American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology

Entropy, trong mối quan hệ với các hệ thống động, là tỷ lệ sản xuất thông tin. Các phương pháp ước lượng entropy của một hệ thống được biểu diễn bằng chuỗi thời gian không phù hợp với phân tích các tập dữ liệu ngắn và ồn ào mà gặp phải trong các nghiên cứu về tim mạch và các sinh học khác. Pincus đã giới thiệu entropy xấp xỉ (ApEn), một tập hợp các biện pháp về độ phức tạp của hệ thống rất gần liên quan đến entropy, dễ dàng được áp dụng cho các chuỗi thời gian tim mạch lâm sàng và khác. Tuy nhiên, thống kê của ApEn dẫn đến các kết quả không nhất quán. Chúng tôi đã phát triển một biện pháp phức tạp mới và liên quan, entropy mẫu (SampEn), và đã so sánh ApEn và SampEn bằng cách sử dụng chúng để phân tích các tập hợp số ngẫu nhiên với đặc điểm xác suất đã biết. Chúng tôi cũng đã đánh giá cross-ApEn và cross-SampEn, sử dụng các tập dữ liệu tim mạch để đo sự tương đồng của hai chuỗi thời gian khác nhau. SampEn đồng thuận với lý thuyết gần gũi hơn nhiều so với ApEn qua một dải điều kiện rộng. Độ chính xác cải thiện của thống kê SampEn nên làm cho nó hữu ích trong việc nghiên cứu các chuỗi thời gian sinh lý lâm sàng và các sinh học khác.

Các khả năng nghiên cứu thực nghiệm và lâm sàng đối với các rối loạn nhịp tim trong mô cơ tim thất người rất hạn chế. Do đó, việc sử dụng các phương pháp thay thế như mô phỏng máy tính trở nên rất quan trọng. Trong bài viết này, chúng tôi giới thiệu một mô hình toán học về điện thế hành động của các tế bào thất người mà, mặc dù bao gồm một mức độ chi tiết điện sinh lý cao, nhưng vẫn có hiệu suất tính toán đủ hiệu quả để áp dụng vào các mô phỏng không gian quy mô lớn nhằm nghiên cứu các rối loạn nhịp tái nhập. Mô hình dựa trên dữ liệu thực nghiệm gần đây về hầu hết các dòng ion chính, bao gồm dòng natri nhanh, dòng canxi L-type, dòng ra tạm thời, dòng tái phân cực nhanh và chậm, cũng như dòng tái phân cực vào. Mô hình bao gồm động lực học canxi cơ bản, cho phép mô hình hóa thực tế các trạng thái tạm thời của canxi, sự bất hoạt của dòng canxi và bậc thang co bóp. Chúng tôi có thể tái tạo các điện thế hành động của cơ tim màng ngoài tim, màng trong tim và tế bào M của người, và cho thấy rằng những khác biệt này có thể được giải thích bởi những khác biệt trong dòng ra tạm thời và dòng tái phân cực chậm. Mô hình của chúng tôi tái tạo dữ liệu quan sát thực nghiệm về việc khôi phục độ dài điện thế hành động, đây là một đặc điểm quan trọng đối với các rối loạn nhịp tái nhập. Độ rộng khôi phục tốc độ dẫn truyền của mô hình chúng tôi lớn hơn so với các mô hình khác và đồng ý tốt hơn với dữ liệu có sẵn. Cuối cùng, chúng tôi mô hình hóa động lực của sự quay vòng sóng xoáy trong một tấm mô hai chiều của mô tim thất người và cho thấy rằng sóng xoáy theo một mẫu đường nét phức tạp và có chu kỳ 265 ms. Chúng tôi kết luận rằng mô hình đề xuất tái tạo được một loạt hành vi điện sinh lý và cung cấp cơ sở cho các nghiên cứu về các rối loạn nhịp tái nhập trong mô tim thất người.

Căng thẳng oxy hóa, được định nghĩa là sự sản xuất quá mức các loài oxy phản ứng (ROS) so với sự bảo vệ của các chất chống oxy hóa, đã được chứng minh là đóng vai trò quan trọng trong bệnh sinh của việc tái cấu trúc tim và suy tim (HF). Nó gây ra những thay đổi tinh vi trong các con đường nội bào, tín hiệu redox, ở mức độ thấp, nhưng gây ra sự suy giảm và tổn thương tế bào ở mức độ cao hơn. ROS được hình thành từ một số nguồn nội bào, bao gồm ty thể, NAD(P)H oxidase, xanthine oxidase, và nitric oxide synthase không liên kết. Sự sản xuất ROS tăng lên trong ty thể từ các trái tim bị suy, trong khi các hoạt động enzyme chống oxy hóa bình thường được bảo tồn. Sự gia tăng mãn tính trong sản xuất ROS trong ty thể dẫn đến một chu kỳ thảm khốc của tổn thương DNA ty thể (mtDNA) cũng như sự suy giảm chức năng, sự tạo ra ROS thêm, và tổn thương tế bào. ROS trực tiếp làm suy yếu chức năng co bóp bằng cách thay đổi các protein trung tâm cho sự kết hợp kích thích-co bóp. Hơn nữa, ROS kích hoạt một loạt các kinase tín hiệu tăng sinh và yếu tố phiên mã và điều hòa quá trình apoptosis. Chúng cũng kích thích sự tăng sinh của nguyên bào sợi tim và hoạt hóa các matrix metalloproteinase, dẫn đến việc tái cấu trúc ma trận ngoại bào. Những sự kiện tế bào này liên quan đến sự phát triển và tiến triển của tái cấu trúc cơ tim không thích nghi và suy tim. Căng thẳng oxy hóa cũng liên quan đến sự suy giảm chức năng cơ vân, mà có thể liên quan đến tình trạng không dung nạp vận động và kháng insulin trong HF. Do đó, căng thẳng oxy hóa có liên quan đến bệnh sinh của HF trong tim cũng như trong cơ vân. Một hiểu biết tốt hơn về những cơ chế này có thể cho phép phát triển các chiến lược điều trị mới và hiệu quả chống lại HF.

Tế bào nội mô (ECs) đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các chức năng tuần hoàn. Các kích thích cơ học, bao gồm sự kéo dãn và áp lực cắt do áp lực và lưu lượng tuần hoàn gây ra, điều chỉnh chức năng của EC bằng cách kích hoạt các cơ chế cảm ứng cơ học, các con đường tín hiệu, cũng như sự biểu hiện gen và protein. Các lực cơ học có hướng rõ ràng (ví dụ: áp lực cắt mạch đập và sự kéo dãn tròn một chiều tồn tại ở phần thẳng của hệ động mạch) chỉ gây ra sự ra tín hiệu phân tử tạm thời đối với các con đường pro-inflammatory và tăng sinh, những con đường này sẽ giảm điều hòa khi các lực cơ học có hướng này được duy trì. Ngược lại, các lực cơ học không có hướng xác định (ví dụ: dòng chảy bị rối loạn và sự kéo dãn tương đối không chỉ định ở các điểm phân nhánh và những khu vực có hình dạng phức tạp khác) gây ra tín hiệu phân tử duy trì các con đường pro-inflammatory và tăng sinh. Phản ứng của EC đối với các kích thích cơ học có hướng liên quan đến việc tái cấu trúc cấu trúc EC để tối thiểu hóa các thay đổi trong ứng suất/biến dạng tế bào và kích hoạt những thay đổi thích ứng trong tín hiệu EC đối mặt với các kích thích bền vững; những sự kiện tế bào này tạo thành một cơ chế phản hồi kiểm soát để duy trì cân bằng nội môi của mạch máu và có tác dụng bảo vệ chống lại sự hình thành xơ vữa. Cơ chế phản hồi này không hoạt động hiệu quả ở các vùng có hình dạng phức tạp, nơi mà các kích thích cơ học không có hướng rõ ràng, do đó đặt những khu vực này vào nguy cơ hình thành xơ vữa. Các quá trình thích ứng của EC do cảm ứng cơ học tại phần thẳng của động mạch chủ là một ví dụ cho "Trí tuệ của Tế bào," như một phần của khái niệm tổng quát hơn về "Trí tuệ của Cơ thể" được công bố bởi Cannon, nhằm duy trì cân bằng nội môi tế bào trước những rối loạn từ bên ngoài.

Khác với giai đoạn phát triển, các mạch máu ở người trưởng thành thường không cần VEGF cho chức năng bình thường. Tuy nhiên, VEGF là yếu tố sống còn cho nhiều mạch máu trong khối u, và có những manh mối cho thấy một số mạch máu bình thường cũng có thể phụ thuộc vào VEGF. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tìm cách xác định các giường mạch nào, nếu có, ở chuột trưởng thành phụ thuộc vào VEGF để tồn tại. Các con chuột được điều trị bằng một chất ức chế tyrosine kinase thụ thể VEGF (VEGFR) nhỏ hoặc các VEGFR hòa tan trong 1-3 tuần. Các mạch máu được đánh giá thông qua nhuộm miễn dịch histochemistry hoặc kính hiển vi điện tử quét hoặc truyền. Trong một nghiên cứu về 17 cơ quan bình thường sau khi ức chế VEGF, chúng tôi phát hiện sự thoái triển mao mạch đáng kể ở các tiểu đảo tụy, tuyến giáp, vỏ tuyến thượng thận, tuyến yên, đám rối màng mạch, nhung mao ruột non, và mô mỡ mào tinh. Mức độ thoái triển phụ thuộc liều và thay đổi từ cơ quan này sang cơ quan khác, với mức tối đa là 68% ở tuyến giáp, nhưng lại ít hơn ở các cơ quan bình thường so với các khối u ở chuột transgenic RIP-Tag2 hoặc ở ung thư phổi Lewis. Các mao mạch phụ thuộc vào VEGF có lỗ, biểu hiện mức cao của cả VEGFR-2 và VEGFR-3, và có phủ tế bào pericyte bình thường. Các mao mạch tồn tại ở các cơ quan bị ảnh hưởng có ít lỗ hơn và ít biểu hiện VEGFR hơn. Tất cả các con chuột đều có vẻ khỏe mạnh, nhưng nhiều thay đổi sinh lý rõ rệt, bao gồm khả năng xử lý glucose trong máu hiệu quả hơn, đi kèm với một số chế độ ức chế VEGF. Một cách đáng chú ý, hầu hết các mao mạch ở tuyến giáp đã hồi phục trong vòng 2 tuần sau khi dừng điều trị trong 1 tuần. Những phát hiện của chúng tôi về sự phụ thuộc của các mao mạch có lỗ bình thường vào VEGF và sự phục hồi nhanh chóng sau khi thoái triển cho thấy tính linh hoạt của vi tuần hoàn ở người lớn.

Đại dịch coronavirus SARS-CoV-2 mới có thể đặc biệt gây hại cho những bệnh nhân có bệnh lý tim mạch nền (CVD). Cơ chế nhiễm SARS-CoV-2 là sự liên kết cần thiết của virus với dạng enzyme chuyển đổi angiotensin 2 (ACE2) gắn trên màng và sự nội hóa phức hợp này vào tế bào chủ. Nhận thức rằng ACE2 là thụ thể đồng cho coronavirus đã thúc đẩy các phương pháp điều trị mới nhằm chặn enzyme này hoặc giảm sự biểu hiện của nó để ngăn chặn sự xâm nhập vào tế bào và nhiễm SARS-CoV-2 vào các tổ chức biểu hiện ACE2 như phổi, tim, thận, não và ruột. Tuy nhiên, ACE2 là một thành phần enzym quan trọng trong hệ thống renin-angiotensin-aldosterone (RAAS); ACE2 phân hủy ANG II, một peptide có nhiều tác dụng thúc đẩy CVD, và tạo ra Ang-(1–7), có tác dụng đối kháng với hiệu ứng của ANG II. Hơn nữa, các bằng chứng thực nghiệm cho thấy việc chặn RAAS bằng các thuốc ức chế ACE, các thuốc đối kháng thụ thể ANG II loại 1, và các thuốc đối kháng mineralocorticoid, cũng như statin, làm tăng ACE2, là một phần trong những lợi ích của các chế độ điều trị này. Với thực tế rằng nhiều bệnh nhân lớn tuổi mắc tăng huyết áp hoặc các bệnh lý tim mạch khác thường xuyên được điều trị bằng các thuốc chặn RAAS và statin, những lo ngại lâm sàng mới đã phát sinh về việc liệu những bệnh nhân này có nguy cơ cao hơn mắc SARS-CoV-2, liệu liệu pháp RAAS và statin có nên ngừng sử dụng, và các hậu quả tiềm tàng của việc chặn RAAS đối với các bệnh lý liên quan đến COVID-19 như bệnh hô hấp cấp và mãn tính. Quan điểm hiện tại sẽ xem xét một cách nghiêm túc các bằng chứng về việc điều chỉnh ACE2 bởi sự chặn RAAS và statin, những lợi ích tim mạch của ACE2, và liệu việc chặn ACE2 có phải là một phương pháp khả thi để giảm thiểu COVID-19 hay không.

Nghe podcast liên quan đến bài viết này tại: https://ajpheart.podbean.com/e/covid-19-ace2-and-the-cardiovascular-consequences/ .

Tế bào gốc đa năng cảm ứng từ con người (hiPSCs) có khả năng phân hóa thành các tế bào cơ tim chức năng; tuy nhiên, các đặc tính sinh điện học của tế bào cơ tim có nguồn gốc từ hiPSC vẫn chưa được đặc trưng đầy đủ. Chúng tôi đã thực hiện phân tích chi tiết các đặc tính sinh điện học của tế bào cơ tim hiPSC có độ tinh khiết cao. Các tiềm năng hành động (APs) được ghi lại từ các tế bào cơ tim tự phát đập bằng phương pháp patch perforated và có các đặc tính giống như nhĩ, nốt và thất. AP giống như thất phổ biến hơn và có tiềm năng tâm trương cực đại gần giống với các tế bào cơ tim người, thời gian AP nằm trong phạm vi của khoảng QT điện tâm đồ bình thường ở người, và AP cho thấy độ nhạy mong đợi với nhiều loại thuốc (tetrodotoxin, nifedipine và E4031). Các hiện tượng khử cực sớm (EADs) được kích thích bằng E4031 và phụ thuộc vào nhịp tim chậm, và điện áp đỉnh của EAD thay đổi tỷ lệ nghịch với tiềm năng khôi phục của EAD. Các đặc tính điều khiển của bảy dòng ion đã được nghiên cứu bao gồm natri ( I_Na), canxi loại L ( I_Ca), máy phát nhịp được kích hoạt bởi siêu phân cực ( I_f), kali thoáng qua ra ngoài ( I_to), kali chỉnh lưu vào trong ( I_K1), và các thành phần hoạt động nhanh và chậm của dòng kali điều chỉnh muộn ( I_Kr và I_Ks, tương ứng). Độ tinh khiết cao và số lượng tế bào lớn cũng cho phép phân tích patch-clamp tự động. Chúng tôi kết luận rằng các tế bào cơ tim có nguồn gốc từ hiPSC này có các dòng ion và các đặc tính điều khiển kênh nền tảng cho APs và EADs của chúng tương tự về mặt định lượng với những gì đã được báo cáo cho tế bào cơ tim người. Những tế bào cơ tim có nguồn gốc từ hiPSC này còn có lợi thế bổ sung là chúng có thể được sử dụng trong các thử nghiệm có độ thông lượng cao, và chúng có tiềm năng ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực nghiên cứu tim mạch và ứng dụng điều trị.

Bán cầu não bên phải của chuột cống đã được tưới máu tại chỗ thông qua việc bơm ngược dung dịch HCO3 hoặc máu vào động mạch cảnh ngoài bên phải. Tốc độ bơm đã được điều chỉnh để giảm thiểu sự đóng góp của máu toàn thân vào dòng chảy trong bán cầu. Trong quá trình tưới bằng máu toàn phần hoặc máu nhân tạo, lưu lượng máu não khu vực và thể tích máu tương đương với các giá trị tương ứng ở chuột cống có ý thức, trong khi tưới bằng dung dịch HCO3 đã làm tăng lưu lượng khu vực gấp ba đến bốn lần do độ nhớt thấp của dung dịch tưới máu. Việc tưới bằng máu toàn phần trong 300 giây hoặc bằng dung dịch HCO3 trong 60 giây không làm thay đổi tính thấm của hàng rào máu-não. Hệ số thấm mạch máu não của tám chất không điện ly dao động từ 10(-8) đến 10(-4) cm X giây-1 và tỷ lệ thuận trực tiếp với hệ số phân chia octanol-nước của chất tan. Do đó, kỹ thuật tưới máu não tại chỗ là một phương pháp nhạy cảm mới để nghiên cứu quá trình chuyển giao mạch máu não ở chuột cống và cho phép kiểm soát tuyệt đối thành phần dung dịch tưới.

Huyết áp tâm thu động mạch phổi (PASP) được xác định bằng siêu âm và độ kéo dài của mặt đệm van ba lá (TAPSE; từ cuối tâm trương đến cuối tâm thu) có ý nghĩa cơ bản trong việc theo dõi lâm sàng bệnh nhân suy tim (HF), khi tăng và giảm lần lượt có thể làm gia tăng nguy cơ tim mạch từ hai đến ba lần. Chúng tôi giả thuyết rằng mối quan hệ giữa TAPSE (sự rút ngắn sợi cơ thất phải theo chiều dọc) và PASP (lực do thất phải tạo ra) cung cấp một chỉ số về mối quan hệ giữa chiều dài và lực của thất phải trong cơ thể, với tỷ lệ của chúng sẽ làm rõ hơn được tiên lượng. Hai trăm chín mươi ba bệnh nhân suy tim với phân suất tống máu thất trái giảm (HFrEF, n = 247) hoặc bảo tồn (HFpEF, n = 46) đã tham gia nghiên cứu siêu âm Doppler và đánh giá peptide natri lợi niệu pro-B-type N-terminal và được theo dõi các sự kiện bất lợi. Thời gian theo dõi trung bình là 20.8 tháng. Mối quan hệ giữa TAPSE và PASP cho thấy một sự dịch chuyển đường hồi quy xuống trong nhóm không sống sót, nhóm này thường có PASP cao hơn và TAPSE thấp hơn. Bệnh nhân HFrEF và HFpEF có phân bố tương tự dọc theo đường hồi quy. Do tính đồng nhất của TAPSE, PASP, và tỷ lệ TAPSE/PASP, các phân tích hồi quy Cox và Kaplan-Meier riêng biệt đã được thực hiện: một phân tích với TAPSE và PASP như các biện pháp riêng lẻ, và một phân tích kết hợp chúng ở dạng tỷ lệ. Tỷ lệ nguy cơ cho các biến số giữ lại trong hồi quy đa biến như sau: TAPSE/PASP </≥ 0.36 mm/mmHg [tỷ lệ nguy cơ (HR): 10.4, P < 0.001]; TAPSE </≥ 16 mm (HR: 5.1, P < 0.01); lớp chức năng New York Heart Association </≥ 3 (HR: 4.4, P < 0.001); E/e’ (HR: 4.1, P < 0.001). Nghiên cứu này cho thấy mối quan hệ giữa TAPSE và PASP dịch chuyển xuống trong nhóm không sống sót với phân bố tương tự ở HFrEF và HFpEF, và tỷ lệ của chúng cải thiện độ chính xác tiên lượng. Mối quan hệ giữa TAPSE và PASP như một chỉ số có thể về mối quan hệ giữa chiều dài và lực có thể là một bước tiến tới đánh giá chức năng thất phải hiệu quả hơn và không bị ảnh hưởng bởi chất lượng của rối loạn chức năng thất trái.