나선형 파동 순간 이동 이론은 심장을 제세동하고 부정맥을 종식시키는 새로운 경로를 제공합니다

나선형 파동 순간 이동 이론은 심장을 제세동하고 부정맥을 종식시키는 새로운 경로를 제공합니다
날짜:
2022년 6월 24일
원천:
조지아 공과대학
요약:
연구원들은 에너지를 덜 사용하고 전통적인 제세동보다 덜 고통스러울 수 있는 나선형 파동을 방해하는 새로운 방법을 제공합니다.

심장의 나선형 전기 활동은 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 하나의 나선형 파동은 너무 빠른 심박수인 빈맥을 생성하고 여러 개의 나선형 파동은 세동으로 알려진 무질서한 수축 상태를 유발합니다. 조지아 공과대학(Georgia Institute of Technology)의 연구원들은 에너지를 덜 사용하고 전통적인 제세동보다 덜 고통스러울 수 있는 나선형 파동을 방해하는 새로운 방법을 제안합니다.

이 연구는 물리학부 교수인 Flavio Fenton의 연구실에서 그의 학생 Noah DeTal 및 연구 과학자 Abouzar Kaboudian과 함께 진행되었습니다. 그들의 최신 연구 결과는 Proceedings of the National Academy of Science 저널의 "Terminating Spiral Waves with a Single Designed Stimulus: Teleportation as the Mechanism for Defibrillation" 논문에 발표되었습니다 .

나선파의 문제

전기파는 심장이 수축하여 몸 전체에 혈액을 보낼 수 있도록 합니다. 파동이 나선형이 되면 그 회전은 심장의 자연 박동조율기보다 빨라 정상적인 심장 기능을 억제합니다. 대신, 하나의 나선형 파동은 심장이 여러 나선형 파동에 의해 추월될 때까지 더 많은 나선형을 생성할 수 있으며, 이는 무질서한 수축으로 이어지고 심장이 몸에 혈액을 공급하지 못하게 합니다.

수년 동안 과학자들과 의사들은 나선형 파동이 통제 불능 상태가 되기 전에 멈출 수 있는 최선의 방법을 찾기 위해 노력해 왔습니다. 그러나 반세기 이상 동안 가장 좋은 방법은 단 한 번의 강한 전기 충격이었습니다. 제세동에 필요한 300줄의 에너지는 심장 세포뿐만 아니라 몸 전체를 자극하여 환자에게 큰 고통을 줍니다.

수년에 걸쳐 연구자들은 부정맥을 재구성하기 위해 더 약한 충격을 사용하는 실험을 해왔습니다.

"우리는 여전히 제세동이 어떻게 작동하는지 명확히 이해하지 못했습니다."라고 Fenton이 말했습니다. "이 연구는 실제로 부정맥을 종식시키는 데 필요한 최소 에너지를 설명하고 제세동의 메커니즘을 명확히 한다고 믿습니다."

대칭 솔루션

연구원들은 나선파가 쌍으로 발생하기 때문에 쌍으로도 종료되어야 한다고 결정했습니다. 모든 나선 파동은 반대 방향으로 가는 다른 나선에 연결되어 있습니다. 전기 충격을 통해 나선형 파동을 결합하면 두 파동이 즉시 제거됩니다.

연구자들은 수학적 방법을 사용하여 나선형 파동을 표적으로 하는 전기 충격 자극의 핵심 영역을 식별했습니다. 그들은 조직 영역에 전달된 자극이 방금 왼쪽에 있고 새로운 파동을 유지할 수 있는 자극이 심장을 제세동할 수 있다고 결정했습니다.

나선파를 종식시키는 과정에서 연구진은 실제로 "텔레포트(teleportation)"라는 개념을 통해 그것들을 움직이고 있었다.

"우리는 그것을 순간이동이라고 부릅니다. 그것은 무언가가 한 장소에서 다른 장소로 순간적으로 이동하는 공상과학 소설에서 보는 것과 매우 유사하기 때문입니다."라고 Fenton이 말했습니다.

이 접근 방식을 사용하면 나선파를 심장의 어느 곳으로든 순간이동할 수 있습니다. 특히 나선파는 이동하여 파트너와 충돌하여 소멸시킬 수 있습니다. Fenton은 성공적인 제세동이 일어나기 위해서는 모든 쌍의 나선파가 이러한 방식으로 제거되어야 한다고 설명했습니다.

연구원들은 심장 세포의 2차원 배양을 사용하여 이 개념을 추가로 테스트할 계획입니다.

"다음 단계는 우리가 수치적으로 한 것이 가능하다는 것을 실험적으로 증명하는 것입니다."라고 Fenton이 말했습니다.

결국 Fenton은 임상적으로 사용할 수 있는 방법을 개발하기를 원하며 이 작업에서 Emory University의 심장 전문의와 협력하고 있다고 덧붙였습니다.