Nr wniosku: 194272, nr raportu: 19798. Kierownik (z rap.): prof. dr

Nr wniosku: 194272, nr raportu: 19798. Kierownik (z rap.): prof. dr hab. Danuta Wanda Makowiec
Organizm ludzki nieustannie zadziwia nas swoją złożonością. System regulacji pracy serca jest jednym z kluczowych
układów człowieka. Ten układ jest także złożony i to z ważnego powodu, mianowicie, tlen musi być nieustannie
dostarczany do mózgu by zabezpieczyć jego potrzeby metaboliczne. To zadanie musi być wykonywane niezależnie od
warunków zewnętrznych, jak i w odpowiedzi na zewnętrzne uwarunkowania.
W naszym projekcie badaliśmy złożoność właśnie systemu regulacji w układzie sercowo-naczyniowym, wykorzystując
do tego szereg standardowych jak i nowych, specjalnie zaprojektowanych metod. Natura metod przez nas
wykorzystywanych różni się od tych wcześniej używanych w analizach układu sercowo-naczyniowego. Tradycyjnie
stosowane są metody analizy serii czasowych, podczas gdy w naszym projekcie w powodzeniem wprowadziliśmy
bardziej zawansowane metody, wywodzące się z badań nad fizyką układów złożonych.
Analizowaliśmy sygnały pochodzące z organizmów poddanych różnym warunkom. Badaliśmy nagrania od ludzi
zdrowych, o dużej rozpiętości wiekowej, aby ustalić jak zmienia się złożoność w układzie regulującym pracę serca z
wiekiem organizmu. Testowaliśmy, jak ta złożoność odpowiada na nagłe zmiany w ułożeniu ciała człowieka z pozycji
leżącej na stojącą. Badaliśmy także, jak funkcje sercowo-naczyniowej kontroli odnawiają się po ekstremalnej zmianie w
organizmie jakim jest przeszczep serca.
Metody przez nas stosowane to nowoczesne techniki wywodzące się z teorii grafów skierowanych, pozwalające na
reprezentację nagrań rytmu pracy serca jako struktury sieciowej. Kolejnym niezwykle nowatorskim narzędziem przez
nas wykorzystywanym była metoda wykrywania przyczynowości, czyli badanie przyczyny i jej efektu, pomiędzy
rytmem skurczów serca a poziomem ciśnienia krwi w naczyniach, i to w obu kierunkach od ciśnienia krwi do rytmu serca
i vice versa. Zaprojektowaliśmy także własne metody służące wyłapywaniu odstępstwa od symetrii w zdarzeniach typu
rytm serca czy ciśnienie krwi. Zaproponowaliśmy na to dwa sposoby: pomiar asymetrii poprzez proporcje częstości
zdarzeń oraz pomiar asymetrii poprzez proporcje rozmiaru występowania zdarzeń.
Stosowane metody pozwoliły nam na wgląd na dysregulację dynamiki w systemie kontroli układu sercowonaczyniowego. I tak :
- W przypadku badań nad zmianą w regulacji rytmu skurczów serca wywołanych starzeniem się organizmu, uzyskaliśmy
szczegółową charakteryzację i strukturę procesu jako grafu o specyficznej strukturze - obraz o postaci ‘zegara regulacji
serca’. Ten ‘zegar’ ilustruje jak geometria rytmu serca zmienia się z wiekiem organizmu. Taka geometryczna
charakteryzacja umożliwia zarówno szybką wizualną interpretację oraz ocenę zmian, jak i informację potencjalnie
użyteczną dla wykrycia anormalności czy patologii.
- W przypadku analiz zmian w regulacji sercowo-naczyniowej wywołanych nagłą zmianą pozycji ciała, udało się nam
określić cechy zapowiadające niewłaściwe funkcjonowanie regulacji sercowo-naczyniowej. W efekcie niewłaściwie
działającej regulacji przy raptownej zmianie pozycji z leżącej na stojącą, dopływ odpowiedniej objętości krwi do mózgu
staje się niewystarczający, co może kończyć się omdleniem. Takie omdlenia spowodowane złą regulacją dotykają dużą
część społeczeństwa, zwłaszcza starzejącego się społeczeństwa. Dostrzeżone przez nas charakterystyki tego typu patologii
są do potencjalnego wykorzystania w praktyce klinicznej.
- W przypadku obserwacji procesu odbudowywania się regulacji sercowo-naczyniowej u pacjentów po przeszczepie
serca, uzyskaliśmy mierzalny wgląd w naturę procesu adaptacji organizmu do nowego serca. Ta miara może potencjalnie
pomóc w utrzymaniu optymalnej regeneracji poprzez wczesne zidentyfikowania niebezpiecznych arytmii.