Dok su mnogi ozbiljni slučajevi COVID-19 obeleženi respiratornim distresom i opasno niskim nivoom kiseonika u krvi – stanje koje se naziva hipoksija – pojava „tihe ili srećne hipoksije“ koja utiče na podgrupu pacijenata zbunila je stručnjake od početka pandemije.
Sada, istraživanje kompjuterskog modeliranja koje je predvodio Tehnološki institut u Nju Džersiju (NjIT) pomaže u otkrivanju neuhvatljivog uzroka „srećne hipoksije“ kod pacijenata sa COVID-19, otkrivajući zašto neki pojedinci mogu doživeti kritično nisku zasićenost krvi kiseonikom bez tipične borbe za disanje. .
U nalazima objavljenim u časopisu Biološka kibernetika, istraživači sugerišu da bi povišeni nivoi hemoglobina u krvi određenih pacijenata mogli da igraju ključnu ulogu u omogućavanju respiratornom sistemu da održi nizak nivo kiseonika bez izazivanja signala uznemirenosti povezanih sa dispnejom ili kratkim dahom.
„Matematičko modeliranje respiratornog kontrolnog sistema omogućava nam da istražimo hipoteze o tome kako promene u hemosenzornim inputima utiču na generisanje ritmova disanja“, rekao je Kejsi Dikman, autor studije i vanredni profesor matematike NjIT-a. „Fokusirali smo se na disregulaciju senzacije kiseonika kao ključnog doprinosa tihoj hipoksemiji.“
Da bi saznao više, Diekman se pridružio Kristoferu Vilsonu na Medicinskom fakultetu Loma Linda i Piteru Tomasu sa Univerziteta Kejs Vestern Rezerv. Tim je prilagodio matematički model koji je Diekman prvi put razvio 2017. godine, opisujući ga kao „kontrolni sistem zatvorene petlje“ za simulaciju efekata tihe hipoksemije na respiratorni sistem.
Model je sistem običnih diferencijalnih jednačina koje predstavljaju električnu aktivnost generatora respiratornog centralnog uzorka (CPG) u moždanom stablu koji pokreće grupu motornih neurona, što dovodi do promena u zapremini pluća, kiseoniku pluća i kiseoniku u krvi, objasnio je Diekman.
„Zauzvrat, nivo kiseonika u krvi utiče na količinu ekscitatornog unosa koji se šalje u CPG putem hemosenzorne povratne informacije“, rekao je Diekman. „Model uključuje parametre koji odražavaju pojačanje ulaznog puta za detekciju kiseonika, afinitet vezivanja za hemoglobin, zapreminu neopterećenog pluća i brzinu protoka kiseonika iz pluća u krv.“
Ovaj model kontrole zatvorene petlje omogućio je istraživačima da sistematski istraže kako različiti aspekti sistema utiču na parcijalni pritisak kiseonika u krvi i tačku u kojoj se respiratorni sistem urušava kako se metabolička potražnja povećava. Koristeći svoj model, tim je manipulisao različitim parametrima, na kraju odredivši hematokrit – koncentraciju hemoglobina u krvotoku – kao ključni faktor u izazivanju tihe hipoksemije.
„Naša studija sugeriše da pacijenti sa COVID-19 sa tihom hipoksemijom takođe mogu imati povišen nivo hemoglobina u krvi, što bi mogao biti zaštitni odgovor na infekciju“, rekao je Vilson, koautor studije.
„Znamo da su povišeni nivoi hemoglobina u populacijama koje žive na velikoj nadmorskoj visini deo pokušaja tela da održi mišiće, organe i mozak dovoljno kiseonika uprkos tome što ima manje kiseonika u vazduhu na velikim nadmorskim visinama“, dodao je Tomas. „Kada efekti COVID-19 otežaju izbacivanje kiseonika iz vazduha u tkiva, čak i na nivou mora, moglo bi biti da povećanje nivoa hemoglobina nudi sličnu korist.
Za sada, tim kaže da bi hitne službe trebale da počnu da mere nivoe hematokrita za pacijente sa COVID-19 kako bi se poboljšali ishodi pacijenata.
„Nažalost, većina hitnih službi ne beleži nivoe hemoglobina kod svojih pacijenata, iako to ne bi bilo previše teško da se uradi“, rekao je Diekman.
„Voleli bismo da hitne službe koje leče pacijente sa COVID-19 prikupljaju podatke o nivoima hematokrita“, dodao je Tomas. „To bi nam moglo dati dalji uvid u to kako se pacijenti prilagođavaju efektima infekcije.“
U budućnosti, istraživači se takođe nadaju da će njihovi nalazi podstaći dalji razvoj modela kontrole disanja.
„U ovoj studiji smo koristili relativno jednostavan model respiratornog pejsmejkera da bismo olakšali matematičku analizu sistema. Naši rezultati motivišu uključivanje dinamike rukovanja kiseonikom u detaljnije najsavremenije modele respiratorne kontrole, od kojih se većina fokusira na hiperkapnija – prekomerna količina ugljen-dioksida – umesto hipoksije“, rekao je Diekman.
