- 28,217
- 46
- 8 Ноя 2022
Этот недуг поражает половину всех пациентов и до сих пор плохо изучен.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:800/450;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
Мягкое роботизированное сердце научили менять жесткость во время работы, чтобы воспроизводить одну из самых распространенных и плохо изученных форм сердечной недостаточности. Искусственные мышцы реагируют на давление жидкости, расслабляются при наполнении и сокращаются с заданной силой. Исследователи могут постепенно ограничивать способность модели растягиваться и наблюдать, как меняется движение крови по мере развития болезни.
Устройство создали для изучения сердечной недостаточности с сохраненной фракцией выброса, которую в медицинской литературе обозначают сокращением HFpEF. При таком нарушении сердце выталкивает во время сокращения нормальную долю крови, поэтому показатель фракции выброса остается в допустимых пределах. Проблема возникает между ударами: мышечная стенка теряет эластичность, левый желудочек плохо расслабляется и не успевает наполниться достаточным объемом крови перед следующим сокращением.
Фракция выброса показывает, какую долю крови левый желудочек выталкивает за один удар. Нормальное значение не означает, что сердце работает без нарушений. Жесткий желудочек может выбрасывать обычную долю от слишком малого объема, поступившего в камеру во время расслабления. Организм в результате получает меньше крови, а давление внутри сердца и сосудов повышается.
На сердечную недостаточность с сохраненной фракцией выброса приходится примерно половина всех случаев сердечной недостаточности. Только в США с диагнозом живут более 3 млн человек. Причины и механизмы болезни изучены не полностью, а течение заметно различается у разных пациентов. Недостаток точных лабораторных моделей мешает проверять методы лечения, направленные непосредственно на потерю эластичности сердечной мышцы.
Существующие установки воспроизводят заболевание лишь частично. Стенды с насосами, клапанами и трубками позволяют изучать давление и движение жидкости, но жесткие детали плохо передают механику живого сердца. Опыты на животных учитывают работу тканей и органов, однако обходятся дорого, требуют сложной подготовки и не полностью воспроизводят заболевание человека.
Прежние роботизированные модели точнее имитировали движение сердца, но выполняли заранее заданные команды. Система сокращала искусственные мышцы по установленной программе и не меняла работу в зависимости от давления внутри камер. Подобная схема подходит для повторения обычного сердечного цикла, но не передает сердечную недостаточность, при которой жесткость стенки и условия наполнения постоянно влияют друг на друга.
Новая модель воспроизводит левую половину сердца, куда входят левое предсердие и левый желудочек. Основу изготовили из силикона, а снаружи разместили несколько слоев искусственных мышечных волокон. Волокна состоят из резиновых трубок, усиленных пружинными спиралями. Конструкция повторяет расположение мышечных слоев настоящего сердца и позволяет стенкам камеры двигаться при наполнении и сокращении.
Через силиконовые камеры прокачивают жидкость, а датчики непрерывно измеряют создаваемое давление. Система управления сравнивает полученные значения с заданными параметрами и сразу меняет работу искусственных мышц. При необходимости волокна сильнее сопротивляются растяжению или, наоборот, позволяют желудочку свободнее расширяться.
Замкнутый контур управления отличает новую установку от ранних моделей. Давление влияет на работу искусственных мышц, а движение мышц, в свою очередь, меняет давление внутри камеры. Сердце человека работает по сходному принципу: объем поступающей крови растягивает желудочек, а свойства сердечной мышцы определяют, насколько легко камера примет жидкость.
Исследователи управляют жесткостью модели через сопротивление растяжению во время диастолы. Диастолой называют фазу между сокращениями, когда сердечная мышца расслабляется, а камеры наполняются кровью. Чем сильнее искусственные волокна препятствуют расширению, тем меньше жидкости успевает попасть в желудочек перед следующим ударом.
Настраиваемая жесткость позволила воспроизвести несколько стадий болезни, а не одно фиксированное состояние. На раннем этапе желудочек начинает медленнее расслабляться, хотя еще способен принять достаточный объем жидкости. При дальнейшем развитии стенка теряет податливость настолько, что камера не успевает нормально наполниться до следующего сокращения.
Возможность последовательно менять параметры помогает проследить путь от первых нарушений расслабления до выраженной сердечной недостаточности. В обычном лабораторном стенде исследователь чаще получает отдельный набор условий, соответствующий одной стадии. Роботизированная модель позволяет постепенно усиливать жесткость и следить, как вслед за ней меняются давление, наполнение желудочка и движение жидкости.
Подобная установка может пригодиться при разработке сердечно-сосудистых устройств . Инженеры смогут проверять, как имплант, насос или другая система влияет на сердце при разной степени жесткости. Модель также дает возможность искать способы вмешательства на ранней стадии, пока желудочек еще не потерял способность наполняться кровью.
Современное лечение HFpEF в основном направлено на симптомы и сопутствующие нарушения, включая высокое артериальное давление, ожирение и сахарный диабет. Ингибиторы натрий-глюкозного котранспортера второго типа, или SGLT2, снижают риск госпитализации у многих пациентов и помогают уменьшить избыток жидкости. Однако лекарств, которые напрямую возвращают сердечной мышце утраченную эластичность, по-прежнему мало.
Роботизированное сердце пока остается экспериментальной установкой, а не заменой клинических испытаний или биологических моделей. Разработчикам предстоит повысить скорость работы приводов, усовершенствовать систему управления и проверить, насколько точно полученные показатели соответствуют данным пациентов. И, конечно, авторы предлагают использовать устройство вместе с компьютерными расчетами, опытами на животных и клиническими наблюдениями, а не вместо них.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:800/450;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
Мягкое роботизированное сердце научили менять жесткость во время работы, чтобы воспроизводить одну из самых распространенных и плохо изученных форм сердечной недостаточности. Искусственные мышцы реагируют на давление жидкости, расслабляются при наполнении и сокращаются с заданной силой. Исследователи могут постепенно ограничивать способность модели растягиваться и наблюдать, как меняется движение крови по мере развития болезни.
Устройство создали для изучения сердечной недостаточности с сохраненной фракцией выброса, которую в медицинской литературе обозначают сокращением HFpEF. При таком нарушении сердце выталкивает во время сокращения нормальную долю крови, поэтому показатель фракции выброса остается в допустимых пределах. Проблема возникает между ударами: мышечная стенка теряет эластичность, левый желудочек плохо расслабляется и не успевает наполниться достаточным объемом крови перед следующим сокращением.
Фракция выброса показывает, какую долю крови левый желудочек выталкивает за один удар. Нормальное значение не означает, что сердце работает без нарушений. Жесткий желудочек может выбрасывать обычную долю от слишком малого объема, поступившего в камеру во время расслабления. Организм в результате получает меньше крови, а давление внутри сердца и сосудов повышается.
На сердечную недостаточность с сохраненной фракцией выброса приходится примерно половина всех случаев сердечной недостаточности. Только в США с диагнозом живут более 3 млн человек. Причины и механизмы болезни изучены не полностью, а течение заметно различается у разных пациентов. Недостаток точных лабораторных моделей мешает проверять методы лечения, направленные непосредственно на потерю эластичности сердечной мышцы.
Существующие установки воспроизводят заболевание лишь частично. Стенды с насосами, клапанами и трубками позволяют изучать давление и движение жидкости, но жесткие детали плохо передают механику живого сердца. Опыты на животных учитывают работу тканей и органов, однако обходятся дорого, требуют сложной подготовки и не полностью воспроизводят заболевание человека.
Прежние роботизированные модели точнее имитировали движение сердца, но выполняли заранее заданные команды. Система сокращала искусственные мышцы по установленной программе и не меняла работу в зависимости от давления внутри камер. Подобная схема подходит для повторения обычного сердечного цикла, но не передает сердечную недостаточность, при которой жесткость стенки и условия наполнения постоянно влияют друг на друга.
Новая модель воспроизводит левую половину сердца, куда входят левое предсердие и левый желудочек. Основу изготовили из силикона, а снаружи разместили несколько слоев искусственных мышечных волокон. Волокна состоят из резиновых трубок, усиленных пружинными спиралями. Конструкция повторяет расположение мышечных слоев настоящего сердца и позволяет стенкам камеры двигаться при наполнении и сокращении.
Через силиконовые камеры прокачивают жидкость, а датчики непрерывно измеряют создаваемое давление. Система управления сравнивает полученные значения с заданными параметрами и сразу меняет работу искусственных мышц. При необходимости волокна сильнее сопротивляются растяжению или, наоборот, позволяют желудочку свободнее расширяться.
Замкнутый контур управления отличает новую установку от ранних моделей. Давление влияет на работу искусственных мышц, а движение мышц, в свою очередь, меняет давление внутри камеры. Сердце человека работает по сходному принципу: объем поступающей крови растягивает желудочек, а свойства сердечной мышцы определяют, насколько легко камера примет жидкость.
Исследователи управляют жесткостью модели через сопротивление растяжению во время диастолы. Диастолой называют фазу между сокращениями, когда сердечная мышца расслабляется, а камеры наполняются кровью. Чем сильнее искусственные волокна препятствуют расширению, тем меньше жидкости успевает попасть в желудочек перед следующим ударом.
Настраиваемая жесткость позволила воспроизвести несколько стадий болезни, а не одно фиксированное состояние. На раннем этапе желудочек начинает медленнее расслабляться, хотя еще способен принять достаточный объем жидкости. При дальнейшем развитии стенка теряет податливость настолько, что камера не успевает нормально наполниться до следующего сокращения.
Возможность последовательно менять параметры помогает проследить путь от первых нарушений расслабления до выраженной сердечной недостаточности. В обычном лабораторном стенде исследователь чаще получает отдельный набор условий, соответствующий одной стадии. Роботизированная модель позволяет постепенно усиливать жесткость и следить, как вслед за ней меняются давление, наполнение желудочка и движение жидкости.
Подобная установка может пригодиться при разработке сердечно-сосудистых устройств . Инженеры смогут проверять, как имплант, насос или другая система влияет на сердце при разной степени жесткости. Модель также дает возможность искать способы вмешательства на ранней стадии, пока желудочек еще не потерял способность наполняться кровью.
Современное лечение HFpEF в основном направлено на симптомы и сопутствующие нарушения, включая высокое артериальное давление, ожирение и сахарный диабет. Ингибиторы натрий-глюкозного котранспортера второго типа, или SGLT2, снижают риск госпитализации у многих пациентов и помогают уменьшить избыток жидкости. Однако лекарств, которые напрямую возвращают сердечной мышце утраченную эластичность, по-прежнему мало.
Роботизированное сердце пока остается экспериментальной установкой, а не заменой клинических испытаний или биологических моделей. Разработчикам предстоит повысить скорость работы приводов, усовершенствовать систему управления и проверить, насколько точно полученные показатели соответствуют данным пациентов. И, конечно, авторы предлагают использовать устройство вместе с компьютерными расчетами, опытами на животных и клиническими наблюдениями, а не вместо них.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
