Воспаление — это первая линия защиты организма, возникающая, когда множество иммунных клеток устремляются к месту повреждения или острого заболевания, чтобы восстановиться и предотвратить дальнейшее повреждение.
В случае успеха воспаление помогает организму выжить и зажить после травмы. Однако, когда восстановление после воспалительной реакции идет наперекосяк, это сигнализирует о том, что повреждение все еще происходит, а само воспаление может привести к дальнейшему повреждению, что приведет к более серьезному заболеванию или даже смерти.
Но что отличает хорошее восстановление после воспаления от плохого?
Новое исследование, проведенное учеными из Гарвардской медицинской школы и Массачусетской больницы общего профиля и опубликованное 22 августа в журнале Nature Communications , дает важные подсказки.
Ученые выявили универсальные особенности воспалительных реакций пациентов, успешно выздоровевших после операций или острых заболеваний, таких как COVID-19, сердечный приступ и сепсис. Они обнаружили, что эти особенности включают в себя точные пути, по которым количество лейкоцитов и тромбоцитов следует, когда они возвращаются к норме.
Если результаты будут подтверждены в дальнейших исследованиях и в конечном итоге систематизированы в качестве клинического руководства, результаты могут помочь клиницистам быстрее распознать, когда выздоровление отдельного пациента идет не очень хорошо, что позволит им вмешаться раньше.
Древний процесс
Воспаление является общей реакцией почти на все болезни, поэтому люди пытались описать его на протяжении тысячелетий. В Древнем Риме писатель-медик Авл Цельс описал четыре основных симптома воспаления: покраснение, жар, отек и боль, а позже врач и хирург Гален добавил к этому списку потерю функции. Сегодня ученые знают, что симптомы воспаления возникают, когда иммунная система начинает реагировать на травму или острую болезнь, посылая защитные лейкоциты, белки и химические факторы, которые вызывают физиологические изменения в организме.
Хотя современные клиницисты хорошо умеют выявлять пациентов, у которых наблюдается воспаление, на основе таких признаков, как высокий уровень лейкоцитов или лихорадка, «нет никаких указаний по оценке того, как протекает воспаление и уменьшается ли оно должным образом», — сказал старший автор Джон. Хиггинс, профессор системной биологии в Институте Блаватника в HMS. «Как врачи, мы на удивление плохо подготовлены для того, чтобы отличить пациентов, у которых воспалительная реакция протекает хорошо, от пациентов, у которых нет такой реакции».
Тем не менее, важно знать, эффективно ли воспаление реагирует на болезнь и способствует ли выздоровлению, поскольку это может помочь врачам решить, следует ли отступить и позволить телу пациента вылечиться самостоятельно или вмешаться.
Хиггинс и его команда намеревались понять восстановление после воспаления, чтобы определить, есть ли общие черты для успешного выздоровления.
Признаки успеха
Поскольку воспаление возникает у пациентов, которые уже больны, его изучение может быть сложным процессом. Таким образом, исследователи знали, что для выделения общих признаков им потребуется изучить восстановление после воспаления в строго контролируемых условиях.
«Нам нужно было найти ситуацию, в которой все начинают с одинакового в целом стабильного состояния здоровья, а затем все они получают одинаковый воспалительный стимул в определенное время», — объяснил первый автор Броуди Фой, научный сотрудник системной биологии в HMS и Массовый генерал.
Они остановились на неэкстренной сердечно-сосудистой хирургии, а именно на коронарном шунтировании, замене клапана или какой-либо комбинации. Эти процедуры часто выполняются у относительно здоровых пациентов, у которых есть основные проблемы с сердцем, но в остальном они стабильны и не испытывают проблем, требующих немедленного лечения. Тем не менее, все сердечно-сосудистые операции связаны со значительной травмой и повреждением тканей, поскольку хирурги получают доступ к сердцу для хирургического вмешательства, вызывая значительную воспалительную реакцию.
Чтобы определить закономерности восстановления воспаления, исследователи работали с автором Торальфом Сундтом, профессором хирургии HMS Edward D. Churchill в Массачусетсе, чтобы изучить данные медицинских карт 4693 пациентов в Массачусетсе, перенесших сердечно-сосудистую операцию. Проанализировав десятки измерений одновременно, они обнаружили общие черты в траекториях пациентов, которые выздоровели. Они сосредоточились на двух переменных, которые надежно определили траектории успешного восстановления после воспаления: количество лейкоцитов, которое, что неудивительно, становится повышенным во время воспаления, и количество тромбоцитов, которое уменьшается по мере того, как тромбоциты используются для свертывания и заживления.
Среди пациентов, которые хорошо восстановились после операции, количество лейкоцитов уменьшалось с определенной скоростью, в то время как количество тромбоцитов увеличивалось с другой, но также точной скоростью. Исследователи заявили, что эти траектории можно использовать для индивидуального мониторинга восстановления.
«Врачи обычно не могут отслеживать изменения в 20 различных переменных одновременно. Мы действительно хотели иметь возможность определять хорошее выздоровление с точки зрения небольшого количества измерений, с которыми врачи и даже пациенты уже знакомы», — сказал автор Джонатан Карлсон. гематолог и исследователь в HMS и MGH.
Затем команда расширила исследование, чтобы рассмотреть другие типы операций, которые вызывают значительное воспаление, включая ампутации конечностей, замену тазобедренного сустава, кесарево сечение, частичное удаление толстой кишки и сложную операцию на поджелудочной железе, называемую процедурой Уиппла. Они также рассмотрели инфекции, вызывающие воспаление, такие как COVID-19 и колит Clostridium difficile, а также сепсис, опасную для жизни воспалительную реакцию , вызванную инфекцией. Наконец, они проанализировали закономерности восстановления после таких событий, как сердечные приступы и инсульты, которые вызывают кислородное голодание тканей и могут вызвать аберрантное воспаление.
Исследователи обнаружили, что пациенты, которые хорошо выздоровели, следовали тем же характерным траекториям возвращения количества лейкоцитов и тромбоцитов к нормальному диапазону, что и их коллеги, перенесшие сердечно-сосудистые операции, независимо от их состояния или возраста. Эти закономерности также были постоянными независимо от того, насколько быстро пациенты выздоравливали или на каком уровне у них начиналось количество лейкоцитов и тромбоцитов.
Более того, ученые смогли математически определить точные траектории, которые указывали на успешное выздоровление: количество лейкоцитов подвергалось экспоненциальному спаду, тогда как количество тромбоцитов увеличивалось линейно после короткой задержки.
«Что интересно в этом исследовании, так это то, что оно предполагает, что существуют общие черты пути выздоровления для удивительно широкого спектра заболеваний, и если мы знаем, как выглядит хорошее выздоровление, мы должны быть в состоянии определить плохое». — сказал Хиггинс.
Перевод результатов
Для Хиггинса эти воспалительные траектории выздоровления напоминают так называемый принцип Анны Карениной, популяризированный Джаредом Даймондом в его книге « Ружья, микробы и сталь» : есть только один способ, которым все может пойти правильно, но есть много способов, которыми все может пойти не так. Пациенты, которые хорошо выздоравливают, обычно следуют предсказуемой схеме снижения и увеличения количества лейкоцитов и тромбоцитов, тогда как у пациентов, которые не выздоравливают, их количество может быть либо слишком высоким, либо слишком низким, или просто не меняется в начале лечения. ожидаемые ставки.
Он также проводит сравнение с педиатрическими диаграммами роста, в которых каждый ребенок начинает с разных точек, но должен следовать одной и той же траектории роста — и, таким образом, оставаться в одном и том же процентиле — по весу и росту. Он надеется, что его команда в конечном итоге сможет создать аналогичные диаграммы восстановления после воспаления, чтобы персонализировать здоровые траектории для отдельных пациентов с широким спектром заболеваний.
Хиггинс и его команда работают над тем, чтобы их результаты попали в руки клиницистов, чтобы помочь им лучше понять, как пациенты выздоравливают от воспаления.
Чтобы проиллюстрировать эту идею, Хиггинс привел случай с 78-летней женщиной, поступившей в больницу после сердечного приступа. На четвертый день ее выздоровления количество лейкоцитов в ее крови упало до нормального диапазона, что свидетельствует о том, что она хорошо поправилась. Тем не менее, количество ее лейкоцитов все еще было выше здоровой траектории, определенной исследователями, и оно продолжало увеличиваться в течение следующих нескольких дней по мере того, как ей становилось все хуже. Другими словами, общая картина обеспечила более ценный диагностический ключ, чем абсолютный показатель анализа крови, сказал Хиггинс, сигнализируя днем ранее, что что-то пошло не так с выздоровлением пациента.
Хиггинс, однако, предупреждает, что еще предстоит выяснить, может ли более раннее вмешательство, основанное на этих предвестниках плохого выздоровления, улучшить исход. Это предмет для дальнейших исследований.
«Наш подход действительно просто идентифицирует пациентов с высоким риском», — сказал Хиггинс. «Нам все еще нужно изучить, действительно ли поможет диагностика чего-то немного раньше, но, по крайней мере, у нас будет шанс вмешаться».
Хиггинс и его команда также заинтересованы в изучении лежащих в основе биологических механизмов, которые заставляют количество лейкоцитов и тромбоцитов возвращаться или не возвращаться к норме после травмы или болезни.
«Эти результаты помогают выдвинуть некоторые гипотезы о механизмах», — сказал Хиггинс. Например, это помогает исследователям следить за пиком количества лейкоцитов во время воспаления и изучать процессы в организме, которые могут привести к экспоненциальному спаду после пика.
Исследователи также хотят сместить свое внимание еще на более раннем этапе процесса, чтобы увидеть, смогут ли они найти общие черты хорошего ответа, когда у пациентов первоначально развивается воспаление после травмы или болезни.