5백년된 수수께끼 풀었다. 심장의 심실 벽이 프랙탈 구조로 복잡한 이유
- 건강의학 / 문광주 기자 / 2020-08-23 18:24:24
(읽기 3분)
500년 전 레오나르도 다 빈치 해부학 그림.
프랙탈 구조가 복잡할수록 심박출력이 좋아.
Leonardo da Vinci는 이미 인간의 심장 심실 벽에 복잡한 심장 근육 섬유 네트워크가 늘어서 있음을 관찰했다. 큰 혈관과 달리 심실 벽은 매끄럽지 않고 오히려 해면질이다.
소위 소주라고 불리는 이 섬유주는 거대한 심장 근육과 방의 내부 사이에 다분 지형 전이 층을 형성한다.
단순한 배아 시대의 유물?
소주가 초기 배아에서 심장 근육을 공급하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
"관상 혈관이 완전히 발달하여 혈액이 공급되기 전에 소주(심장을 지탱하는 결합조직)의 넓은 표면은 혈액에서 심장 근육으로 영양분과 산소를 확산시킬 수 있다"고 뉴욕의 Cold Spring Harbor Laboratory의 Hannah Meyer와 동료들이 설명했다.
그러나 성인에서 사용되는 심장 섬유주는 무엇일까?
여전히 고유 역할이 있을까, 아니면 태아기의 유물일까?
이러한 질문은 다빈치 이후로 명확한 답이 없었다.
이 500년 된 퍼즐을 해결하기 위해 마이어(Meyer)와 그녀의 팀은 최근 약 1만8천 명의 사람 심장에 대한 고해상도 자기공명 단층촬영 이미지를 분석했다. 그들은 인공 지능을 사용해 섬유주의 복잡한 구조를 분류하고 심장 출력과의 연관성을 찾았다.
프랙탈 구조가 복잡할수록 심장에 더 좋다.
그 결과 심장 심실벽에 있는 근육 섬유 네트워크가 프랙탈적으로 형성되어 심장 출력에 영향을 미친다. 연구 참가자의 섬유주 가지가 복잡할수록 심장이 더 잘 뛰었다.
"더 높은 프랙탈 차원은 더 큰 심장 박동 볼륨, 더 강력한 펌핑 능력 및 더 나은 심장 상태와 관련이 있다"라고 Meyer와 팀이 보고했다.
이 효과는 좌심실의 생체 역학적 모델에서도 확인되었으며, 연구자들은 소주의 프랙탈 복잡성을 원하는대로 변경할 수 있었다.
"우리는 거기에서도 심장 박동과 수축에 미치는 영향을 관찰할 수 있었다"라고 보고됐다.
골프공의 움푹 패인 표면이 비행 중 공기 흐름을 최적화하는 방식과 유사하게 섬유주는 심장의 혈류를 개선하는 것처럼 보인다.
해독된 유전적 기초
이러한 프랙탈 구조는 배아기의 유물일 뿐만 아니라 성인 심장에도 유용하다.
Imperial College London의 공동 저자 Declan O’Regan은 "Leonardo da Vinci는 500년 전에 이 미세한 근육 섬유를 심장에 그렸다. 우리는 이제 그것이 인체 건강에 얼마나 중요한지 이해하기 시작했다."라고 말했다.
연구의 일환으로 과학자들은 어떤 유전자가 심장 섬유주 형성을 제어하는지 처음으로 명확히했다. 게놈 차원의 비교 분석을 사용하여 심장 근육 섬유 구조 및 모양과 밀접하게 연결된 16 개의 유전자 위치를 확인했다. 이 유전자 자리 중 10개는 맥박수, 좌심실의 구조 및 ECG의 발진 복합 기간과 같은 심장 기능의 다른 측면도 제어한다.
“우리의 결과는 심근 섬유주의 중요성에 대한 완전히 새로운 시각을 준다”라고 Meyer는 말했다. 그녀와 팀은 새로운 발견이 일부 심장 질환의 원인을 밝히는 데 도움이 되기를 기대하고 있다.
(Nature, 2020; doi : 10.1038 / s41586-020-2635-8)
출처 : Cold Spring Harbor Laboratory
500년 전 레오나르도 다 빈치 해부학 그림.
프랙탈 구조가 복잡할수록 심박출력이 좋아.
심실벽의 복잡한 구조는 심박출력에 결정적 역할
500년 된 수수께끼 해결 :
우리 심장의 내벽은 복잡한 구조로 늘어서 있다.
레오나르도 다 빈치(Leonardo da Vinci)는 이미 그것을 알고 있었다.
그것이 무엇에 사용되며 어떻게 구성되는지 최근 연구자들에 의해 명확해졌다.
이러한 섬유주는 프랙탈 모양으로 구조화될 뿐만 아니라 그 복잡성은 심장의 펌핑 기능과 밀접하게 관련돼 있다. 연구자들이 "Nature"저널에 보고한 것처럼 섬유주가 복잡할수록 심장 출력이 더 좋아진다.
 |
▲ Leonardo da Vinci의 심장 해부학 그림. © Spencer Philipps/ EMBL-EBI |
Leonardo da Vinci는 이미 인간의 심장 심실 벽에 복잡한 심장 근육 섬유 네트워크가 늘어서 있음을 관찰했다. 큰 혈관과 달리 심실 벽은 매끄럽지 않고 오히려 해면질이다.
소위 소주라고 불리는 이 섬유주는 거대한 심장 근육과 방의 내부 사이에 다분 지형 전이 층을 형성한다.
단순한 배아 시대의 유물?
소주가 초기 배아에서 심장 근육을 공급하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
"관상 혈관이 완전히 발달하여 혈액이 공급되기 전에 소주(심장을 지탱하는 결합조직)의 넓은 표면은 혈액에서 심장 근육으로 영양분과 산소를 확산시킬 수 있다"고 뉴욕의 Cold Spring Harbor Laboratory의 Hannah Meyer와 동료들이 설명했다.
 |
▲ 심장 해부학 |
그러나 성인에서 사용되는 심장 섬유주는 무엇일까?
여전히 고유 역할이 있을까, 아니면 태아기의 유물일까?
이러한 질문은 다빈치 이후로 명확한 답이 없었다.
이 500년 된 퍼즐을 해결하기 위해 마이어(Meyer)와 그녀의 팀은 최근 약 1만8천 명의 사람 심장에 대한 고해상도 자기공명 단층촬영 이미지를 분석했다. 그들은 인공 지능을 사용해 섬유주의 복잡한 구조를 분류하고 심장 출력과의 연관성을 찾았다.
프랙탈 구조가 복잡할수록 심장에 더 좋다.
그 결과 심장 심실벽에 있는 근육 섬유 네트워크가 프랙탈적으로 형성되어 심장 출력에 영향을 미친다. 연구 참가자의 섬유주 가지가 복잡할수록 심장이 더 잘 뛰었다.
"더 높은 프랙탈 차원은 더 큰 심장 박동 볼륨, 더 강력한 펌핑 능력 및 더 나은 심장 상태와 관련이 있다"라고 Meyer와 팀이 보고했다.
 |
▲ 사람의 심장 단면, 컴퓨터 애니메이션 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CG_Heart.gif |
이 효과는 좌심실의 생체 역학적 모델에서도 확인되었으며, 연구자들은 소주의 프랙탈 복잡성을 원하는대로 변경할 수 있었다.
"우리는 거기에서도 심장 박동과 수축에 미치는 영향을 관찰할 수 있었다"라고 보고됐다.
골프공의 움푹 패인 표면이 비행 중 공기 흐름을 최적화하는 방식과 유사하게 섬유주는 심장의 혈류를 개선하는 것처럼 보인다.
해독된 유전적 기초
이러한 프랙탈 구조는 배아기의 유물일 뿐만 아니라 성인 심장에도 유용하다.
Imperial College London의 공동 저자 Declan O’Regan은 "Leonardo da Vinci는 500년 전에 이 미세한 근육 섬유를 심장에 그렸다. 우리는 이제 그것이 인체 건강에 얼마나 중요한지 이해하기 시작했다."라고 말했다.
 |
▲ 심장박동과 심전도 |
연구의 일환으로 과학자들은 어떤 유전자가 심장 섬유주 형성을 제어하는지 처음으로 명확히했다. 게놈 차원의 비교 분석을 사용하여 심장 근육 섬유 구조 및 모양과 밀접하게 연결된 16 개의 유전자 위치를 확인했다. 이 유전자 자리 중 10개는 맥박수, 좌심실의 구조 및 ECG의 발진 복합 기간과 같은 심장 기능의 다른 측면도 제어한다.
“우리의 결과는 심근 섬유주의 중요성에 대한 완전히 새로운 시각을 준다”라고 Meyer는 말했다. 그녀와 팀은 새로운 발견이 일부 심장 질환의 원인을 밝히는 데 도움이 되기를 기대하고 있다.
(Nature, 2020; doi : 10.1038 / s41586-020-2635-8)
출처 : Cold Spring Harbor Laboratory
[더사이언스플러스] "Green Soul, Beautiful Science"
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
