Исследователи от Дмитрия Рогачева федеральное Исследование и Клинический Центр Детской гематологии, Онкологии и Иммунологии (FRCC PHOI), Центр Теоретических проблем Физико-химической Фармакологии, MIPT, Московского государственного университета, Института проблем Машиностроения (Санкт-Петербург) и Свободный университет Берлина описали новую модель в журнале PLOS ONE. Обсуждая разработку модели и членов исследовательской группы, Михаил Пантелеев, один из авторов публикации, сказал:«Фазлы Атауллаханов и я сформулировали проблему и установили уравнение и Евгению Бабушкину, под руководством ее учителем Николаем Бессоновым, разработанными методами решения в двумерном случае, принимающем во внимание гидродинамику потока, в котором сформирован тромб. Она выполнила все вычисления сама; Фазлы и я – преподаватели Отдела Переводной и Регенеративной Медицины Факультета MIPT Биологической и Медицинской Физики, которая базируется в FRCC PHOI (мы работаем в большом количестве различных мест…)».Смотря на формирование тромба таким же образом, поскольку плитки становятся сложенными в классической видеоигре, Тетрис – ключевой аспект новой модели.
В Тетрисе, плитки или опуститься на плоскую поверхность, или становятся приложенными к частям, придерживающимся из остальной части блока. Единственная разница между формированием тромба и игрой – то, что, когда слой полон, это не исчезает, поэтому, поскольку время проходит, тромб способен к затруднению пространства, в котором это находится. Кроме того, падающие формы всегда – то же самое: модель описывает скопление thrombocytes, специализированных клеток крови.
Описав математический процесс того, как свободные области на поверхности растущего тромба заполнены, ученые смогли построить сначала одномерную модель (поскольку в Тетрисе), и затем двумерная модель (thrombocytes депонированы в размерном самолете). И однажды, ученые начали рассматривать определенный thrombocytes, как являющийся безразмерным, и сам тромб, как являющийся непрерывным; другими словами, ученые пошли от дискретной модели до непрерывной модели.
Дискретная модель: система при исследовании состоит из отдельных частиц, и поведение каждой частицы может быть прослежено индивидуально. Это позволяет моделировать, например, газовые молекулы в проблеме Броуновского движения – представляющий каждую молекулу как частица, сталкивающаяся с большей частицей.Непрерывная модель: система при исследовании состоит из твердых объектов, которые могут свободно изменить их размер или любую другую особенность.
Это может привыкнуть к образцовому повышению температуры в функционирующем котле, например – продукция будет температурной областью в объеме при исследовании.Последовательное решение уравнений получило, позволил исследователям воспроизвести динамику роста реального тромба и изучить его поведение при различных условиях – в случае повреждения сосудистой стенки, например.Активные СМИ и автоволны
В их статье исследователи подчеркивают, что процесс формирования тромба напоминает волну путешествия, и это подобие ни в коем случае не случайно. Они ранее продемонстрировали, что процесс формирования тромба похож на автоволну – кровь, которая несет тромбоциты и много специальных белков для свертывания крови, активная среда. В то время вывод, сделанный исследователями, касался свертывания крови в результате каскада биохимических реакций, включающих белки, но также возможно говорить об активной среде в случае придерживавшихся пластинок.
Термин «активная среда» играет ключевую роль в нелинейной динамике – наука о математическом моделировании целого диапазона систем от смесей взаимодействующих химикатов и лазеров к лесным пожарам и даже социальным сетям. Самый легкий способ описать активную среду состоит в том, чтобы использовать пример лесного пожара: каждое сухое дерево не просто пассивный объект, такой как молекула, но потенциальный источник тепловой энергии.
Если будет огонь около сухого дерева, он также начнет жечь и обеспечивать больше тепла, которое может тогда зажечь другие деревья. Способность элементов в системе, чтобы выпустить энергию является главной особенностью активной среды.В активных СМИ местное событие (молния, обрушивающаяся на дерево, например), может начать процесс перехода в системе от одного государства до другого (в этом случае, сухое дерево становится горящим деревом). Этот процесс распространения как волна в космосе и определенной физической природе системы не так важен; то же самое уравнение может использоваться, чтобы описать совершенно различные случаи.
Термин «автоволна» означает, что процесс распространения волны не пассивен, как в случае сейсмических волн, едущих из эпицентра землетрясения, но активный – в каждом пункте, волна получает больше энергии. В случае формирования тромба, вместо сухих и горящих деревьев, мы должны думать о пластинках, текущих в плазме крови. Эти пластинки могут пойти от свободно плавного государства до депонированного государства.Тромбы: важный, но также и опасный
Thrombocytes (тромбоциты) играют важную роль в формирующихся тромбах, которые блокируют кровеносные сосуды комков. При нормальных обстоятельствах они текут свободно в кровотоке, но если сосудистая стенка становится поврежденной, они начинают придерживаться друг друга и сосудистой стенки; в дополнение к этому кровь также содержит много белков, требуемых для формирования тромба. Даже при отсутствии пластинок, реакции с этими белками в состоянии помочь сформировать комок, чтобы заблокировать поврежденное судно, и эти реакции также происходят в форме автоволн.
Обычно, тромбы предотвращают потерю крови в человеческом теле, когда кровеносный сосуд стал поврежденным. Иногда, однако, формирование тромба происходит не в результате травмы с повреждением кровеносного сосуда, а в результате реакции на патологический процесс, такой как наращивание жирной мемориальной доски в артерии в случаях атеросклероза. Этот тип формирования тромба может заблокировать судно полностью и отключить кровоснабжение к тканям и органам: это в свою очередь может привести к инфаркту миокарда (блокировка артерий к сердцу), удар (блокировка артерий, поставляющих кровь мозгу), или гангрена оконечностей.
Новая модель правильно описывает артериальное формирование тромба – эти конкретные тромбы состоят, главным образом, из пластинок; белки крови играют относительно небольшую роль в процессе.Перспективы
Михаил Пантелеев также сказал пресс-службе MIPT о перспективах учащихся тромбов и почему исследователи приняли решение посмотреть на артерии, а не венозные тромбы или процесс свертывания крови в капиллярах: Мы работаем над различными проблемами в области hemostasis – «физиологический» процесс свертывания раны, а также венозные и артериальные тромбы. Артериальные тромбы в особенности очень интересны. И также социальная значимость (сердечные приступы и ишемические инсульты), и сложные механизмы (белки крови также играют ключевую роль здесь, которая не полностью понята). Однако мы всегда испытывали затруднения при работе с артериальными тромбами, в частности, с точки зрения развития и осуществления компьютерных моделей, потому что предмет включает очень трудную комбинацию механики (приложения клетки), гидродинамика с изменяемой геометрией и биохимия.
Нет никакой стандартной программы, которая может соответственно решить проблему.В нашей статье в PLOS ОДИН, мы пытались использовать самое примитивное описание тромба как непрерывная среда, а не дискретные частицы. Это приближение грубо во многих отношениях, и оно ограничивает объем исследования, но оно в состоянии дать нам некоторые общие образцы. С одной стороны, мы планируем продолжить применять его к определенным задачам, в максимально возможной степени, и с другой стороны, мы разрабатываем более сложные и продвинутые модели с трехмерными клетками крови, всей механикой их взаимодействия и надлежащей биохимией.
Это будет сделано только на суперкомпьютерах, конечно. Другой аспект – «внутренняя часть» thrombocyte, моделируя внутриклеточную передачу сигналов, колебания кальция и крах митохондрий в thrombocytes.
Эта тема была обращена во многих работах, которые были уже опубликованы, включая очень недавнюю статью в Молекулярном BioSystems. Со временем я надеюсь, что все эти проекты сольются вместе в полную многомасштабную модель формирования тромба.Чтобы понять социальную значимость проблемы, описанной Михаилом Пантелеевым, нужно отметить, что каждый день приблизительно 1 000 человек в России переносят удар и тех, кто выживает, 2 в 3 оставлены с нетрудоспособностью. Вопреки широко распространенному мнению удары не только затрагивают пожилых людей, но также и людей моложе 45 – приблизительно в каждом 8-м случае.
Признаки удара включают частичный паралич и внезапное начало слабости. Во многих случаях признаки, которые включают произнесенную нечленораздельно речь и колеблющуюся походку, могут заставить ее появиться, как будто больной находится под влиянием алкоголя: эта ошибка суждения могла стоить жизней жертв острого инсульта.