人体对脂多糖诱导炎症反应的统一模型

本研究开发了一个预测内毒素全身反应的统一模型。我们利用微分方程模拟对脂多糖（LPS）注射的反应动力学。该模型追踪促炎与抗炎细胞因子（TNF-$\alpha$、IL-6、IL-10）、下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴中促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）、促肾上腺皮质激素（ACTH）与皮质醇的浓度。通过在追踪 CRH 时纳入昼夜振荡，将每日激素变化整合进模型。此外，模型追踪心率、血压、体温与痛觉。所研究量在从分钟到天的多时间尺度上起作用。为理解内毒素如何在如此广阔的时间尺度上影响身体，我们考察了对 LPS 给药方式（单剂、重复剂量与连续剂量）以及给药时机和释放入系统的内毒素量的反应。我们将模型校准至 2 ng/kg LPS 推注注射的文献数据。结果显示，清晨或深夜给药产生更显著的激素反应。大多数 LPS 效应在给药后 24 小时从体内消除，炎症的主要影响在系统中残留 48 小时，重复剂量模拟表明残留效应在首次注射后留存超过 10 天。我们还表明，若 LPS 给药方式或总剂量增加，系统反应被放大，带来更大的低血压与发热风险。