Viktig hjärtfunktion kartlagd

NYHET

Publicerad 2017-03-02

Medan forskarna under en längre tid förvisso varit eniga om att det mänskliga hjärtat nog använder sig av hydrauliska krafter för att fyllas med blod så har detta aldrig varit någonting annat än en teori. Förrän nu. Forskare involverade i arbetet att mäta hjärtats hydrauliska funktion, bland annat från KTH, säger att den nyfunna kunskapen kan leda till bättre diagnostik av hjärtsjukdomar och ny medicinsk utrustning.

Det nya forskningsresultatet som idag publicerats i den vetenskapliga tidskriften Scientific Reports visar för första gången hur mycket hjärtat är beroende av den hydrauliska mekanismen för att uppnå så kallad diastole. Det vill säga det undertryck som bildas i hjärtat och som gör att den tryckkänsliga mitralklaffen öppnas och låter blod passera mellan hjärtats förmak och kammare. Alltså fyller hjärtat med blod.

Frågeställningen vilken roll den hydrauliska mekanismen spelar för att fylla hjärtats kammare med blod har länge fascinerats Elira Maksuti, forskare vid KTH och huvudförfattare till den vetenskapliga artikeln. Nu kan hon och de andra forskarna, som kommer från KI, Lunds universitet och Washington University i USA, konstatera att den genomförda studien ger en bättre förståelse för hjärtats diastoliska funktion.

Detta kan i sin tur leda till bättre diagnostik av hjärtsjukdomar och påverka designen av ny medicinsk utrustning som "ventricular assist devices", det vill säga hjärtpumpar.

En central roll hos den förbisedda hydrauliska mekanismen i hjärtat spelas av den passage som klaffarna tillsammans bildar, det så kallade atrioventrikulära klaffplanet. Passagen agerar med en kolvliknande funktion mellan förmaken och kamrarna i båda halvorna av hjärtat. Forskarna har mätt hjärtats hydrauliska kraft när blod förflyttats över mitralklaffen och kommit fram till att den står för en tredjedel av den verksamma kraften i den vänstra kammaren i ett friskt hjärta.

– Detta är den första gången som forskare har mätt den hydrauliska kraften i hjärtat i kroppen, säger Elira Maksuti.

Elira Maksuti fortsätter att berätta att forskare hittills utgått från att muskelproteinet Titin på det stora hela varit fullt ansvarig för den diastoliska kraften. Nu kan hon och de forskarna istället konstatera att Titinet initierar processen och den hydrauliska mekanismen tar sedan över.

Förmaken och kamrarna i hjärtat - som är olika stora - och passagen mellan dem, fungerar i enlighet med Pascals princip. Detta innebär att tryck i någon del av en vätska, i detta fall blod, överförs utan förlust till alla delar av vätskan.

Som illustrativt exempel kan en parallell dras till en vattenfylld ballong. Klämmer du på ballongen i en änden kommer vatten att flöda över från den mindre delen till den större, men klämmer du ballongen på mitten händer ingenting eftersom ballongens båda areor är lika stora. Och hydraulisk kraft definieras som tryck multiplicerat med arean.

För att demonstrera principens betydelse har forskarna byggt en modell.

– Modellen är fylld med vatten och har en mindre och en större kammare, precis som hjärtat. De två kamrarna är sammanbundna via en kolv med en liten tunnel inuti, så vattnet kan flöda fritt och trycket är det samma i båda utrymmena. När vi trycker kolven mot den större kammaren, och sedan släpper, så åker kolven tillbaka och vatten flödar från den mindre till den större kammaren. Om de båda kamrarna hade varit lika stora hade varken vattnet eller kolven rört sig. Då hade krafterna varit i balans.

Elira Maksuti började undersöka hjärtats hydrauliska mekanism när hon jobbade med sin magisteravhandling i ämnet hjärtmekanik.

– Alla kan se hjärtats anatomi och massor av människor förstår fysiken bakom hydraulik. Några forskare har också föreslagit att den hydrauliska mekanismen skulle finnas i hjärtat, men inget har mätt dess kraft eller funderar över dess betydelse.

För att genomföra studien har Elira Maksuti bland annat använt en magnetkamera (magnetisk resonanstomografi, MR) för mätning av friska människors hjärtan. Innan studien utvecklade hon och andra forskare på KTH en datorsimulator för att se om mekanismen fanns representerad i det mänskliga hjärtat.

Studien är enbart fokuserad på det vänstra förmaket och kammaren, vars uppgift är att pumpa syresatt blod från lungorna till resten av kroppen. Forskarna förutspår emellertid att den hydrauliska mekanismen även återfinns i höger förmak och kammare, om än med ett annat lägre tryck.

När det kommer till skillnaden i storlek mellan förmak och kammare så finns det ett optimalt proportionsförhållande för att uppnå mest effektiv hydraulisk funktion.

– Vissa patienter med hjärtsjukdomar kan ha hjärtan där förmak och kammare är lika stora, eller till och med större förmak än kammare. När Diastolisk hjärtsvikt diagnosticeras idag tittar läkarna bara på storleken på förmaket. Vår kunskap om den hydrauliska mekanismen visar att det är storleken på förmaket i jämförelse med storleken på kammaren som är det viktiga.

Elira Maksuti har en delad doktorsexamen från både KTH och KI. Med i forskningsprojektet har bland annat även forskarna Martin Ugander (KI) och Michael Broomé (KTH/KI) varit.

Text: David Callahan

För mer information, kontakta Elira Maksuti på 070 - 427 23 97 eller elira.maksuti@sth.kth.se.

Till sidans topp