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研究人员已经研究了覆盖心脏内表面复杂肌纤维网的功能

这项研究发表在《自然》杂志上,阐明了莱昂纳多·达·芬奇500年前提出的问题,并显示了这些肌肉的形状如何影响心脏功能和心力衰竭。

在人类中,心脏是第一个发育的功能器官,并且在受孕后仅四个星期就开始自发地跳动。在发育的早期,心脏会生长出复杂的肌肉纤维网络(称为小梁),在心脏内表面形成几何图案。这些被认为可以帮助发育中的心脏充氧,但是自16世纪以来,它们在成年人中的功能仍然是一个尚未解决的难题。

“我们的工作大大提高了我们对心肌小梁的重要性的理解,”冷泉港实验室研究员汉娜·迈耶(Hannah Meyer)解释说。“也许更重要的是,我们还展示了一支真正的多学科研究团队的价值。只有遗传学,临床研究和生物工程学的结合才使我们发现了心肌小梁在成年心脏功能中的出乎意料的作用。”

为了了解小梁的作用和发展,一个国际研究人员团队使用人工智能对25,000次心脏的磁共振成像(MRI)扫描以及相关的心脏形态和遗传数据进行了分析。这项研究揭示了小梁的工作和发展方式,以及它们的形状如何影响心脏病。UK Biobank已公开提供研究数据。

莱昂纳多·达·芬奇(Leonardo da Vinci)是16世纪最早绘制小梁及其雪花状分形图案的人。他推测他们在流经心脏的血液中温暖着血液,但是直到现在,他们的真正重要性才被人们所认识。

EMBL副总干事Ewan Birney说:“我们的发现回答了人类基本生物学中非常古老的问题。随着大规模遗传分析和人工智能的发展,我们正在重新将对生理学的理解推向前所未有的规模。”

研究表明,心室的粗糙表面使每次心跳期间血液都能更有效地流动,就像高尔夫球上的酒窝降低了空气阻力并帮助球进一步运动一样。

该研究还强调了人类DNA中的六个区域,这些区域会影响这些肌肉纤维中的分形模式。有趣的是,研究人员发现这些区域中的两个区域也调节神经细胞的分支,这表明类似的机制可能在发育中的大脑中起作用。

研究人员发现,小梁的形状会影响心脏的性能,暗示与心脏病的潜在联系。为了证实这一点,他们分析了50,000名患者的遗传数据,发现这些肌肉纤维中的不同分形模式影响了发生心力衰竭的风险。近五百万美国人患有充血性心力衰竭。

对小梁的进一步研究可以帮助科学家更好地了解常见的心脏病如何发展并探索新的治疗方法。

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