Une onde spirale d’activité électrique dans le cœur peut avoir des conséquences catastrophiques. Une onde en spirale crée une tachycardie – un rythme cardiaque trop rapide – et plusieurs spirales provoquent un état de contraction désorganisé appelé fibrillation. Des chercheurs du Georgia Institute of Technology proposent une nouvelle méthode pour perturber les ondes spirales qui utilise moins d’énergie et qui peut être moins douloureuse que la défibrillation traditionnelle.
Cette recherche est en cours dans le laboratoire du professeur Flavio Fenton de l’École de physique avec son étudiant Noah DeTal et le chercheur Abouzar Kaboudian. Leurs dernières découvertes sont publiées dans l’article “Terminating Spiral Waves with a Single Designed Stimulus: Teleportation as the Mechanism for Defibrillation”, dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.
Le problème des ondes en spirale
Les ondes électriques permettent au cœur de se contracter et d’envoyer du sang dans tout le corps. Lorsqu’une onde devient une spirale, sa rotation est plus rapide que le stimulateur cardiaque naturel du cœur et supprime la fonction cardiaque normale. Au lieu de cela, une onde en spirale peut engendrer plus de spirales jusqu’à ce que le cœur soit dépassé par plusieurs ondes en spirale, entraînant une contraction désorganisée et empêchant le cœur d’alimenter le corps en sang.
Pendant des années, les scientifiques et les médecins ont travaillé pour trouver le meilleur moyen d’arrêter les ondes en spirale avant qu’elles ne deviennent incontrôlables. Pourtant, depuis plus d’un demi-siècle, la meilleure méthode a été un seul choc électrique puissant. Les 300 joules d’énergie nécessaires à la défibrillation excitent non seulement les cellules cardiaques, mais tout le corps, ce qui la rend très douloureuse pour le patient.
Au fil des ans, les chercheurs ont expérimenté l’utilisation de chocs plus faibles pour réorganiser les arythmies.
“Nous n’avions toujours pas une compréhension claire du fonctionnement de la défibrillation”, a déclaré Fenton. “Cette recherche explique l’énergie minimale requise pour mettre fin à une arythmie et je pense qu’elle clarifie le mécanisme de la défibrillation.”
La solution symétrique
Les chercheurs ont déterminé que parce que les ondes spirales se développent par paires, elles doivent également se terminer par paires. Chaque onde spirale est reliée à une autre spirale allant dans la direction opposée. Rassembler les ondes en spirale par un choc électrique élimine instantanément les deux ondes.
Les chercheurs ont utilisé une méthode mathématique pour identifier les régions clés de la stimulation par choc électrique pour cibler les ondes spirales. Ils ont déterminé qu’un stimulus délivré aux zones tissulaires qu’une onde en spirale venait de quitter et était capable de soutenir une nouvelle onde pouvait défibriller le cœur.
Dans le processus de terminaison des ondes en spirale, les chercheurs les déplaçaient également à travers un concept qu’ils ont nommé “téléportation”.
“Nous appelons cela la téléportation parce que c’est très similaire à ce que vous voyez dans la science-fiction où quelque chose est déplacé instantanément d’un endroit à un autre”, a déclaré Fenton.
Les ondes spirales peuvent être téléportées n’importe où dans le cœur en utilisant cette approche. En particulier, les ondes spirales peuvent être déplacées pour qu’elles entrent en collision avec leurs partenaires, ce qui les éteint. Fenton a expliqué que pour qu’une défibrillation réussisse, toutes les paires d’ondes en spirale doivent être éliminées de cette manière.
Les chercheurs prévoient de tester davantage ce concept en utilisant des cultures bidimensionnelles de cellules cardiaques.
“La prochaine étape consiste à prouver expérimentalement que ce que nous avons fait numériquement est possible”, a déclaré Fenton.
Finalement, a ajouté Fenton, ils veulent développer des méthodes qui pourraient être utilisées en clinique et s’associent à des cardiologues de l’Université Emory sur ce travail.
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Institut de technologie de la Géorgie. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
