Max Home IndustryУченые все еще решают многие загадочные аспекты того, как новый коронавирус поражает легкие и другие части тела. Одна из самых больших и самых опасных для жизни загадок заключается в том, как вирус вызывает «тихую гипоксию», состояние, при котором уровень кислорода в организме аномально низкий, что может непоправимо повредить жизненно важные органы, если останется незамеченным в течение длительного времени. Теперь, благодаря компьютерным моделям и сравнениям с реальными данными пациентов, биомедицинские инженеры Бостонского университета и сотрудники из Университета Вермонта начали разгадывать тайну.
Несмотря на опасно низкий уровень кислорода, многие люди, инфицированные COVID-19 в тяжелых случаях, иногда не проявляют никаких симптомов одышки или затрудненного дыхания. Способность Гипоксии незаметно наносить урон — вот почему она была придумана как «тихая». Считается, что у пациентов с коронавирусом инфекция сначала поражает легкие, делая их части неспособными функционировать должным образом. Эти ткани теряют кислород и перестают работать, больше не наполняя кровоток кислородом, вызывая тихую гипоксию. Но до сих пор не было ясно, как именно возникает этот эффект домино.
«Мы не знали, [как это] было возможно с физиологической точки зрения», — говорит Бела Суки, профессор биомедицинской инженерии, материаловедения и инженерии, а также один из авторов исследования. Некоторые пациенты с коронавирусом испытали то, что некоторые эксперты назвали уровнем кислорода в крови, «несовместимым с жизнью». К сожалению, по словам Суки, у многих из этих пациентов не было практически никаких признаков аномалий при сканировании легких.
Чтобы понять причину скрытой гипоксии, биомедицинские инженеры BU использовали компьютерное моделирование, чтобы протестировать три различных сценария, которые помогают объяснить, как и почему легкие перестают поставлять кислород в кровоток. Их исследование, опубликованное в Nature Communications , показывает, что тихая гипоксия, вероятно, вызвана сочетанием биологических механизмов, которые могут возникать одновременно в легких пациентов с COVID-19, по словам биомедицинского инженера Якоба Херрманна. , научный сотрудник лаборатории Суки и ведущий автор нового исследования.
Обычно легкие выполняют жизненно важную функцию газообмена, обеспечивая кислородом каждую клетку тела при вдохе и избавляя нас от углекислого газа при каждом выдохе. Здоровые легкие поддерживают насыщение крови кислородом на уровне от 95 до 100 процентов — если она опускается ниже 92 процентов, это вызывает беспокойство, и врач может решить вмешаться с дополнительным кислородом. (В начале пандемии коронавируса, когда врачи впервые начали бить тревогу по поводу тихой гипоксии, оксиметры улетели с полок магазинов, так как многие люди, обеспокоенные тем, что им или членам их семей, возможно, придется вылечиться от более легких случаев коронавируса в домашних условиях, хотели иметь возможность для контроля уровня кислорода в крови.)
Сначала исследователи изучили, как COVID-19 влияет на способность легких регулировать направление крови. Обычно, если участки легкого не собирают много кислорода из-за повреждения от инфекции, кровеносные сосуды в этих областях сужаются. На самом деле это хорошая вещь, для которой наши легкие эволюционировали, потому что они заставляют кровь проходить через легочную ткань, насыщенную кислородом, который затем циркулирует по всему телу.
Но, по словам Херрманна, предварительные клинические данные свидетельствуют о том, что легкие некоторых пациентов с COVID-19 утратили способность ограничивать кровоток к уже поврежденной ткани и, напротив, потенциально открывали эти кровеносные сосуды еще больше — то, что трудно увидеть или измерить на компьютерной томографии.
Используя компьютерную модель легких, Херрманн, Суки и их команда проверили эту теорию, обнаружив, что для снижения уровня кислорода в крови до уровней, наблюдаемых у пациентов с COVID-19, кровоток действительно должен быть намного выше, чем обычно. области легких, которые больше не могут собирать кислород, что, по их словам, способствует низкому уровню кислорода во всем теле.
Затем они изучили, как свертывание крови может влиять на кровоток в различных областях легких. Когда слизистая оболочка кровеносных сосудов воспаляется из-за инфекции COVID-19, внутри легких могут образовываться крошечные сгустки крови, слишком маленькие, чтобы их можно было увидеть на медицинском сканировании. С помощью компьютерного моделирования легких они обнаружили, что это может спровоцировать тихую гипоксию, но одного этого, вероятно, недостаточно, чтобы снизить уровень кислорода до уровня, наблюдаемого в данных о пациентах.
Наконец, исследователи использовали свою компьютерную модель, чтобы выяснить, влияет ли COVID-19 на нормальное соотношение потока воздуха и крови, необходимое для нормального функционирования легких. Этот тип несоответствующего соотношения потока воздуха и крови случается при многих респираторных заболеваниях, например, у пациентов с астмой, говорит Сьюки, и может быть одним из возможных факторов тяжелой безмолвной гипоксии, наблюдаемой при COVID-19. пациенты. Их модели предполагают, что для того, чтобы это было причиной тихой гипоксии, несоответствие должно происходить в тех частях легкого, которые не выглядят поврежденными или ненормальными при сканировании легких.
В целом их результаты показывают, что сочетание всех трех факторов, вероятно, является причиной тяжелых случаев низкого уровня кислорода у некоторых пациентов с COVID-19. Имея лучшее понимание этих основных механизмов и того, как комбинации могут варьироваться от пациента к пациенту, клиницисты могут делать более осознанный выбор в отношении лечения пациентов с использованием таких мер, как вентиляция и дополнительный кислород. В настоящее время изучается ряд вмешательств, в том числе низкотехнологичное вмешательство, называемое позиционированием на животе, при котором пациенты переворачиваются на живот, позволяя задней части легких втягивать больше кислорода и выравнивать несоответствующее соотношение воздуха и крови. .
«Разные люди по-разному реагируют на этот вирус», — говорит Суки. По его словам, для клиницистов очень важно понимать все возможные причины, по которым у пациента может быть низкий уровень кислорода в крови, чтобы они могли выбрать правильную форму лечения, включая лекарства, которые могут помочь сузить кровеносные сосуды, разрушить тромбы или исправить несоответствующее соотношение потока воздуха и крови.