Диагноз по расчету: модель спрогнозирует цитокиновый шторм при COVID-19
Зарубежные математики нашли способ прогнозировать цитокиновый шторм при COVID-19. Составленная модель определяет его вероятность по тому, насколько сильно иммунные клетки стимулируют выработку цитокинов. Сейчас о приближении острого респираторного дистресс-синдрома судят по ряду более простых параметров — появлению высокой температуры, уровню особого белка, снижению числа лимфоцитов, прогрессированию поражения легких, снижению сатурации, пояснили эксперты. Российские специалисты считают, что работа интересна с точки зрения дальнейших исследований механизма иммунного ответа на инфекцию и дает некоторые ориентиры для описания этого процесса, но пока результаты исследований рано применять в клинической практике.
Три исхода
Тяжелое течение COVID-19 сопровождается цитокиновым штормом. Он вызывает повреждение жизненно важных органов, нарушение функций иммунной системы и иногда приводит к летальному исходу. Коллектив зарубежных ученых из Университета штата Аризона, Говардского университета и Национального центра биотехнологической информации (США) создал математическую модель для прогноза развития цитокинового шторма, в частности, у зараженного коронавирусом человека.
Сама по себе выработка цитокинов — молекул, участвующих в поддержке и регулировании иммунного ответа, — норма при появлении инфекции в организме. Так он борется с болезнями, и не только с COVID-19, но и с другими вирусами. Проблемы возникают, когда выработка этих молекул становится слишком активной — тогда иммунный ответ наносит больше вреда, чем пользы.
Авторы работы решили создать модель, которая бы предсказывала вероятность перехода от нормальной реакции иммунной системы к чрезмерно острой, то есть приводящей к цитокиновому шторму. Моделирование симулирует действие иммунной системы при ее столкновении с инфекцией.
Созданная учеными система уравнений описывает «отношения» между клетками, которые регулируют иммунную активность (цитокины) и непосредственно участвуют в ответе на инфекцию.
В случае нормальной реакции в определенный момент времени увеличивается количество иммунных клеток, непосредственно борющихся с инфекцией. Цитокины служат своеобразными наблюдателями, которые, если «видят», что иммунных клеток достаточно, успокаиваются. Концентрация клеток иммунной системы не превышает норму, «шторма» не возникает.
В противном случае иммунные клетки и цитокины становятся взаимными подстрекателями. Слишком резкий всплеск количества иммунных клеток вызывает такой же скачок цитокинов. Концентрация иммунных клеток превышает пороговое значение, и начинается «шторм».
Есть и третий вариант развития ситуации. После «всплеска» между количеством цитокинов и иммунных клеток снова устанавливается равновесие. Хотя их количество и становится больше, чем до болезни.
Важный параметр, определяющий результаты моделирования, — сила стимуляции цитокинов иммунными клетками, сделали вывод ученые. Чем она больше, тем быстрее концентрация цитокинов достигнет необходимого для подавления инфекции максимума, и «шторм» закончится.
Учим матчасть
Исследование представляет ценность в плане теоретической, фундаментальной медицины, но говорить о применении его результатов на практике рано, считают российские эксперты.
— Математические модели имеют значение для общего понимания механизмов иммунного ответа на инфекцию и дальнейших исследований, — отметил директор Клиники им. Е.М. Тареева Сеченовского университета Сергей Моисеев. — Сама по себе статья сделана качественно, хотя окончательно об этом можно будет судить только после ее публикации (сейчас она опубликована как препринт. — «Известия»). Но в ней нет информации о конкретных иммунных клетках и видах цитокинов, которые авторы вносили в модель. Поэтому делать по ней какие-либо выводы по лечению и диагностике нельзя.
Сейчас о приближении цитокинового шторма судят по ряду более простых параметров — появлению высокой температуры, уровню особого белка, снижению числа лимфоцитов, прогрессированию поражения легких, снижению сатурации, пояснил эксперт. Заранее же назначать иммунодепрессанты ни в коем случае нельзя, чтобы не навредить пациенту, подчеркнул он.
— Теоретические модели, даже очень хорошие, могут не совпадать с реальностью, — заметил врач иммунолог-аллерголог, доктор медицинских наук Андрей Продеус. — Во-первых, даже влияние иммунных клеток на выработку цитокинов — это непостоянный параметр. На него может влиять стресс, физическое состояние человека, факт недавней болезни и многое другое. Во-вторых, просто на работу иммунной системы влияют сотни факторов, учесть их все очень сложно. Любая модель процесса в организме человека будет иметь допуски и погрешности, которые неизбежно приведут к ошибкам.
Хотя, безусловно, как математическое упражнение и попытка объяснить процесс возникновения цитокинового шторма подобные работы полезны, добавил эксперт.
— Работа организма — настолько индивидуальная вещь, что просчитать ее с помощью математики практически невозможно, — согласна аллерголог-иммунолог Марина Аплетаева. — Хотя, безусловно, лабораторная диагностика дает возможность узнать многие показатели иммунной системы человека, которые способны помочь при лечении.
Авторы работы предполагают, что в дальнейшем использованные в моделировании параметры смогут служить прогностическими биомаркерами. Главное — найти подход к их достоверной оценке.
