Die Spiralwellen-Teleportationstheorie bietet einen neuen Weg, um Herzen zu defibrillieren und Arrhythmien zu beenden – –

Eine spiralförmige Welle elektrischer Aktivität im Herzen kann katastrophale Folgen haben. Eine Spiralwelle erzeugt eine Tachykardie – eine zu schnelle Herzfrequenz – und mehrere Spiralen verursachen einen Zustand unorganisierter Kontraktion, der als Fibrillation bekannt ist. Forscher des Georgia Institute of Technology bieten eine neue Methode zur Unterbrechung von Spiralwellen an, die weniger Energie verbraucht und möglicherweise weniger schmerzhaft ist als die herkömmliche Defibrillation.

Diese Forschung wurde im Labor von Professor Flavio Fenton der School of Physics zusammen mit seinem Studenten Noah DeTal und dem Forschungswissenschaftler Abouzar Kaboudian durchgeführt. Ihre neuesten Erkenntnisse wurden in der Zeitschrift „Terminating Spiral Waves with a Single Designed Stimulus: Teleportation as the Mechanism for Defibrillation“ veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Science.

Das Problem mit Spiralwellen

Elektrische Wellen ermöglichen es dem Herzen, sich zusammenzuziehen und Blut durch den Körper zu schicken. Wenn eine Welle zu einer Spirale wird, ist ihre Rotation schneller als der natürliche Schrittmacher des Herzens und unterdrückt die normale Herzfunktion. Stattdessen kann eine Spiralwelle weitere Spiralen hervorbringen, bis das Herz von mehreren Spiralwellen überholt wird, was zu einer desorganisierten Kontraktion führt und verhindert, dass das Herz den Körper mit Blut versorgt.

Seit Jahren arbeiten Wissenschaftler und Ärzte daran, den besten Weg zu finden, Spiralwellen zu stoppen, bevor sie außer Kontrolle geraten. Doch seit über einem halben Jahrhundert ist die beste Methode ein einzelner starker Stromschlag. Die für die Defibrillation benötigte Energie von 300 Joule erregt nicht nur die Herzzellen, sondern den gesamten Körper, was für den Patienten sehr schmerzhaft ist.

Im Laufe der Jahre haben Forscher mit schwächeren Schocks experimentiert, um Arrhythmien zu reorganisieren.

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“Wir hatten immer noch kein klares Verständnis dafür, wie Defibrillation funktioniert”, sagte Fenton. “Diese Forschung erklärt die minimale Energie, die erforderlich ist, um eine Arrhythmie tatsächlich zu beenden, und ich glaube, sie verdeutlicht den Mechanismus für die Defibrillation.”

Die symmetrische Lösung

Die Forscher stellten fest, dass Spiralwellen, da sie paarweise entstehen, auch paarweise terminiert werden müssen. Jede Spiralwelle ist mit einer anderen Spirale verbunden, die in die entgegengesetzte Richtung geht. Das Zusammenbringen der Spiralwellen durch einen elektrischen Schlag eliminiert sofort beide Wellen.

Die Forscher verwendeten eine mathematische Methode, um die Schlüsselregionen für die Elektroschockstimulation zu identifizieren, um auf Spiralwellen abzuzielen. Sie stellten fest, dass ein Stimulus, der an die Gewebebereiche abgegeben wurde, die eine Spiralwelle gerade verlassen hatte, und in der Lage war, eine neue Welle aufrechtzuerhalten, das Herz defibrillieren könnte.

Bei der Beendigung der Spiralwellen bewegten die Forscher sie tatsächlich auch durch ein Konzept, das sie “Teleportation” nannten.

„Wir nennen es Teleportation, weil es dem ähnelt, was man in der Science-Fiction sieht, wo etwas augenblicklich von einem Ort zum anderen bewegt wird“, sagte Fenton.

Spiralwellen können mit diesem Ansatz überall im Herzen teleportiert werden. Insbesondere Spiralwellen können so bewegt werden, dass sie mit ihren Partnern kollidieren, was sie auslöscht. Fenton erklärte, dass für eine erfolgreiche Defibrillation alle Spiralwellenpaare auf diese Weise eliminiert werden müssen.

Die Forscher planen, dieses Konzept mit zweidimensionalen Kulturen von Herzzellen weiter zu testen.

„Der nächste Schritt besteht darin, experimentell zu beweisen, dass das, was wir numerisch gemacht haben, möglich ist“, sagte Fenton.

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Schließlich, fügte Fenton hinzu, wollen sie Methoden entwickeln, die klinisch eingesetzt werden könnten, und arbeiten bei dieser Arbeit mit Kardiologen an der Emory University zusammen.

Geschichte Quelle:

Materialien zur Verfügung gestellt von Georgia Institute of Technology. Hinweis: Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.

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