 3D erzeugt. Es bietet eine genauere Sicht auf die Herzstruktur und die elektrische Aktivität - und bietet Herzchirurgen möglicherweise eine bessere Chance, dodgy Signale abzufangen. [Herzkrankheiten: Arten, Prävention & Behandlungen]

Es lebt!

In den letzten vier Jahren haben Fedorov und seine Kollegen von der OSU über 100 Herzen analysiert - "alle lebendig" -, sagte er gegenüber WordsSideKick.com. Diese "lebenden" Herzen kommen häufig direkt aus dem OP in das Labor des Wexler Medical Center der OSU, das von Herztransplantationspatienten und Lifeline aus Ohio gespendet wurde, einer gemeinnützigen Organisation, die die Spende von menschlichen Organen koordiniert.

Um die Herzen wiederzubeleben, verschließt Fedorov zuerst die winzigen Blutgefäße in sich und platziert die Herzen dann in einer sauerstoffreichen Lösung bei 37° C. In die Koronararterien eingeführte Spezialröhrchen füllen das Herz mit einer warmen, mit Sauerstoff angereicherten Lösung, die das fließende Blut simuliert und es erneut schlagen lässt.

Das Herz wird dann in einem speziellen Bad befleckt, mit Fluoreszenzfarbstoff injiziert, der elektrische Signale erfasst, und von vier Infrarotkameras umgeben. Infrarotlicht dringt bis zu einer Tiefe von 1 cm in das Herzgewebe ein, sodass die Forscher elektrische Aktivität in beiden Seiten der Vorhöfe sehen und in 3D darstellen können. Dadurch können sie unregelmäßige Signale mit hoher Genauigkeit lokalisieren.

Ein Teil eines gespendeten menschlichen Herzens wird mit vier hochauflösenden optischen Kameras wiederbelebt und aufgezeichnet.

Ein Teil eines gespendeten menschlichen Herzens wird mit vier hochauflösenden optischen Kameras wiederbelebt und aufgezeichnet.

Kredit: Das Wexner Medical Center der Ohio State University

Aus den Bildern zusammengestellte Herzmodelle enthüllten Quellen für AF-Regionen in den Vorhöfen "wie kleine Tornados im Herzen", die die elektrische Aktivität hinter unregelmäßigen Schlägen aufrechterhalten, sagte Fedorov.

"Wenn wir die 3D-Bildgebung haben, können wir eine genauere Quelle elektrischer Aktivität erkennen. Wenn wir einige Ablationsläsionen anwenden, können wir das Vorhofflimmern beenden", erklärte er.

Also schlagen wir weiter

Obwohl dieses Niveau der Visualisierung noch nicht für Herzen in lebenden Patienten möglich ist, ändert diese Forschung bereits die Art und Weise, wie Kliniker AF wahrnehmen und kartieren, sagt Studienautor Dr. John Hummel, Elektrophysiologe am Wexner Medical Center der OSU.

"Da wir nicht an dem Punkt sind, an dem wir auf der Grundlage der im Labor durchgeführten hochauflösenden Zuordnung ablatieren können, arbeiten wir rückwärts, um zu überprüfen, ob das Mapping mit dem Punkt übereinstimmt, an dem wir erfolgreich abgetragen haben", sagte Hummel in einer Erklärung.

Bestätigt man, dass die 3D-Herzkarten Chirurgen anweisen können, die korrekten elektrischen Signale in fehlerhaften Herzen abzuschalten, könnte dies zu erfolgreicheren Strategien zur Bekämpfung von Arrhythmien führen, sagte Federov gegenüber WordsSideKick.com.

"Wir schauen uns an, wie wir ex vivo [in lebenden Organismen] in vivo umsetzen können. Dafür brauchen wir klinische Studien, um unsere Beobachtungen zu bestätigen", sagte er. "Wir müssen zwischen Kliniken und Ex-vivo-Forschung gehen, um schließlich eine sehr patientenindividuelle Behandlung gegen Vorhofflimmern zu entwickeln."

Die Ergebnisse wurden online am 13. Januar im European Heart Journal: Cardiovascular Imaging veröffentlicht.

Originalartikel über Live-Wissenschaft.

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