La fibrillazione atriale è la forma più diffusa di aritmia cardiaca, colpisce fino a 6 milioni di persone solo negli Stati Uniti. I trattamenti comuni per le forme gravi del fenomeno del battito irregolare sono controversi, e guidato da metodi di rilevamento non ancora standardizzati o completamente perfezionati. Ma una nuova ricerca da un gruppo eterogeneo di scienziati interdisciplinari, pubblicato questa settimana sulla rivista Caos , offre un approccio computazionale per comprendere gli importanti fattori coinvolti nella misurazione delle onde di eccitazione cardiaca.

Mentre le aritmie possono essere un sintomo associato a più malattie, il loro comportamento fondamentale deriva dalle onde di eccitazione e dal modo in cui si propagano attraverso il tessuto muscolare cardiaco. Queste onde possono assumere geometrie a spirale, chiamati rotori, che si ritiene siano importanti per l'inizio e il mantenimento della fibrillazione atriale.

Per alcuni casi gravi, il trattamento può includere l'ablazione, distruzione efficace di aree localizzate del tessuto cardiaco in cui i cardiologi identificano i presunti rotori. Sebbene l'ablazione dei rotori rivendichi un numero di pazienti soddisfatti, il suo successo complessivo è ancora controverso. Ciò è in parte dovuto a disaccordi relativi agli approcci diagnostici utilizzati per caratterizzare i fenomeni sottostanti e identificare i rotori.

Leon Glass e Alvin Shrier, entrambi professori di fisiologia alla McGill University in Canada, hanno studiato i rotori nelle cellule cardiache di pulcini embrionali. Insieme a Min Ju You, all'epoca studente universitario, il cosmologo Matt Dobbs, e altri due ricercatori, hanno individuato effetti fuorvianti derivanti dai metodi utilizzati per mappare le dinamiche.

"I cardiologi stanno misurando l'attività locale in diversi luoghi e cercando di ricostruire ciò che sta accadendo in base a ciò, " Glass ha detto. "La domanda è quali sono gli errori in quella procedura. I problemi sorgono perché non c'è una chiara comprensione del processo di analisi della misurazione. Avrai sempre una certa risoluzione spaziale, una certa risoluzione temporale. ..."

Glass e il suo team hanno sviluppato una tecnica algoritmica per mappare le attivazioni delle onde a spirale misurate in campioni monostrato larghi 1 centimetro di cellule embrionali del cuore di pollo, marcati con coloranti fluorescenti calcio-sensibili che rendono i rotori radiativi per il rilevamento ottico diretto.

Questo modello semplificato consente misurazioni con una precisione molto più elevata rispetto ai metodi di rilevamento basati su catetere utilizzati nei pazienti viventi (umani), ma questo è in realtà un fattore che il team di ricerca stava cercando di evidenziare. Con il loro algoritmo, sono stati in grado di mostrare alcuni degli effetti fuorvianti degli errori di campionamento e delle discrepanze di risoluzione.

"Quando hai un mezzo eterogeneo, come è il vero tessuto, possono poi esserci complicazioni dovute a molteplici velocità di conduzione e complicate geometrie di propagazione di onde provenienti da sorgenti diverse, " ha detto Glass. "Ci possono essere falsi positivi, potresti vedere qualcosa che potrebbe non esserci realmente, [o] ci possono essere falsi negativi, potresti non riuscire a rilevare qualcosa che è veramente lì, e per tutti questi ci sono requisiti di dati in termini di risoluzione spaziale di cui hai bisogno per rilevare i rotori."

Tenendo conto di considerazioni statistiche, le loro ricostruzioni computazionali forniscono una serie di preziose informazioni per l'identificazione del rotore. Per dinamiche più semplici, mostrano semplici regolazioni delle soglie basate sulla risoluzione di rilevamento in grado di prevenire falsi positivi.

Per dinamiche più complesse con più rotori interagenti, sono stati in grado di dimostrare quando gli artefatti potrebbero essere responsabili di letture false positive delle cosiddette singolarità di fase associate all'origine di un rotore. Poiché queste singolarità sono spesso al centro della determinazione di dove indirizzare l'ablazione, i loro risultati evidenziano ciò che potrebbe contribuire a gran parte dell'incertezza nel campo.

"Sentiamo che per cercare di risolvere ciò che sta accadendo nel cuore umano, che sarà necessario che i gruppi cerchino di rendere esplicite le tecniche che stanno utilizzando nell'elaborazione dei dati, " disse il vetro.

Dato che le difficoltà nell'identificazione del rotore dalle eterogeneità del substrato e dalle complesse geometrie d'onda sono rese impegnative dalle basse risoluzioni di registrazione, e che queste complicazioni saranno ingrandite solo nelle analisi in tempo reale dei cuori umani malati, Glass stava facendo eco a un sentimento espresso direttamente nella conclusione dell'articolo:"Esortiamo la comunità a sviluppare algoritmi pubblici per l'identificazione del rotore che possono essere valutati criticamente nella ricerca e nei contesti clinici".