פרפור פרוזדורים (AFib) היא הפרעה לבבית שבה חדרי הלב פועמים במהירות ובאופן לא סדיר. זהו הסוג הנפוץ ביותר של הפרעת קצב והגורם הלבבי המוביל לשבץ מוחי.
בעוד שקיימים מספר טיפולים, החל מתרופות ועד ניתוחים, החיפוש נמשך אחר אפשרויות משופרות לטיפול ב-AFib, אשר המכון הלאומי לבריאות (NIH) צופה שישפיע על עד 12 מיליון אנשים בארה"ב עד 2050.
אסטרטגיה אחת המתהווה כוללת גירוי חשמלי, הידוע בשם נוירוסטימולציה, שלדעת החוקרים עשויה לדכא, לטפל או אפילו להפוך את ההפרעה.
ברמת הניסוי, נמצא כי נוירוסטימולציה עוזרת לא רק ל-AFib, אלא לאי ספיקת לב עם מופחתת שבר פליטה ויתר לחץ דם. עם זאת, כאשר הוא יושם במחקרים קליניים גדולים, התוצאות היו מדהימות. חלק מהבעיה הוא המינון. לחוקרים לא הייתה דרך לדעת כמה גירוי לתת. הם עפו עיוורים ללא משוב בזמן אמת על איך הגוף הגיב".
Oluwasanmi Adeodu, חוקר פוסט-דוקטורט במחלקה להנדסה כימית וביו-מולקולרית של אוניברסיטת ליהי
במאמר שפורסם בגיליון האחרון (29 באוקטובר 2025) של PLOS ONEAdeodu וצוותו מציגים מודל המציג את מערכת הלב וכלי הדם האנושית, את מרכזי העיבוד במוח השולטים בלב ואת מסלול המידע המקשר בין הלב למוח. המודל תוכנן לחזות את התגובה ההמודינמית של חולים לאחר הופעת AFib ובסופו של דבר, יכול לעזור לענות על שאלות לגבי היכן ובאילו רמות יש ליישם נוירוסטימולציה, ובכך לקרב את הגישה להפוך לצורה מקובלת של טיפול מותאם אישית עבור AFib.
"זה היה תרגיל תרגום", אומר אדאודו, שהיה החוקר הראשי במאמר, שכותביו כוללים את Mayuresh Kothare, פרופסור RL מקאן להנדסה כימית וביו-מולקולרית ודיקן חבר למחקר במכללת PC Rossin להנדסה ומדע יישומי של ליהי. "כמהנדסים, לקחנו את מה שהקלינאים יודעים על AFib – ואת כל השינויים הפיזיולוגיים שמתרחשים בחולים – והפכנו את העובדות הללו למתמטיקה. המטרה שלנו הייתה לענות על השאלה: האם המודל שלנו יכול להתאים להשפעות הידועות של AFib על כמויות המודינמיות קלות למדידה כמו לחץ דם וקצב לב? אם התשובה הייתה חיובית, נוכל להשתמש בו כדי לחקור קשרים חדשים".
התשובה היה כֵּן. הצוות אימת את המודל שלהם מול נתונים קליניים ומצא שהתחזיות שלו לגבי קצב לב, נפח שבץ ולחץ דם תאמו את מה שהרופאים רואים בחולים אמיתיים. תוצאה אחת מעניינת במיוחד: המודל סימן חלק מהצומת האטrioventricular – מבנה בלב – כמועמד חזק לגירוי. אותו אזור הוא כבר יעד לטיפול אבלציה, מה שמרמז שהמודל נמצא במסלול הנכון.
כעת, אומר אדאודו, השלב מוכן למחקר נוסף. חוקרים יכולים להשתמש במודל של צוות Lehigh ככלי לחקור היכן וכמה נוירוסטימולציה יכולה לשנות את קצב הלב המוגבר והלא סדיר, או לשפר את רגישות הברורפלקס הנפגעת הקשורה ל-AFib. הם יכולים למנף את כוח הניבוי של המודל כדי לבדוק את ההשפעות של גירוי חלקים שונים של מערכת הלב וכלי הדם, מבלי להסתמך על נבדקים של בעלי חיים או בני אדם. ברגע שהם מייעלים את הגישה שלהם באמצעות המודל, הם יכולים לבדוק את האסטרטגיות הללו במטופלים. כאשר קלינאים משתמשים במודל, המשוב שלהם יעזור לחדד אותו עוד יותר.
Kothare (המחבר המקביל) רואה במאמר זה תוצאה מוצלחת של מאמץ שיתופי של שותפי המחברים ד"ר ראג' וודיפללי, לשעבר מאוניברסיטת תומס ג'פרסון, כיום באוניברסיטת ניו מקסיקו; מישל גי, סטודנטית לתואר שני בהנדסה כימית באוניברסיטת דלאוור; וד"ר בבאק מחמודי מאוניברסיטת אמורי. הפרויקט היה תוצאה של מענק של 2.2 מיליון דולר NIH באמצעות תוכנית Stimulation of Peripheral Activity to Relief Condition (SPARC) שהתמקדה בפיתוח תוכנה וכלי מודלים למיטוב העברת אותות נוירוסטימולציה לעצבים היקפיים לטיפול במצבים כגון הפרעות קצב לב, יתר לחץ דם ושלפוחית השתן והפרעות קיבה. קוטהאר ומחמודי הובילו יחד את הפרויקט, שהסתיים בשנים 2023–2024.
"היתרון העיקרי של המודל הזה הוא שהוא ניתן לפיתוח חישובי, בניגוד למודלים תלת מימדיים מורכבים יותר הדורשים תשתית מחשוב בעלת ביצועים גבוהים כדי לפתור את המשוואות המתקבלות", אומר קוטהאר. "עלות חישובית נמוכה זו הופכת אותו לאטרקטיבי במיוחד לבדיקות מהירות ואף לשימוש בזמן אמת, ומאפשרת זרימה דו-כיוונית של נתונים ומידע בין המטופל לבין הייצוג הווירטואלי של מערכת הלב של המטופל, במסגרת האמיתית של 'תאום דיגיטלי'".
בסופו של דבר, אומר Adeodu, המטרה ארוכת הטווח היא מכשיר אוטומטי, לביש, המנטר באופן רציף משוב פיזיולוגי ומספק את הגירוי המתאים למניעת AFib. לעת עתה, תרגום מצב חמור למתמטיקה ושורות קוד קירב את הרופאים לטיפול לב מותאם אישית באמת.
"ברגע שיש לך מודל טוב, זה פותח עולם חדש של תובנות וקשרים", אומר אדאודו. "זו הוכחה קלאסית שכאשר אנשים מתאחדים מתחומים שונים, דברים מדהימים יכולים לקרות".
