پزشکی بالینی

دانشمندان آمریکایی پروتئینی را در بدن شناسایی کرده‌اند که نقش مهمی در حفظ ضربان منظم قلب ایفا می‌کند. قلب به طور متوسط سالانه 35 میلیون بار ضربان دارد و در طول عمر فرد 2.5 میلیارد بار می‌زند؛ این ضربان‌ها باید به طور دقیق درجه‌بندی شوند و حتی انحراف کوچک از چنین ریتمی می‌تواند موجب مرگ ناگهانی فرد شود. 
 محققان برای دهه‌ها به دنبال پاسخ به این پرسش بوده‌اند که قلب چگونه حتی با داشتن بخش‌های متحرک فراوان، ریتم خود را حفظ می‌کند. به تازگی محققان مدرسه پزشکی دانشگاه مریلند، موفق به شناسایی پروتئینی شده‌اند که در این روند، نقش کلیدی ایفا می‌کند. این نخستین‌باری است که چنین مکانیسمی توصیف شده و این کشف می‌تواند به دانشمندان در درمان مشکلات قلبی که سالانه میلیون‌ها نفر را به کام مرگ می‌برد، کمک کند. 
 بر اساس یافته‌های حاصله، مولفه‌ای به نام پروتئین C به فیبرهای عضلات قلب امکان می‌دهد در توازنی کامل فعالیت داشته باشند. دانشمندان سال‌هاست می‌دانند که کلسیم به عنوان محرکی برای ضربان قلب عمل می‌کند و پروتئین‌هایی را فعال می‌کند که موجب انقباض سارکومرها می‌شوند؛ سارکومرها، پروتئین‌هایی هستند که سلول‌های ماهیچه قلب را تشکیل می‌دهند. محققان دریافتند مولکول‌های کلسیم به طور مساوی در طول هر یک از سارکومرها توزیع نشده‌اند، با این حال سارکومرها به طور منسجم و یکپارچه منقبض می‌شوند. 
 دانشمندان از مدت‌ها پیش می‌دانستند پروتئین C در تمامی سلول‌های عضلات قلب وجود دارد، اما تا پیش از این عملکرد آن ناشناخته بود. آن‌ها با استفاده از مدل حیوانات، فیزیولوژی سارکومرها را بررسی و آزادسازی کلسیم و واکنش مکانیکی فیبرهای عضلات قلب را ارزیابی کردند. در نهایت، مشخص شد پروتئین C بخش‌های خاصی از سارکومرها را به کلسیم حساس می‌کند و بنابراین، بخش میانه ساکورمرها درست مانند انتهاهای آن‌ها و علی‌رغم داشتن کلسیم بسیار کمتر، منقبض می‌شود. به عبارت دیگر، پروتئین C بخش سارکومرها را قادر به منقبض‌شدن به صورت هماهنگ و متوازن می‌کند. 
 به گفته دانشمندان حاضر در این تحقیق، کلسیم مانند شمع در یک اتومبیل عمل می‌کند و پروتئین C مانند رینگ‌هایی است که کارآیی حرکت پیستون‌ها را افزایش می‌دهند. پروتئین C نقش مهمی را در بروز بسیاری از بیماری‌های قلبی ایفا می‌کند. در بدترین حالت، نارسایی در این پروتئین، منجر به آریتمی قلبی (غیرطبیعی بودن ریتم قلب) می‌شود که در آن، قلب توانایی‌اش برای پمپاژ کردن خون را از دست می‌دهد و این موضوع منجر به مرگ ناگهانی فرد می‌شود. این عارضه تنها در آمریکا منجر به مرگ سالانه 300 هزار نفر می‌شود. دانشمندان دانشگاه مریلند معتقدند، با اصلاح فعالیت پروتئین C از طریق دارو می‌توان بر این عارضه اثر گذاشت. جزئیات این دستاورد علمی در مجله Science Advances ارائه شد.  

محققان دانشگاه کلمبیا موفق به تولید میکروسکوپ سه‌بعدی شده‌اند که امکان مشاهده نورون ها در داخل مغز و ضربان سلول‌های قلب را فراهم می‌کند. میکروسکوپ Scape که توسط محققان مرکز پزشکی دانشگاه کلمبیا طراحی شده است، قادر به تهیه تصاویر سه‌بعدی 100 برابر سریعتر از فناوری‌های موجود است. برخلاف میکروسکوپ‌های موجود، در میکروسکوپ Scape از تک لنز استفاده شده است که با حرکت رفت و برگشت نور و بدون ایجاد حرکت در نمونه، تصویر سه‌بعدی تولید می‌کند. 
 محققان با استفاده از این میکروسکوپ موفق به مشاهده آنی تپش سلول‌های قلب گورخر ماهی و فعالیت نورون‌ها در مغز موش شدند. از این سیستم می‌توان برای ثبت جزئیات بسیار دقیق و منحصربفرد ساختارهای بسیار پیچیده، بویژه رمزگشایی از اسرار فعایت لحظه‌ای مغز استفاده کرد. میکروسکوپ Scape در عین کاربردهای خارق‌العاده، از لحاظ استفاده بسیار ساده است و هزینه‌ ساخت آن نیز در مقایسه با نمونه‌های مشابه بسیار کمتر است. محققان دانشگاه کلمبیا در حال طراحی نسل بعدی این میکروسکوپ هستند که از سرعت، دقت، وضوح، حساسیت و عمق بیشتری برخوردار بوده و برای مشاهده سلول‌های بدن انسان کاربرد دارد.  

محققان کانادایی دستبندی طراحی کرده‌اند که از ریتم منحصر به فرد ضربان قلب بعنوان رمز عبور رایانه استفاده می‌کند. استفاده از رمز عبورهای بیومتریک مانند اثر انگشت، اسکن عنبیه یا ریتم منحصر به فرد ضربان قلب بسرعت در حال جایگزین شدن با کلمات عبور معمولی هستند.
دستبند Nymi با نظارت بر ضربان قلب، جدیدترین فناوری عرضه شده در حوزه رمز عبورهای بیومتریک محسوب می شود. کاربر با بستن این دستبند به دور مچ، از الگوی منحصر به فرد ضربان قلب برای تأیید هویت و قفل گشایی از تلفن همراه هوشمند، تبلت یا رایانه شخصی استفاده می‌کند. شناسایی کاربر توسط گجت های مختلف تا زمانیکه این دستبند دور مچ قرار داشته باشد، ادامه پیدا می کند؛ اما درصورتیکه کاربر دیگری دستبند را استفاده کند، گجت با تشخیص ضربان قلب متفاوت بسرعت قفل می شود.
این دستبند مجهز به حسگر الکترودیاگرام و آشکارساز حرکت است که امکان کنترل حرکات دست را فراهم می کند؛ نرم افزار این گجت هوشمند برای استفاده در سیستم عامل اندروید، ویندوز، Macs‌ و iOS طراحی شده است. مراحل آزمایش نمونه اولیه دستبند ضربان قلب در حال انجام است و پیش بینی می شود که این محصول در بهار 2014 میلادی به قیمت 99 دلار به بازار عرضه شود.

محققان دانشگاه ام‌آي‌تي الگوريتم نويني را ابداع كردند كه در آن با فيلمبرداري ديجيتالي از حركات سر انسان كه در اثر ضربان قلب و تغييرات شدت جريان خون ايجاد مي‌شود، مي‌توانند ضربان و نحوه عملكرد قلب را به‌دقت ارزيابي كنند. اين الگوريتم توانايي شناسايي پالس‌هاي الكتريكي ايجاد كننده ضربان قلب را دارد و دقت آن با دستگاه‌هاي الكتروكارديوگرام برابري مي‌كند. اين الگوريتم در ابتداي كار از يك شيوه استاندارد تشخيص چهره بهره مي‌برد تا تصوير سر را از ساير اندام‌ها متمايز كند؛ سپس بين ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ نقطه را در اطراف دهان و بيني بيمار به‌طور اتفاقي انتخاب مي‌كند و حركات اين نقاط را در هر فريم از فيلم ديجيتال در قالب سيگنال‌ها بررسي مي‌كند؛ سپس تمام حركات ناشي از تنفس يا تغييرات ارادي سر را از هر فريم حذف مي‌كند. در پايان كار، سيگنال‌هاي به دست‌آمده را به گروه‌هاي مختلف تجزيه مي كند و منظم‌ترين سيگنال را كه با فركانس طبيعي پالس قلبي انسان انطباق دارد، انتخاب و آن را از ساير سيگنال‌ها تفكيك و تحليل مي‌كند.
از ديدگاه پزشكي، اين پروژه كاربردهايي بيش از اندازه‌گيري ضربان قلب خواهد داشت. با توجه به حساسيت پوست نوزادان و افراد سالخورده و احتمال آسيب‌ديدن آن در صورت استفاده از دستگاه الكتروكارديوگرام، اين شيوه نوين مي‌تواند براي بررسي عملكرد اين افراد مورد استفاده قرار گيرد. همچنين مي‌توان از آن براي اندازه‌گيري ميزان خون پمپ شده توسط قلب هر شخص نيز بهره گرفت.  در حال حاضر موسسه تحقيقات كوانتومي كمبريج (QRC Lab) با استفاده از اين الگوريتم در حال توسعه يك سيستم به‌منظور بررسي وضعيت سلامت قلبي نوزاداني است كه توسط آمبولانس بين بيمارستان‌ها جابه‌جا مي‌شوند. محققان معتقدند مي‌توان بسياري از فرآيندهاي بيولوژيكي بدن انسان را با استفاده از شيوه تصويربرداري ديجيتالي به سيگنال‌هاي ديجيتالي قابل تحليل، بدل كرد و هنوز اسرار زيادي در بدن انسان وجود دارد كه به‌واسطه تحليل داده‌هاي ديجيتالي با استفاده از الگوريتم‌ها مي‌توان به آن‌ها دست يافت. 

مهندسان امریکایی گوشی طبی جدیدی را ابداع کرده‌اند که قادر به شنود صدای ضربان قلب فضانودان در فضاست. یک سفینه فضایی مملو از نویزهای رایانه‌ها، ابزار الکترونیکی و فن‌هاست و با وجود این همه سر و صدا، گوش‌دادن به صداهای نسبتا ضعیف تنفس یا ضربان قلب یک فضانورد دشوار است. به منظور تشخیص ضربان قلب فضانوردان در ایستگاه بین‌المللی فضایی، تیمی از مهندسان دانشگاه جان هاپکینز گوشی طبی‌ای را طراحی کرده‌اند که نویز پس‌زمینه را برای شکار صداهای درون بدن، فیلتر می‌کند. این ابزار حتی اگر به درستی بر روی بدن قرار نگیرد، باز هم از عملکرد مطلوبی برخوردار است و در صورت نبودن یک پزشک حرفه‌ای، یک فرد آماتور نیز می‌تواند از آن استفاده کند. فناوری ابداعی از استراتژی‌های مکانیکی، الکترونیکی و باتری‌های قابل شارژ بهره می‌برد و مجهز به ابزاری است که آن را بر روی قفسه سینه فضانورد قرار می‌دهد. مبتکران امیدوارند بتوان از فناوری جدید در زمین و در مراکز پزشکی غیرپیشرفته برای شناسایی صداهای مرتبط با بیماری‌های شایع نوزادان نیز استفاده کرد.

محققان شرکت فوجیتسو ژاپن فناوری جدیدی را توسعه داده‌اند که امکان اندازه‌گیری لحظه ای ضربان قلب افراد را با آنالیز تغییرات رنگ صورت فراهم می‌کند. میزان نور جذب شده توسط پوست با شدت جریان خون در بدن مرتبط است که این مسأله باعث تغییر رنگ پوست می‌شود. اصلی‌ترین بخش عملکرد این فناوری، تشخیص تغییرات لحظه‌ای در شدت نور جذب شده توسط صورت است؛ سیستم می تواند در کمتر از پنج ثانیه تعداد ضربان قلب را محاسبه کند. کاربردر مقابل یک صفحه نمایش مجهز به دوربین قرار گرفته و تغییرات رنگ صورت مورد بررسی قرار می‌گیرد و بطور همزمان طول موج ضربان قلب بر روی نمایشگر نشان داده می‌شود. فوجیتسو قصد دارد این فناوری را تا پایان سال جاری میلادی بر روی محصولات مختلف از جمله تلفن همراه و رایانه عرضه کند.

با استفاده از برنامه نرم‌افزاری «آشکارساز ضربان قلب» امکان اندازه گیری ضربان قلب با کمک وب کم رایانه فراهم شده است. با توسعه برنامه‌های کاربردی تلفن همراه هوشمند، اندازه گیری ضربان قلب با استفاده از دوربین تلفن همراه امکانپذیر شده بود. محققان لابراتوار هوش مصنوعی و علوم رایانه موسسه فناوری ماساچوست (MIT)‌ سیستم مشابهی طراحی کرده اند که با کمک وب کم رایانه، ضربان قلب را از روی پیشانی اندازه گیری می کند. برنامه نرم افزاری « وب کم آشکارساز ضربان» با بهره مندی از سیستم بزرگنمایی ویدئویی Eulerian‌، امکان مشاهده حرکات ظریف روی پیشانی را فراهم می کند. وب کم رایانه با استفاده از این برنامه نرم افزاری بمدت 15 ثانیه قسمت پیشانی فرد را مورد بررسی قرار داده و ضربان قلب اندازه گیری می شود که داده ها از جمله نمودار فشار خون بصورت لحظه ای بر روی مانیتور قابل مشاهده است.

با استفاده از برنامه هاي نرم افزاري ويژه تلفن همراه هوشمند، مانيتور ضربان قلب بدون تماس فيزيكي و تنها از طريق بررسي تغييرات چهره فرد امكان پذير شده است. برنامه هاي نرم افزاري ويژه تلفن همراه هوشمند مانند Pulse Phone و Heart Rate با بررسي تغييرات رنگ پوست و شفافيت ناشي از جريان خون از طريق لنزهاي دوربين مي توانند ضربان قلب فرد را مورد بررسي قرار دهند. نسل ديگري از برنامه هاي نرم افزاري مانيتور قلب مانند Cardiio‌ و My Heart Rate نيز قادر به تشخيص تغييرات بسيار ظريف در رنگ صورت ناشي از ضربان قلب هستند.
طراحان برنامه نرم افزاري Cardiio‌ ادعا مي كنند كه اين برنامه منطبق با تحقيقات انجام شده توسط محققان لابراتوار MIT است كه نشان مي دهد، افزايش حجم خون در رگ هاي صورت با هر ضربان، باعث جذب بيشتر نور مي شود و دوربين هاي تلفن همراه هوشمند قادر به تشخيص بررسي اين تغييرات و محاسبه تعداد ضربان قلب فرد با كمك اين برنامه نرم افزاري هستند.
براي استفاده از اين برنامه نرم افزاري كاربر بايد در يك محيط با نور مناسب قرار گرفته و دوربين تلفن همراه هوشمند را در فاصله 15 سانتي متري مقابل صورت خود نگه دارد. دقت برنامه نرم افزاري ‌ سه ضربه در دقيقه در مقايسه با پالس اكسيمتر باليني عنوان مي شود. با اين حال طراحان تأكيد مي كنند كه كاربرد اين برنامه هاي نرم افزاري با هدف اطلاع رساني و آموزش است و نبايد جايگزين تجهيزات حرفه‌يي پزشكي شوند.

آيا شما از جمله افرادي هستيد که رمز عبورهاي مختلف خود را فراموش مي‌کنيد؟ پس شايد نياز داشته باشيد که از قلبتان به جاي مغزتان استفاده کنيد. به تازگي يک سيستم رمزگذاري ساخته شده که از الگوي منحصر به فرد ضربان قلب شما به عنوان کليد دسترسي بهره مي‌برد و مي‌تواند به‌طور بالقوه براي ساخت يک درايو سخت‌افزاري که تنها به ضربان قلب واکنش نشان مي‌دهد، استفاده شود. ضربان قلب هر فرد الگوي نامنظمي را دنبال مي‌کند که هيچگاه کاملا تکرار نمي‌شود و براي هر فردي نيز مخصوص به خود است. محققان تايواني با استفاده از نوارهاي الکتروکارديوگرام افراد مختلف توانسته‌اند يک فرمول رياضي براي استخراج اين الگوي منحصر به فرد درآورند. سپس آنها با کاربرد اطلاعات توانستند يک کليد دسترسي ايجاد کنند. با هر تغيير کوچکي در اين الگو، کليد توليدي تغيير مي‌کند، به اين ترتيب ضربان قلب با اطمينان زيادي به عنوان يک روش رمزنگاري و احراز هويت مورد استفاده قرار مي‌گيرد. براي اثبات اين ايده آنها سيستمي را ساخته‌اند که ضربان قلب هر فرد را از کف دست افراد مي‌خواند و کليد را توليد مي‌کند. سپس از طريق اين کليد به فرد اجازه مي‌دهند به اطلاعاتي رمزنگاري شده دسترسي پيدا کند.

محققان کانادايي به تازگي و براي نخستين بار اعلام کردند يکي از مکانيسم‌هاي مولکولي که ضربان سلول‌هاي قلبي را با کنترل حرکت سديم در خارج از سلو‌ل‌ها تنظيم مي‌کند، با کلسيم نيز ارتباط دارند. اين کشف جديد، نوري است در روند اين پروسه مهم فيزيولوژيکي که شايد علت اصلي آريتمي‌هاي تهديدکننده حيات و هدف‌هاي درماني احتمالي آنها را روشن کند. پژوهشگران اين مطالعه درنهايت ناباوري پروتئيني را کشف کرده‌اند به نام «کالمودولين» که به کانال سديم باند مي‌شود و آن را باز نگه‌ مي‌دارد، اما برعکس، يون‌هاي کلسيم ارتباط ميان پروتئين و کانال را تنظيم مي‌کنند، به اين ترتيب که کلسيم باعث مي‌شود پروتئين به داخل کانال قلاب شده، آن را باز نگه دارد و اجازه دهد تا سديم رد شود. به گزارش سپید، مشکل وقتي ايجاد مي‌شود که با موتاسيون‌هاي ژني شکل کانال در طرفي که پروتئين باند مي‌شود تغيير کند و باز و بسته‌شدن آنها را تحت‌تاثير قرار دهد، به اين ترتيب جريان سديم به سلو‌ل‌هاي عضله مختل شده و ضربان قلب منظم نخواهد بود. نتايج اين مطالعه راه را براي ساخت داروهاي جديد هموار خواهد کرد.