От десетилетия на учените е известно, че внезапната сърдечна смърт - отказ в електрическата система на сърцето, който води хората, да, внезапно да умре - се появява по-често в сутрешните часове. Анализът на данните от амбициозното Framingham Heart Study доведе до научната документация на любопитната връзка още през 1987 г. Но за толкова време учените не успяха да направят много с тези знания. Шумът от документи в края на 80-те години сочи възможни обяснения: например предположението за изправена поза или проблеми с процеса, който обикновено предотвратява образуването на кръвни съсиреци. Все пак учените не са успели да намерят основен механизъм, който да обясни връзката между циркадния часовник на тялото и електрическата повреда, която причинява внезапна смърт.
Сега международен екип от изследователи се натъкна на преднина. Mukesh Jain от университета Case Western Reserve в Кливланд и неговите колеги наскоро идентифицираха протеин, чиито нива се колебаят с циркадния часовник и при мишки причиняват йонните канали, управляващи електрическата система на сърцето, да се колебаят и с часовника. На 8 септември в Индианаполис на среща на Американското химическо дружество (ACS) Джаин съобщи, че тези трептения се срещат и в човешките сърдечни клетки. Резултатите сочат ера, когато лекарите може да са в състояние да предотвратят внезапна сърдечна смърт, която е водещата причина за естествена смърт в Съединените щати, убивайки повече от 300 000 души всяка година.
За да разбере вътрешностите на откритието на Джайн, първо трябва да се разбере как работи сърцето. Помислете: автомобилен двигател, казва Джеймс Фанг, шеф на сърдечно-съдовата медицина в Университета на Юта по медицина в Солт Лейк Сити. Там е циркулиращата кръв, която е горивото. Има мускулите, които изпомпват това гориво. И има електрическа система, с разделяне на заряда, създадена не от батерия, а от йонни помпи и йонни канали. Без работеща електрическа система мускулите няма да се разширяват и свиват и кръвта няма да тече. При инфаркт потокът на гориво към сърцето е блокиран. Но при внезапна сърдечна смърт има електрическа неизправност, която не позволява на сърцето правилно да изпомпва кръв към тялото и мозъка. Сърдечният пулс става нестабилен, често показва вид аритмия, наречена камерна фибрилация. Сърдечен удар може да доведе до вида на аритмия, която може да доведе до внезапна сърдечна смърт, но в други случаи няма очевиден спусък. Без значение как се дърпа сърдечната тапа, смъртта настъпва обикновено за минути.
Спешните дефибрилатори на обществени места спасяват живота, предлагайки бърз начин да шокирате сърцето да работи отново. Но новите изследвания върху циркадните ритми на протеини, открити в човешките сърца, могат да предложат по-добро решение. Снимка от Olaf Gradin чрез flickr
Въпреки че съществуват лекарства за сърцето - помислете за бета блокери, АСЕ инхибитори - няма лекарство, което да действа специално за предотвратяване на появата на аритмия. Най-често срещаният медицински отговор е точно това: отговор. Лекарите лекуват електрическата неизправност, след като това се е случило с дефибрилатор, технология с история, простираща се до края на 19 век. През 1899 г. двама физиолози установяват, че електрическите шокове могат не само да създадат, но и да спрат ритмичните смущения в сърцето на куче. В края на 60-те години сърдечната дефибрилация се използва надеждно при хората. И през 1985 г. лекар от университета Джон Хопкинс получи одобрение на FDA за имплантируем дефибрилатор.
Оттогава дефибрилацията е основното решение за животозастрашаващи аритмии. Тези устройства са се свили от "размера на багажа до размера на кутия за цигари", казва Фанг, а автоматизираните външни версии са станали популярни, така че наблюдателите могат да помогнат на жертвата без забавяне на возенето на линейка. Но „това е малко груб подход“, казва Фанг. „Дефибрилаторите наистина са крайъгълен камък за последните две или три десетилетия, но всъщност не са кой знае какво решение за управление“, добавя той. „Това не пречи на проблема. Оставяте го да се случи и след това ви шокира от това. ”Това е еквивалент на скок на стартиране на кола, след като акумулаторът е умрял.
Нещо повече, казва Фанг, тъй като учените не знаят с какво задейства аритмията да започне с това, че е трудно да се предвиди кой има нужда от дефибрилатор. Вземете, да речем, 100 пациенти, които всички имат слабо сърце. „Вероятно само 10 ще умрат внезапно. Ние не знаем кои са тези 10, затова даваме дефибрилатори на всичките 100 души ”, казва Фанг. „Това е излишно, защото 90 дори не се нуждаят от него. Но не мога да кажа кои 10 ще умрат. "
Ето откъде идва работата на Джаин. Екипът му, който отдавна изучава протеин, известен като KLF15, открива, че количеството на протеина в мишката цикли на сърдечната тъкан - преминаване от ниско към високо и обратно за 24-часов период. Въпреки че Джейн не изучава конкретно електрофизиологията, той е бил наясно с връзката между часовника и внезапната сърдечна смърт и се е замислил дали протеинът му (който преди е бил свързан с някои сърдечни заболявания) може да играе роля. Екипът на Джейн откри, че нивата на KLF15 трябва да са високи по време на преходите от нощ на ден, но вместо това са ниски при мишки, които преживяват внезапна сърдечна смърт - предполагайки, че сърцата им не разполагат с достатъчно количество протеин по време на критичен период. KLF15 контролира нивата на друг протеин, който влияе върху това как йони се вливат в и извън сърцето на мишката, което означава, че йонните канали също следват циркаден ритъм. Когато изследователите елиминираха присъствието на KLF15, „Експресията на йонните канали намаля и не се колебае“, казва Джейн. "И тези животни са имали повишена чувствителност към камерни аритмии и внезапна смърт." Изследването е публикувано миналата година в Nature.
Последващи наблюдения, представени на заседанието на ACS, потвърждават, че трептенията на KLF15 и йонните канали се появяват в човешките сърдечни клетки. Тези констатации „започват да изграждат дело, че това е потенциално важно за човешката биология и човешките заболявания“, казва Джаин.
Джейн вярва, че неговата молекулярна работа и други подобни изследвания на хоризонта могат да доведат до лекарства, които предлагат решение по-добро от дефибрилация. „Нуждаем се от нов старт“, казва той. "Това, което правим, не работи." Но има още дълъг път. Бъдещите изследвания ще се опитат да намерят молекули, които биха могли да повишат нивата на KLF15, да търсят други свързани с часовника молекули на работа в сърцето и да търсят генетични варианти, свързани с внезапна сърдечна смърт.
