В течение десятилетий ученые знали, что внезапная сердечная смерть - сбой в электрической системе сердца, который приводит людей к внезапному обмороку - происходит чаще в утренние часы. Анализ данных амбициозного исследования «Framingham Heart Study» привел к тому, что научная документация по этой любопытной ссылке появилась еще в 1987 году. Но в течение столь длительного времени ученые не могли многое сделать с этими знаниями. Шквал бумаг в конце 1980-х годов указывал на возможные объяснения: например, принятие вертикального положения или проблемы с процессом, который обычно предотвращает образование тромбов. Тем не менее, ученые не смогли определить основной механизм, объясняющий связь между циркадными часами тела и электрическим сбоем, который вызывает внезапную смерть.
Теперь международная команда исследователей наткнулась на лидерство. Мукеш Джейн из Университета Case Western Reserve в Кливленде и его коллеги недавно определили белок, уровни которого колеблются с циркадными часами, и у мышей также вызывают колебания ионных каналов, управляющих электрической системой сердца, с часами. 8 сентября в Индианаполисе на собрании Американского химического общества (ACS) Джайн сообщил, что эти колебания также происходят в клетках сердца человека. Результаты указывают на эру, когда врачи могут предотвратить внезапную сердечную смерть, которая является основной причиной естественной смерти в Соединенных Штатах, убивая более 300 000 человек в год.
Чтобы понять все тонкости открытия Джайна, сначала нужно понять, как работает сердце. Подумайте: автомобильный двигатель, говорит Джеймс Фанг, начальник отдела сердечно-сосудистой медицины в Медицинском университете Университета Юты в Солт-Лейк-Сити. Есть циркулирующая кровь, которая является топливом. Есть мышцы, которые качают это топливо. И есть электрическая система с разделением зарядов, созданная не батареей, а ионными насосами и ионными каналами. Без работающей электрической системы мышцы не будут расширяться и сокращаться, а кровь не будет течь. При сердечном приступе поток топлива в сердце блокируется. Но при внезапной сердечной смерти возникает электрическая неисправность, которая мешает сердцу правильно перекачивать кровь в тело и мозг. Биение сердца становится неустойчивым, часто показывая тип аритмии, называемой фибрилляцией желудочков. Сердечные приступы может привести к такой аритмии, которая может привести к внезапной сердечной смерти, но в других случаях нет очевидного триггера. Независимо от того, как выдернута пробка сердца, смерть обычно наступает в течение нескольких минут.
Аварийные дефибрилляторы в общественных местах спасают жизни, предлагая быстрый способ снова заставить сердце работать. Но новое исследование циркадных ритмов белка, обнаруженных в человеческих сердцах, может предложить лучшее решение. Фото Олафа Градина через Flickr
Хотя лекарства для сердца существуют, - считают бета-блокаторы, ингибиторы АПФ, - нет лекарств, которые бы действовали специально для предотвращения возникновения аритмии. Наиболее распространенный медицинский ответ - это просто ответ. Врачи устраняют электрическую неисправность после того, как это произошло, с помощью дефибриллятора - технологии, история которой уходит корнями в конец 19-го века. В 1899 году два физиолога обнаружили, что поражение электрическим током может не только создавать, но и останавливать ритмические нарушения в сердце собаки. К концу 1960-х годов сердечная дефибрилляция была надежно использована людьми. А в 1985 году доктор Университета Джона Хопкинса получил одобрение FDA на вживляемый дефибриллятор.
Дефибрилляция была основным решением для опасных для жизни аритмий с тех пор. Эти устройства уменьшились с «размера багажа до размера коробки для сигарет», говорит Фанг, и автоматические внешние версии стали популярными, так что свидетели могут помочь жертве без задержки поездки на машине скорой помощи. Но «это довольно грубый подход», - говорит Фанг. «Дефибрилляторы действительно сформировали краеугольный камень за последние два или три десятилетия, но это не очень большая часть управленческого решения», - добавляет он. «Это не предотвращает проблему. Это позволяет этому случиться, а затем шокирует вас ». Это равносильно запуску автомобиля после того, как аккумулятор разрядился.
Более того, говорит Фанг, поскольку ученые не знают, с чего начинается аритмия, трудно предсказать, кому нужен дефибриллятор. Возьмем, к примеру, 100 пациентов со слабым сердцем. «Вероятно, только 10 человек умрут внезапно. Мы не знаем, кто эти 10, поэтому мы даем дефибрилляторы всем 100 людям », - говорит Фанг. «Это излишне, потому что 90 даже не нуждаются в этом. Но я не могу сказать, какие 10 умрут ».
Здесь начинается работа Джайна. Его команда, которая долго изучала белок, известный как KLF15, по счастливой случайности обнаружила, что количество белка в мышах Циклы сердечной ткани - от низкого до высокого и обратно в течение 24 часов. Хотя Джейн не изучал электрофизиологию конкретно, он знал о связи между часами и внезапной сердечной смертью, и он задавался вопросом, может ли его белок (который ранее был связан с некоторыми сердечными заболеваниями) играть роль. Команда Джайна обнаружила, что уровни KLF15 должны быть высокими во время переходов с ночи на день, но вместо этого они низкие у мышей, которые испытывают внезапную сердечную смерть - предполагая, что в их сердцах не хватает белка во время критического периода. KLF15 контролирует уровни другого белка, который влияет на то, как ионы попадают в сердце мыши и выходят из него, а это означает, что ионные каналы также следуют циркадному ритму. Когда исследователи устранили присутствие KLF15, «Выражение ионного канала уменьшилось и не колебалось», - говорит Джейн. «И эти животные имели повышенную восприимчивость к желудочковым аритмиям и внезапной смерти». Исследование было опубликовано в прошлом году в журнале Nature.
Последующие наблюдения, представленные на заседании ACS, подтверждают, что колебания KLF15 и ионных каналов происходят в клетках сердца человека. Эти результаты «начинают строить аргументы в пользу того, что это потенциально важно для биологии человека и болезней человека », говорит Джейн.
Джейн считает, что его молекулярная работа и другие подобные исследования на горизонте могут привести к лекарствам, которые предлагают решение лучше, чем дефибрилляция. «Нам нужен новый старт», - говорит он. «То, что мы делаем, не работает». Но впереди еще долгий путь. Будущие исследования будут пытаться найти молекулы, которые могли бы повысить уровень KLF15, найти другие связанные с часами молекулы, работающие в сердце, и найти генетические варианты, связанные с внезапной сердечной смертью.
