Vous avez peut-être entendu l'expression « mon cœur a sauté un battement » lorsque quelqu'un parlait d'une rencontre romantique. En vérité, les cœurs qui battent irrégulièrement sont dangereux pour votre santé. La fibrillation auriculaire (AF) est le type le plus courant de rythme cardiaque irrégulier, et au fil du temps, il peut s'aggraver et devenir une condition permanente, un trouble grave qui est la principale cause évitable d'AVC ischémique, selon le NIH. Nicolae Moise, un chercheur scientifique du Département de génie biomédical de l'Ohio State University (OSU), utilise les ressources informatiques de haute performance NCSA et OSC pour explorer la progression à long terme de la FA, dans l'espoir que ses recherches pourront aider avec les traitements qui peuvent empêcher la FA avant qu'il ne devienne un état de dure. Son travail a été récemment publié dans JACC: électrophysiologie clinique.
L'AF est un type de rythme cardiaque irrégulier dans lequel les chambres supérieures du cœur – les oreillettes – ont été synchronisées avec les chambres inférieures. Ce qui commence comme un événement occasionnel au fil du temps devient permanent. Les études humaines sont difficiles à mener avec le niveau de détail nécessaire pour effectuer les types de tests que Moise simule.
« Nous utilisons des modèles d'électrophysiologie cardiaque pour étudier comment l'activité cardiaque à court terme (MS – S de temps de temps) provoque des changements à long terme du tissu cardiaque (jours – semaines – mois) », a déclaré Moise. « Nos simulations sont, à ma connaissance, les plus longues à ce jour, simulant jusqu'à 24 heures d'activité électrique 2D continue. »
Les simulations permettent aux chercheurs de contrôler tous les aspects du cœur sur une longue période de temps. Le fonctionnement d'un cœur peut sembler relativement simple en surface, mais il y a beaucoup de calculs impliqués dans la gestion d'une simulation à ce niveau de détail d'un cœur humain. C'est là que les ressources du centre entrent en jeu. Moise a utilisé le programme d'accès de la National Science Foundation aux États-Unis pour obtenir une allocation sur le supercalculateur Delta de la NCSA pour effectuer les simulations cardiaques complexes.
« Toutes les simulations 2D ont été effectuées à l'aide du code CUDA, sur les GPU de NCSA et Ohio Supercomputer Center – cela a été essentiel pour enquêter sur de telles échelles de temps », a déclaré Moise.
Les ressources NCSA que nous avons utilisées étaient spécifiquement des GPU NVIDIA disponibles via Delta. En effectuant les simulations en utilisant le code CUDA exécuté sur les GPU NVIDIA, nous avons pu accélérer nos simulations par un facteur ~ 250. Étant donné que nos simulations les plus longues de cette étude prennent environ une semaine à fonctionner, elles auraient pris l'ordre des années à effectuer sur un ordinateur personnel ou un ordinateur portable régulier. «
Nicolae Moise, Ohio State University
L'équipe de Moise a découvert des comportements cardiaques intéressants lorsqu'il est affligé de AF. Lorsqu'une personne a un rythme cardiaque rapide, les cellules cardiaques s'adaptent pour maintenir les niveaux de calcium équilibrés. Cette caractéristique incroyable des cellules cardiaques est livrée avec un inconvénient significatif. Les mêmes adaptations rendent le cœur sensible à des arythmies continues ou à des battements cardiaques anormaux. Cela crée un cercle vicieux où davantage de cellules cardiaques s'adaptent pour maintenir les niveaux de calcium équilibrés à mesure que la condition se poursuit, ce qui rend le cœur plus sensible aux arythmies, conduisant finalement à un rythme cardiaque irrégulier permanent.
Le travail de Moise montre exactement pourquoi la capture de AF tôt et le traiter est cruciale pour la santé cardiaque. « Nos recherches examinent l'arythmie cardiaque la plus courante, la fibrillation auriculaire, qui est une cause importante d'AVC cérébral, et donc de la morbidité et de la mortalité, par le biais de simulations informatiques de l'activité électrique du cœur », a déclaré Moise. « Ce travail nous permet, pour la première fois, de suivre l'initiation et la progression à long terme de cette maladie, ce qui conduira finalement à de meilleurs médicaments qui empêchent ou arrêtent sa progression. »
Les recherches de Moise ont le potentiel d'améliorer considérablement le traitement pour AH, donnant aux médecins et aux chercheurs une nouvelle perspective sur les mécanismes qui conduisent à sa progression. Des recherches comme celle-ci peuvent également inspirer le travail dans des domaines similaires, aidant les chercheurs à étudier d'autres domaines de santé cardiaque et au-delà.
« Nous pensons que notre travail ouvre une nouvelle dimension temporelle dans les simulations d'électrophysiologie cardiaque, montrant que les simulations d'une journée (ou même plus) sont techniquement possibles », a déclaré Moise. « Cette approche peut être appliquée à une variété de maladies, telles que les dysfonctionnements ou les arythmies des ganglions sinotériaux causés par l'infarctus du myocarde. De plus, ce travail fait progresser directement la recherche dans la fibrillation auriculaire, permettant à la première fois de faire des tests pour les traitements qui ont été directement traités par l'intracell. Inspirez d'autres chercheurs à s'attaquer aux problèmes biologiques qui s'étendent sur de grandes échelles de temps. «
Dans les études futures, Moise a l'intention de prendre la simulation que son équipe a développée et d'introduire des traitements possibles. L'équipe continuera également de travailler pour valider ses résultats grâce à des expériences supplémentaires. Des travaux connexes précédents ont été publiés dans Journal biophysique.
