Delen:
Plotselinge hartdood, rechtse orkanen in het hart
Elke vijf minuten sterft er iemand ineens aan een hartdood. Hartstilstand wordt veroorzaakt door ventriculaire fibrillatie - een ernstige hartritmestoornis. Artsen begrijpen nog steeds niet in detail wat er precies in het hart gebeurt. Tot nu toe hebben artsen de dynamische processen in de flikkerende hartspier niet kunnen visualiseren. Voor de eerste keer heeft een nieuw onderzoekswerk verbazingwekkende bevindingen aan het licht gebracht.
Bij ventriculaire fibrillatie is de pompkracht van het hart levensbedreigend en bestaat de kans op plotselinge hartstilstand. (Afbeelding: spkphotostock / fotolia.com) In de publicatie van vandaag van het tijdschrift Nature, een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Jan Christoph en Stefan Luther van het Max Planck Instituut voor dynamiek en zelforganisatie en Gerd lafaard van het hartcentrum van het Universitair Medisch Centrum Göttingen is de eerste keer hoe vortex-achtige roterende samentrekkingen die de levensbedreigende cardiale fibrillatie gevestigd in Binnenin het hart kan worden waargenomen. Ze gebruiken een nieuwe beeldvormingstechniek waarvoor ultrasone apparaten kunnen worden gebruikt die goed zijn ingeburgerd in de geneeskunde. Artsen zullen beter in staat zijn hartritmestoornissen en andere hartaandoeningen te onderzoeken en nieuwe behandelmethoden te ontwikkelen.
Op de kern van ventriculaire fibrillatie: van echografiebeelden (links) Max Planck-onderzoekers reconstrueren hoe de hartspier bij een hartritmestoornis wervel (midden) opliep. Je kunt ook de filamenten (rechts) vinden die de kernen van de wervels vormen. Deze inzichten bieden aanknopingspunten voor verbeterde therapieën.
Wanneer de hartspier niet langer op een gecoördineerde manier samentrekt, maar alleen flikkert, wordt hij levensbedreigend. Artsen spreken van een fibrillatie. Twitch terwijl de belangrijkste kamers van het hart in deze wanordelijke manier is er maar één redding: de hartspier moet binnen een paar minuten met een sterke impuls worden gedefibrilleerd, dat is zeer pijnlijk en kan het hartweefsel beschadigen. Boezemfibrilleren leidt daarentegen niet direct tot de dood, maar kan, indien onbehandeld, ook fatale gevolgen hebben. "De sleutel tot een beter begrip van de fibrillatie is gelegen in een nieuwe hoge resolutie imaging, waarmee de processen in het inwendige van de hartspier kan worden waargenomen", zegt Stefan Luther, hoofd van de onderzoeksgroep "Biomedische fysica" aan het Max Planck Instituut voor Dynamics en Zelforganisatie en hoogleraar aan het Universitair Medisch Centrum Göttingen.
"De mechanische beweging van de hartspier in fibrillatie is zeer complex, maar het is ook zeer karakteristiek - bijna als een vingerafdruk van fibrillatie", zegt Jan Christoph, onderzoeker bij het Max Planck Instituut voor Dynamics and Self-Organisatie en het Duitse Centrum voor cardiovasculair onderzoek in Göttingen en hoofdauteur van de studie. Samen met Stefan Luther en een internationaal team van onderzoekers, de fysici nu een diagnostische methode die waarop de fibrillatie van de hartspier met een conventionele ultrasound machine met tijdsresolutie in drie dimensies en kan dus onderzoeken veel nauwkeuriger dan mogelijk was bij patiënten die eerder.
Handig voor de diagnose en therapie van hartfalen
3D-echografiemetingen van mechanische filamenten in het fibrillerende hart
De nieuwe diagnostische methode zal helpen om de behandeling van ventriculaire fibrillatie en mogelijk atriale fibrillatie effectiever te maken. Een beter begrip van de fibrillatie die met de procedure kan worden bereikt, zal dus bijdragen aan de ontwikkeling van defibrillatie met lage energie. Deze zwakkere, maar veel meer gerichte stroompuls doet de ventriculaire fibrillatie teniet doen dan bij de gebruikelijke pijnlijke defibrillatie van tegenwoordig met een elektrische schok met een hoge energie. Met de nieuwe vorm van ultrasone diagnostiek kunnen medische professionals uitzoeken hoe de lagere energiestoten moeten worden gebruikt om het hart weer normaal te krijgen.
De Göttingen-onderzoekers werken ook aan de ontwikkeling van de methode, zodat deze ook de complexe opwindingsdynamiek bij atriale fibrillatie visualiseert. In de toekomst zullen cardiologen kunnen zien op welke punten ze moeten worden vernietigd door ablatie van pathologische centra van opwinding. De nieuwe ultrasone methode zou ook nuttig moeten zijn voor het onderzoek, de diagnose en de behandeling van hartinsufficiëntie. De hartspiercellen zijn niet effectief omdat hun gecoördineerde contractie verstoord is. De redenen hiervoor zijn te vinden bij artsen met gedetailleerde echo-scans, zodat ze hartfalen eerder kunnen detecteren en effectiever kunnen behandelen.
Elektrische stimulatie veroorzaakt mechanische contracties van het hart
Computersimulatie van een elektromechanische wervel in hartspierweefsel
Computersimulatie van een elektromechanische wervel in hartspierweefsel
Elke hartslag wordt getriggerd door elektrische opwindingsgolven, die met hoge snelheid door de hartspier schieten, waardoor de hartspiercellen samentrekken. Als deze excitatiegolven worden verward, ontstaan hartritmestoornissen. Al geruime tijd weten artsen dat hartritmestoornissen elektrische stimulatie veroorzaken om door de hartspier te reizen in een wervelend patroon. Tot nu toe hebben ze zich gericht op deze elektrische wervels in de studie van hartritmestoornissen. Maar ze konden geen volledig beeld geven van de dynamiek in het dagelijkse medische leven. De onderzoekers van Max Planck namen nu een andere aanpak en keken in plaats van de elektrische stimulatie naar de trillende samentrekkingen van de flikkerende hartspier. "Tot nu toe is er weinig belang gehecht aan de analyse van spiersamentrekkingen en vervormingen tijdens fibrillatie. In onze metingen zagen we echter dat de elektrische vortex altijd optreedt met overeenkomstige vortexvormige mechanische vervormingen ", zegt fysicus Jan Christoph.
Om de trillende bewegingen in de hartspier in drie dimensies te illustreren en te correleren met de elektrische excitatie van het hart, ontwikkelden de onderzoekers nieuwe ultrasone meetmethoden met hoge resolutie. Ze hebben ook aangetoond dat deze methoden kunnen worden gebruikt in ultrasone machines met hoge prestaties die al routinematig worden gebruikt in veel cardiologische instellingen. Door de beeldgegevens van de spiercontracties te analyseren, konden ze in een flikkerend hart precies volgen hoe gebieden van samengetrokken en ontspannen spiercellen zich in een werveling door de hartspier bewegen. Ze observeerden ook filamenteuze structuren die fysici eerder alleen in theorie en uit computersimulaties kenden. Een dergelijke filamenteuze structuur lijkt op een draad en markeert het oog van de orkaan die door de hartspier beweegt. Het lokaliseren van de middens van de wervels in de spier is nu voor het eerst mogelijk.
Naast de echo-opnames, gebruikten de onderzoekers high-speed camera's en fluorescente kleurstoffen, die de elektrofysiologische processen in de hartspier visualiseren. De aldus verkregen beelden bevestigden dat de mechanische wervelingen de elektrische wervelingen zeer goed weerspiegelen.
Potentieel om de behandeling van hartritmestoornissen radicaal te veranderen
Elektrische werveling op het hartoppervlak
Volgens de onderzoekers van Göttingen heeft de ultrasone technologie de laatste jaren een enorme ontwikkeling doorgemaakt op het gebied van beeldkwaliteit en opnamesnelheden - het potentieel van moderne ultrasone technologie is nog niet volledig benut. "Samen met de enorm toegenomen rekenkracht van moderne computers en de snelle vooruitgang op het gebied van computergraphics en digitale beeldverwerking, openen zich volledig nieuwe meet- en visualisatiemogelijkheden in het hart. We kunnen deze ontwikkelingen vandaag in de geneeskunde gebruiken ", zegt Jan Christoph.
De studie is een voorbeeld van succesvolle interdisciplinaire samenwerking tussen natuurkundigen en artsen in het Duitse centrum voor cardiovasculair onderzoek. "Deze ontwikkeling heeft het potentieel om de behandelingsopties voor patiënten met hartritmestoornissen te revolutioneren. Reeds in 2018 zullen we de nieuwe technologie in onze patiënten te gebruiken om zowel hartritmestoornissen en myocard ziekte beter te diagnosticeren en te behandelen ", zegt Gerd lafaard, co-auteur van de studie, voorzitter van de Heart Research Center Göttingen en het hartcentrum van het Universitair Medisch Centrum Göttingen. Stefan Luther is zeker: "De diepe blik in de interne dynamiek van het hart is een mijlpaal in het hart van onderzoek en zal het begrip en de behandeling van hart-en vaatziekten in de toekomst slagvaardig vorm te geven" MPIDS / PH