Przez dziesięciolecia naukowcy wiedzieli, że nagła śmierć sercowa - awaria układu elektrycznego serca, która prowadzi do, no cóż, nagłego upadku - występuje częściej w godzinach porannych. Analiza danych z ambitnego badania serca Framingham doprowadziła do udokumentowania naukowego ciekawego linku już w 1987 roku. Ale tak długo naukowcy nie byli w stanie wiele zrobić z tą wiedzą. Wiele dokumentów pod koniec lat osiemdziesiątych wskazywało na możliwe wyjaśnienia: na przykład założenie wyprostowanej postawy lub problemy z procesem, który zwykle zapobiega zakrzepom krwi. Mimo to naukowcy nie byli w stanie określić podstawowego mechanizmu wyjaśniającego związek między zegarem dobowym organizmu a nieszczęściem elektrycznym, które powoduje nagłą śmierć.
Teraz międzynarodowy zespół naukowców natknął się na trop. Mukesh Jain z Case Western Reserve University w Cleveland i jego koledzy niedawno zidentyfikowali białko, którego poziomy oscylują z zegarem okołodobowym, au myszy powodują, że kanały jonowe rządzące układem elektrycznym serca również oscylują z zegarem. 8 września w Indianapolis na spotkaniu American Chemical Society (ACS) Jain poinformował, że oscylacje te występują również w ludzkich komórkach serca. Wyniki wskazują na erę, w której lekarze mogą zapobiegać nagłej śmierci sercowej, która jest główną przyczyną naturalnej śmierci w Stanach Zjednoczonych, zabijając rocznie ponad 300 000 osób.
Aby zrozumieć tajniki odkrycia Jaina, najpierw trzeba zrozumieć, jak działa serce. Pomyśl: silnik samochodowy, mówi James Fang, dyrektor medycyny sercowo-naczyniowej na University of Utah School of Medicine w Salt Lake City. Krąży krew, która jest paliwem. Są mięśnie, które pompują to paliwo. I jest system elektryczny, w którym separacja ładunków jest tworzona nie przez akumulator, ale przez pompy jonowe i kanały jonowe. Bez działającego układu elektrycznego mięśnie nie rozszerzają się i kurczą, a krew nie płynie. W zawale serca przepływ paliwa do serca jest zablokowany. Ale w nagłej śmierci sercowej występuje awaria elektryczna, która uniemożliwia sercu prawidłowe pompowanie krwi do ciała i mózgu. Bicie serca staje się nieregularne, często wykazując rodzaj arytmii zwanej migotaniem komór. Zawały serca może prowadzić do rodzaju arytmii, która może prowadzić do nagłej śmierci sercowej, ale w innych przypadkach nie ma oczywistej przyczyny. Bez względu na to, jak wyciągana jest wtyczka serca, śmierć zwykle następuje w ciągu kilku minut.
Defibrylatory awaryjne w miejscach publicznych ratują życie, oferując szybki sposób na zszokowanie serca do ponownego działania. Ale nowe badania nad dobowym rytmem białek znajdujących się w ludzkich sercach mogą zaoferować lepsze rozwiązanie. Zdjęcie Olaf Gradin za pośrednictwem flickr
Chociaż istnieją leki na serce - myśl beta-adrenolityki, inhibitory ACE - nie ma leku, który działałby specjalnie w celu zapobiegania wystąpieniu arytmii. Najczęstszą odpowiedzią medyczną jest po prostu: odpowiedź. Lekarze leczą usterkę elektryczną po defibrylatorze, technologii z historią sięgającą końca XIX wieku. W 1899 r. Dwóch fizjologów odkryło, że wstrząsy elektryczne mogą nie tylko wywoływać, ale także powstrzymywać zaburzenia rytmu serca psa. Pod koniec lat sześćdziesiątych defibrylacja serca była niezawodnie stosowana u ludzi. W 1985 r. Lekarz z uniwersytetu Johns Hopkins uzyskał zgodę FDA na wszczepialny defibrylator.
Od tego czasu defibrylacja jest głównym rozwiązaniem zagrażających życiu arytmii. Urządzenia te zmniejszyły się z „wielkości bagażu do wielkości pudełka po papierosach”, mówi Fang, a automatyczne wersje zewnętrzne stały się popularne, dzięki czemu osoby postronne mogą pomóc ofierze bez opóźnień jazdy karetką. Ale „to trochę prymitywne podejście” - mówi Fang. „Defibrylatory naprawdę stanowiły kamień węgielny przez ostatnie dwie lub trzy dekady, ale nie jest to tak naprawdę rozwiązanie do zarządzania” - dodaje. „To nie zapobiega problemowi. Pozwala to się wydarzyć, a następnie szokuje. ”To odpowiednik rozruchu samochodu po wyczerpaniu akumulatora.
Co więcej, mówi Fang, ponieważ naukowcy nie wiedzą, od czego zaczyna się arytmia, trudno jest przewidzieć, kto potrzebuje defibrylatora. Weźmy powiedzmy 100 pacjentów, którzy wszyscy mają słabe serca. „Prawdopodobnie tylko 10 umrze nagle. Nie wiemy, kim jest tych 10, dlatego dajemy defibrylatory wszystkim 100 osobom ”, mówi Fang. „To przesada, bo 90 nawet jej nie potrzebuje. Ale nie wiem, które 10 umrą. ”
Tutaj zaczyna się praca Jaina. Jego zespół, który od dawna badał białko znane jako KLF15, nieoczekiwanie odkrył, że ilość białka w myszy cykle tkanek serca - od niskiego do wysokiego iz powrotem w ciągu 24 godzin. Chociaż Jain nie zajmuje się elektrofizjologią, był świadomy związku między zegarem a nagłą śmiercią sercową i zastanawiał się, czy jego białko (wcześniej związane z niektórymi chorobami serca) może odgrywać pewną rolę. Zespół Jaina odkrył, że poziomy KLF15 powinny być wysokie podczas przejść z nocy na dzień, ale zamiast tego są niskie u myszy, które doświadczają nagłej śmierci sercowej - sugerując, że ich serca nie mają wystarczającej ilości białka w kluczowym oknie. KLF15 kontroluje poziomy innego białka, które wpływa na przepływ jonów do i z serca myszy, co oznacza, że kanały jonowe również podążają za rytmem okołodobowym. Kiedy naukowcy wyeliminowali obecność KLF15, „Wyrażenie kanału jonowego spadło i nie oscylowało”, mówi Jain. „A zwierzęta te miały zwiększoną podatność na komorowe zaburzenia rytmu i nagłą śmierć”. Badanie zostało opublikowane w zeszłym roku w Nature.
Obserwacje uzupełniające przedstawione na spotkaniu ACS potwierdzają, że oscylacja KLF15 i kanałów jonowych występuje w ludzkich komórkach serca. Odkrycia „zaczynają budować argument, że jest to potencjalnie ważne dla ludzkiej biologii i ludzkich chorób”, mówi Jain.
Jain wierzy, że jego praca molekularna i inne podobne badania na horyzoncie mogą prowadzić do leków, które oferują rozwiązanie lepsze niż defibrylacja. „Potrzebujemy nowego początku” - mówi. „To, co robimy, nie działa”. Ale przed nami jeszcze długa droga. Przyszłe badania będą próbowały znaleźć cząsteczki, które mogłyby podnieść poziomy KLF15, poszukać innych molekuł związanych z zegarem działających w sercu i poszukiwać wariantów genetycznych związanych z nagłą śmiercią sercową.
