Вчені розкривають приховану геометрію серця, щоб революціонізувати інтерпретацію ЕКГ

Дослідження вчених з Королівського коледжу Лондона показало, що фізична орієнтація серця в грудній клітці суттєво впливає на електричні сигнали, записані на електрокардіограмі (ЕКГ), – це відкриття може прокласти шлях до більш персоналізованої та точної діагностики серцевих захворювань.

Використовуючи дані понад 39 000 учасників проекту UK Biobank, це одне з найбільших на сьогоднішній день досліджень, що охоплюють населення, що вивчає зв'язок між анатомією серця та його електричною активністю. Поєднуючи 3D-візуалізацію серця з даними ЕКГ, команда створила спрощені цифрові двійники серця кожного учасника.

Ці персоналізовані моделі дозволили дослідникам вивчити, як анатомічне положення серця, відоме як анатомічна вісь, пов'язане з просторовою мірою електричної активності, або електричною віссю. Дослідження опубліковано в журналі PLOS Computational Biology.

Цифрові двійники стають потужним інструментом у дослідженнях серцево-судинної системи, дозволяючи вченим моделювати та вивчати структуру та функцію серця з безпрецедентною деталізацією. У цьому дослідженні вони відіграли ключову роль у виявленні того, як природні зміни орієнтації серця, що формуються такими факторами, як індекс маси тіла (ІМТ), стать та гіпертонія, можуть суттєво впливати на показники ЕКГ.

«Великомасштабні біомедичні ресурси, такі як Британський біобанк, прокладають шлях для пацієнтоорієнтованої характеристики захворювань, дозволяючи проводити детальний аналіз анатомічних та електрофізіологічних варіацій у популяції».

«Ця робота продемонструвала відмінності в осях серцевих скорочень між здоровими та хворими особами, підкреслюючи потенціал для посилення персоналізації цифрових двійників та покращення прогнозу й характеристики захворювань, що зрештою дозволить надавати більш персоналізовану клінічну допомогу», – каже Мохаммад Кайялі.

Дослідники запропонували нові, стандартизовані визначення як для анатомічних, так і для електричних осей на основі їхнього вирівнювання у тривимірному просторі. Вони виявили, що люди з вищим ІМТ або високим кров'яним тиском, як правило, мають серця, розташовані більш горизонтально в грудній клітці, і це зміщення відображається на їхніх ЕКГ-сигналах.

Дослідження також виявило чіткі відмінності між чоловіками та жінками: серця чоловіків, як правило, мають більш горизонтальну орієнтацію, ніж серця жінок, і ця структурна різниця відображається на поверхневій електричній активності. Ці гендерні відмінності підкреслюють необхідність більш індивідуалізованого підходу до інтерпретації ЕКГ.

Визначаючи та кількісно оцінюючи цю мінливість у великій популяції, дослідження підкреслює важливість розрізнення нормальних анатомічних особливостей та ранніх ознак захворювання. Це може допомогти клініцистам раніше та точніше виявляти такі стани, як гіпертензія, порушення провідності або ранні зміни серцевого м'яза, особливо у пацієнтів, чия серцева орієнтація відхиляється від стандартних припущень.

«Можливість створювати персоналізовані моделі (тобто цифрових двійників) серцево-судинної системи – це захоплива галузь досліджень, де ми сподіваємося знайти нові параметри, які можуть краще інформувати про профілактику, діагностику та ризик серцево-судинних захворювань. У цій роботі ми починаємо досліджувати ці незвідані області та сподіваємося незабаром запропонувати нові способи раннього виявлення таких станів, як порушення електропровідності», – каже професор Пабло Ламата.

Отримані результати вказують на майбутнє, де ЕКГ більше не будуть інтерпретуватися за універсальним принципом, а будуть адаптовані до унікальної анатомії кожного пацієнта. Такий персоналізований підхід може зменшити кількість діагностичних помилок і сприяти раннішим і точнішим втручанням.