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PNAS:研究者提出心肌纤维结构的新见解

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来源:生物谷 2012-11-18 09:19

近日,来自麦吉尔大学的研究者在心脏肌肉组织的结构上提出了新的见解,为心脏疾病的研究以及人工心脏的研究提供了新的线索,相关研究成果刊登在了国际杂志PNAS上。研究者表示,心脏肌纤维一般排布在心脏的特殊极小曲面(一般的螺旋体)上。研究者的研究增加了我们对心脏肌纤维尺寸特点以及其功能的理解。

近日,来自麦吉尔大学的研究者在心脏肌肉组织的结构上提出了新的见解,为心脏疾病的研究以及人工心脏的研究提供了新的线索,相关研究成果刊登在了国际杂志PNAS上。研究者表示,心脏肌纤维一般排布在心脏的特殊极小曲面(一般的螺旋体)上。研究者的研究增加了我们对心脏肌纤维尺寸特点以及其功能的理解。

数十年来,外科医生和解剖学家已经清楚地解析了心脏肌肉纤维的几何学特征,而且知道肌肉细胞可以对齐形成单环,并且卷绕形成心室。但是这些分析仅仅是在单一纤维的水平上进行的。部分是因为传统的技术限制,研究者并没有对一组肌纤维进行深入的研究。

麦吉尔大学的研究者和荷兰以及美国的研究者共同努力,将磁共振成像技术和计算机模型设计技术充分结合,揭示了纤维束是共同弯曲在一起的,研究者同时检测了小鼠、人类和狗的心脏组织结构,发现其具有相同的模式。

研究者Siddiqi表示,你可以将其想象为一撮头发取代了单一的一根头发丝儿,我们同时也发现,肌纤维以螺旋的形式来弯曲扭转,而且在各个物种都是这样的。我们的研究可以为心脏壁损伤修复提供一些平台和支持。肌肉组织再生是生物工程的一个主要领域,在这个领域内更多的发展涉及到骨骼肌组织,比如胳膊和腿,这些肌肉组织都是以不同的线性结构来排列的。(生物谷Bioon.com)

编译自:http://www.sciencedaily.com/releases/2012/05/120528154945.htm

Heart wall myofibers are arranged in minimal surfaces to optimize organ function

Peter Savadjieva, Gustav J. Strijkersb, Adrianus J. Bakermansb, Emmanuel Piuzec, Steven W. Zuckerd, and Kaleem Siddiqic,1

Heart wall myofibers wind as helices around the ventricles, strengthening them in a manner analogous to the reinforcement of concrete cylindrical columns by spiral steel cables [Richart FE, et al. (1929) Univ of Illinois, Eng Exp Stn Bull 190]. A multitude of such fibers, arranged smoothly and regularly, contract and relax as an integrated functional unit as the heart beats. To orchestrate this motion, fiber tangling must be avoided and pumping should be efficient. Current models of myofiber orientation across the heart wall suggest groupings into sheets or bands, but the precise geometry of bundles of myofibers is unknown. Here we show that this arrangement takes the form of a special minimal surface, the generalized helicoid [Blair DE, Vanstone JR (1978) Minimal Submanifolds and Geodesics 13–16], closing the gap between individual myofibers and their collective wall structure. The model holds across species, with a smooth variation in its three curvature parameters within the myocardial wall providing tight fits to diffusion magnetic resonance images from the rat, the dog, and the human. Mathematically it explains how myofibers are bundled in the heart wall while economizing fiber length and optimizing ventricular ejection volume as they contract. The generalized helicoid provides a unique foundation for analyzing the fibrous composite of the heart wall and should therefore find applications in heart tissue engineering and in the study of heart muscle diseases.

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