Bunky srdca sú náchylné na samoorganizáciu

V srdci niektoré bunky periodicky strácajú schopnosť viesť impulzy. Aby sa nenarušila srdcová činnosť, kardiomyocyty sú schopné vytvoriť samostatný rozvetvený vodivý systém.

Kardiomyocyty sú zodpovedné za kontraktilnú funkciu srdca. Hovoríme o špeciálnych bunkách, ktoré sú schopné generovať a prenášať elektrické impulzy. Okrem týchto štruktúr je však srdcové tkanivo reprezentované bunkami spojivového tkaniva, ktoré neprenášajú excitačnú vlnu - napríklad fibroblasty.

Fibroblasty normálne držia štrukturálnu kostru srdca a podieľajú sa na hojení poškodených oblastí tkaniva. Pri infarkte a iných zraneniach a ochoreniach niektoré kardiomyocyty odumierajú: ich bunky sú naplnené fibroblastmi, podobne ako pri zjazvení tkaniva. Pri veľkom nahromadení fibroblastov sa priechod elektrickej vlny zhoršuje: tento stav sa v kardiológii nazýva kardiofibróza.

Bunky, ktoré nie sú schopné viesť impulz, blokujú normálnu činnosť srdca. V dôsledku toho je vlna smerovaná okolo prekážky, čo môže viesť k obehovej dráhe excitácie: vzniká rotačná špirálová vlna. Tento stav sa nazýva spätný priebeh impulzu - ide o tzv. re-entry, ktorý vyvoláva rozvoj poruchy srdcového rytmu.

Fibroblasty s vysokou hustotou s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobujú vznik reverzného pulzného zdvihu z nasledujúcich dôvodov:

- nevodivé články majú heterogénnu štruktúru;

- veľké množstvo vytvorených fibroblastov je akýmsi labyrintom pre vlnové toky, ktoré sú nútené sledovať dlhšiu a zakrivenejšiu dráhu.

Vrcholová hustota fibroblastových štruktúr sa nazýva perkolačný prah. Tento ukazovateľ sa vypočíta pomocou perkolačnej teórie - matematickej metódy na posúdenie vzniku štrukturálnych spojení. Takýmito spojeniami sú v súčasnosti vodivé a nevodivé kardiomyocyty.

Podľa výpočtov vedcov by srdcové tkanivo malo stratiť svoju schopnosť viesť vzruchy, keď sa počet fibroblastov zvýši o 40 %. Je pozoruhodné, že v praxi sa vodivosť pozoruje aj pri zvýšení počtu nevodivých buniek o 70 %. Tento jav súvisí so schopnosťou kardiomyocytov samoorganizovať sa.

Podľa vedcov si vodivé bunky organizujú vlastný cytoskelet vo vnútri vláknitého tkaniva takým spôsobom, že môžu vstúpiť do spoločného syncytia s inými srdcovými tkanivami. Špecialisti hodnotili prechod elektrického impulzu v 25 vzorkách spojivového tkaniva s rôznym percentuálnym zastúpením vodivých a nevodivých štruktúr. V dôsledku toho bol vypočítaný perkolačný pík 75 %. Vedci si zároveň všimli, že kardiomyocyty neboli umiestnené v chaotickom poradí, ale boli organizované do rozvetveného vodivého systému. Dnes výskumníci pokračujú v práci na projekte: čelia cieľu vytvoriť nové metódy na elimináciu arytmií, ktoré budú založené na informáciách získaných počas experimentov.

Podrobnosti o práci nájdete na stránke journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1006597