Ученые Московского физико-технического института создали и применили новую модель измерения электрических токов в клетках организма. Для этого они создали компьютерную модель, которая может оценивать слабые токи, постоянно возникающие в клетках сердца – кардиомиоцитах. Токи возникают в процессе переноса заряженных атомов – ионов – через клеточные мембраны. Такой процесс является основополагающим в системе сердечной проводимости тканей, а его сбои приводят к нарушению сердечного ритма и другим заболеваниям.
Нервная проводимость в организме обеспечивается за счет слабых электротоков, которые представляют собой потоки ионов – атомов, обладающих электрическим зарядом. К примеру, возбуждение возникает из-за переноса ионов натрия внутрь клетки из межклеточного пространства. Однако исследования этих процессов и их нарушений связаны с определенными трудностями. Например, при реальной температуре человеческого тела 37 ºС ток имеет очень высокую амплитуду и его показатели очень быстро меняются, поэтому их сложно засечь. Кроме того, применяемые сегодня методики не учитывают, что клеточные мембраны сами, подобно конденсаторам, накапливают электрический потенциал.
Для того чтобы создать новую модель измерения электрических токов в клетках сердечной мышцы, ученые МФТИ изучили, как токи зависят от напряжения, накопленного в клеточных мембранах, а также построили компьютерную модель, позволяющую решить эти проблемы. Ученые математически оптимизировали параметры расчетов и учли в них, что электрический потенциал клеточной мембраны при взаимодействии с потоком ионов меняется не мгновенно, а за некоторое время. Также была учтена деполяризация клеточной мембраны (уменьшение разности потенциалов между отрицательно заряженной цитоплазмой и внеклеточной жидкостью. – RT) выше командного потенциала – подаваемого в клетку измерительного сигнала. Новая модель помогла также описать распространение тока, когда концентрация ионов калия в кардиомиоцитах выше нормы. До этого во всех остальных классических математических моделях вообще не рассматривался такой показатель.
Благодаря работе ученых МФТИ также удалось измерить электроток в живых клетках-кардиомиоцитах при температуре 37 ºC. Клеточная культура для экспериментов была получена из стволовых клеток.
Авторы исследования считают, что их разработка позволит облегчить как фундаментальные исследования сердечной ткани, так и прикладные, например, прогностическое моделирование действия антиаритмиков, а также поможет в диагностике кардиологических заболеваний и оценке безопасности лекарственных препаратов.
Результаты исследования были опубликованы в научном журнале The Journal of Physiology.
Источник: ИА «Россия сегодня»
распечатать статью
