تبحث هذه الدراسة في حالة المناعة في الإنتان من خلال تحليل العلاقات الكمية بين خلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات في مرضى الإنتان والضوابط الصحية باستخدام تحليل تصور البيانات والتركيب العددي ثلاثي الأبعاد لإنشاء نموذج رياضي.

في الإنتان ، يعد فهم التفاعل بين خلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات أمرا بالغ الأهمية لتقييم حالة المناعة وتحسين استراتيجيات العلاج. تم جمع عينات الدم من 512 مريضا تم تشخيص إصابتهم بالإنتان و 205 من الضوابط الأصحاء ، بإجمالي 717 عينة. تم إجراء تحليل تصور البيانات والتركيب العددي ثلاثي الأبعاد لإنشاء نموذج رياضي يصف العلاقات بين خلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات. تم استخدام خريطة ميزة التنظيم الذاتي (SOFM) لتجميع بيانات عينة الإنتان تلقائيا في الفضاء ثلاثي الأبعاد الذي يمثله النموذج ، مما ينتج عنه حالات مناعية مختلفة.

كشف التحليل أن عدد خلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات مقيدة داخل مستوى ثلاثي الأبعاد ، كما هو موضح في المعادلة: WBC = 1.098 × العدلات + 1.046 × الخلايا الليمفاوية + 0.1645 ، مما ينتج عنه خطأ تنبؤ (RMSE) بنسبة 1٪. هذه المعادلة قابلة للتطبيق عالميا على جميع العينات على الرغم من الاختلافات في توزيعاتها المكانية. حددت مجموعة SOFM تسع حالات مناعية متميزة داخل مرضى الإنتان ، والتي تمثل مستويات مختلفة من الحالة المناعية وفترات التذبذب ومراحل التعافي.

يكشف النموذج الرياضي المقترح ، الذي تمثله المعادلة أعلاه ، عن حد تقييد أساسي على مجموعات الخلايا المناعية في كل من مرضى الإنتان والضوابط الصحية. علاوة على ذلك ، يوفر نهج تجميع SOFM نظرة عامة شاملة على الحالات المناعية المتميزة التي لوحظت ضمن حدود القيد هذه في مرضى الإنتان. تضع هذه الدراسة الأساس للعمل المستقبلي على تحديد وتصنيف حالة المناعة في الإنتان، والتي قد تساهم في النهاية في تطوير استراتيجيات تشخيصية وعلاجية أكثر موضوعية.

لا يزال الإنتان، وهو خلل وظيفي في الأعضاء يهدد الحياة ناتج عن استجابة المضيف غير المنظمة للعدوى، يمثل تحديا كبيرا في طب الرعاية الحرجة¹. على الرغم من التقدم في فهم الفيزيولوجيا المرضية للتعفن الدموي ، إلا أن التفاعل المعقد بين الجهاز المناعي ومسببات الأمراض لا يزال يشكل صعوبات في تشخيص هذه الحالة وعلاجها بشكل فعال². غالبا ما تركز الأساليب السريرية الحالية على مراقبة مؤشرات العدوى ، ووظيفة الأعضاء ، والسيتوكينات ، والكشف عن الميكروبات ، وميكروبيوم^{الأمعاء 3}. ومع ذلك ، هناك اعتراف متزايد بالدور الحاسم الذي تلعبه الخلايا المناعية ، وخاصة خلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات ، في تطور وحل الإنتان⁴.

خلال فترة الإنتان ، يخضع الجهاز المناعي لسلسلة معقدة من التغييرات ، تتميز بمرحلة مفرطة الالتهاب الأولية تليها^{مرحلة 5} مثبطة للمناعة لفترات طويلة. تتميز المرحلة المبكرة بزيادة في عدد العدلات وانخفاض مصاحب في أعداد الخلايا الليمفاوية ، مما يعكس تنشيط الاستجابات المناعية الفطرية وقمع المناعة التكيفية⁶. مع تقدم الحالة ، قد تتأرجح مستويات العدلات أو تصبح مرهقة بينما يستمر عدد الخلايا الليمفاوية في الانخفاض ، مما يؤدي إلى حالة من تثبيط المناعة تجعل المرضى عرضة للعدوى الثانوية⁷. يعد فهم التفاعل الديناميكي بين مجموعات الخلايا المناعية هذه أمرا بالغ الأهمية لتقييم الحالة المناعية لمرضى الإنتان بدقة وابتكار تدخلات مستهدفة.

اعتمدت الأساليب التقليدية لتحليل عدد الخلايا المناعية في الإنتان على التحليلات أحادية المتغير أو ثنائية المتغير ، والتي تفشل في التقاط العلاقات المعقدة بين المعلمات المناعية^{المتعددة 8}. فتحت التطورات الحديثة في تصور البيانات وتقنيات التعلم الآلي إمكانيات جديدة لاستكشاف البيانات المناعية عالية^{الأبعاد 9}. على وجه الخصوص ، أظهر تصور مخطط التشتت ثلاثي الأبعاد وخرائط الميزات ذاتية التنظيم (SOFM) ¹⁰ وعدا في الكشف عن الأنماط الخفية وتحديد الحالات المناعية المتميزة في سياقات المرض المختلفة.

تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في حالة المناعة لدى مرضى الإنتان من خلال تحليل العلاقات الكمية بين خلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات باستخدام تقنيات تصور البيانات المتقدمة وتجميعها. الفرضية هي أن مجموعات الخلايا المناعية هذه مقيدة داخل مساحة ثلاثية الأبعاد تحكمها علاقة رياضية أساسية. من خلال الكشف عن هذه العلاقة وتحديد الحالات المناعية المتميزة باستخدام SOFM ، تسعى الدراسة إلى توفير إطار عمل لفهم الحالات الديناميكية المناعية في الإنتان وتسهيل اتخاذ القرارات السريرية.

يتضمن النهج جمع عينات الدم من 512 مريضا بالإنتان تم إدخالهم إلى وحدة العناية المركزة (ICU) و 205 أفراد أصحاء ، بإجمالي 717 عينة. شمل مجتمع الدراسة كلا من المشاركين من الذكور (54.3٪) والإناث (45.7٪) ، الذين تتراوح أعمارهم بين 35 و 100 عام (متوسط العمر: 73.5 سنة). يتم تطبيق تصور مخطط مبعثر ثلاثي الأبعاد والتركيب العددي لإنشاء نموذج رياضي يصف التفاعل بين خلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات في كل من مرضى الإنتان والضوابط الصحية. ثم يتم استخدام SOFM لتجميع بيانات عينة الإنتان تلقائيا في الفضاء ثلاثي الأبعاد ، مما ينتج عنه حالات مناعية مختلفة. من خلال مقارنة الملامح المناعية والتوزيعات المكانية لمرضى الإنتان مع تلك الخاصة بالأفراد الأصحاء ضمن حدود القيد التي يمثلها النموذج الرياضي ، تهدف الدراسة إلى اكتساب نظرة ثاقبة حول الآليات الفيزيولوجية المرضية الكامنة وراء الإنتان وتحديد الأهداف المحتملة للعلاجات المعدلة للمناعة.

من خلال توفير طريقة كمية لتقييم الحالة المناعية لمرضى الإنتان ، يمكن أن يتيح النهج تحديد مرحلة أكثر دقة للمرض وتوجيه اختيار التدخلات المناسبة. علاوة على ذلك ، قد يضع تحديد الحالات المناعية المتميزة باستخدام SOFM الأساس للبحث المستقبلي حول مناهج العلاج المناعي الشخصية المصممة خصيصا للملامح المناعية المحددة للمرضى الأفراد.

باختصار ، تقدم هذه الدراسة نهجا لفهم حالة المناعة في الإنتان من خلال الاستفادة من تصور البيانات المتقدمة وتقنيات التعلم الآلي. من خلال الكشف عن العلاقة الرياضية بين مجموعات الخلايا المناعية الرئيسية في مرضى الإنتان والضوابط الصحية وتحديد الحالات المناعية المميزة في مرضى الإنتان ، توفر الدراسة منظورا جديدا لديناميكيات المناعة المعقدة في الإنتان. يتيح هذا النهج تقييما أكثر دقة لحالة المرض (مجموعات مختلفة) ويمكن أن يوجه اختيار التدخلات المناسبة ، مما يساهم في النهاية في تطوير استراتيجيات تشخيصية وعلاجية أكثر فعالية.

تستكشف هذه الدراسة حالة المناعة لدى مرضى الإنتان من خلال التحقيق في العلاقات بين خلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات. تم تسجيل المرضى في وحدة العناية المركزة (ICU) في مستشفى Dongzhimen في بكين ، الصين ، وخضعوا لاختبارات الدم القياسية بعد تقديم موافقة مستنيرة. أجريت الدراسة وفقا لإرشادات لجنة أخلاقيات البحث البشري المؤسسية. يمكن العثور على تجميع البيانات ومحتوى البيانات التفصيلي في الجدول التكميلي 1. يتم تعداد أدوات البرامج المستخدمة في هذه الدراسة في جدول المواد.

1. جمع البيانات وإعدادها

ملاحظة: تم اختيار خلايا الدم البيضاء والعدلات والخلايا الليمفاوية كمؤشرات رئيسية للحالة المناعية لدى مرضى الإنتان. يعتمد هذا الاختيار على الملاحظات السريرية الراسخة التي تفيد بأن عدد الخلايا الليمفاوية يميل إلى القمع والانخفاض تدريجيا ، بينما غالبا ما يتأرجح عدد العدلات في مرضى الإنتان. تم التعرف على هذين النوعين من الخلايا تجريبيا كعلامات مهمة للحالة المناعية لدى مرضى الإنتان. ومع ذلك، لم يتم الإبلاغ بوضوح عن العلاقة الكمية الدقيقة بين هذه المعلمات في الأدبيات. لذلك ، تم اختيار خلايا الدم البيضاء والعدلات والخلايا الليمفاوية كنقطة انطلاق لقياس الحالة المناعية لدى مرضى الإنتان.

1. تثبيت رابط جدول بيانات MATLAB للوظيفة الإضافية Excel.
   1. افتح Microsoft Excel وانتقل إلى علامة التبويب إدراج على الشريط.
   2. انقر فوق الحصول على الوظائف الإضافية في قسم الوظائف الإضافية .
   3. في مربع الحوار Office Add-Ins ، ابحث عن رابط جدول بيانات MATLAB في شريط البحث.
   4. حدد موقع الوظيفة الإضافية MATLAB Spreadsheet Link for Excel في نتائج البحث وانقر فوق الزر إضافة .
   5. اقرأ الشروط والأحكام ووافق عليها، ثم انقر فوق متابعة لمتابعة التثبيت.
   6. إذا طلب منك ذلك، قم بتسجيل الدخول باستخدام حساب MathWorks أو إنشاء حساب جديد للوصول إلى الوظيفة الإضافية.
   7. بمجرد اكتمال التثبيت، ستظهر علامة التبويب رابط جدول بيانات MATLAB على شريط Excel.
   8. انقر فوق علامة التبويب رابط جدول بيانات MATLAB للتحقق من أن الوظيفة الإضافية مثبتة وجاهزة للاستخدام.
2. إرسال البيانات إلى مساحة عمل MATLAB.
   1. افتح جدول البيانات الذي يحتوي على بيانات مريض الإنتان، بما في ذلك تعداد خلايا الدم البيضاء وعدد الخلايا الليمفاوية وعدد العدلات.
   2. تأكد من تنظيم البيانات بتنسيق منظم ، مع كل متغير (عدد خلايا الدم البيضاء ، وعدد الخلايا الليمفاوية ، وعدد العدلات) في عمود منفصل وكل مريض في صف منفصل.
   3. حدد نطاق الخلايا التي تحتوي على عدد خلايا الدم البيضاء وعدد الخلايا الليمفاوية وعدد العدلات.
   4. انقر فوق علامة التبويب رابط جدول بيانات MATLAB في شريط Excel.
   5. في علامة التبويب رابط جدول بيانات MATLAB ، انقر فوق الزر إرسال البيانات إلى MATLAB .
   6. في مربع الحوار إرسال البيانات إلى MATLAB ، أختر مثيل MATLAB المناسب من القائمة المنسدلة إذا كانت هناك مثيلات متعددة قيد التشغيل.
   7. حدد اسم المتغير للبيانات في حقل اسم المتغير . على سبيل المثال ، sepsis_immune_data.
   8. حدد نوع البيانات المطلوب للبيانات المستوردة في MATLAB (على سبيل المثال ، المصفوفة الرقمية).
   9. انقر فوق موافق لإرسال البيانات إلى مساحة عمل MATLAB.
   10. قم بالتبديل إلى تطبيق MATLAB وتحقق من استيراد البيانات بنجاح عن طريق التحقق من مساحة العمل لاسم المتغير المحدد (على سبيل المثال، sepsis_immune_data).
3. التحقق من البيانات في MATLAB
   1. بعد إرسال بيانات مريض الإنتان (تعداد خلايا الدم البيضاء وعدد الخلايا الليمفاوية وعدد العدلات) إلى MATLAB باستخدام الوظيفة الإضافية MATLAB Spreadsheet Link ، قم بالتبديل إلى تطبيق MATLAB.
   2. للتحقق من محتويات البيانات المستوردة، اكتب اسم المتغير في نافذة الأمر MATLAB واضغط على Enter.

2. تصور ثلاثي الأبعاد لخلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات

1. إنشاء المؤامرة باستخدام الدالة Immune_scatter3
   1. يخزن المتغير A البيانات المناعية لمرضى الإنتان. استدعاء الدالة Immune_scatter3(A) للحصول على واجهة مستخدم رسومية (GUI) تعرض مخطط مبعثر ثلاثي الأبعاد للعينات، كما هو موضح في الشكل 1.
      ملاحظة: خطأ التركيب بين المستوى ثلاثي الأبعاد وتوزيع العينة في المؤامرة صغير جدا. سيوفر القسم 3 الصيغة الدقيقة.
2. استخدام واجهة المستخدم الرسومية
   1. استكشف وتحليل مخطط المبعثر ثلاثي الأبعاد باستخدام الميزات التفاعلية التي توفرها واجهة المستخدم الرسومية التي تم إنشاؤها.
      1. تدوير: انقر فوق المؤامرة واسحبها لتدويرها في مساحة ثلاثية الأبعاد، مما يسمح بعرض توزيع العينة من زوايا مختلفة.
      2. تحريك: انقر بزر الماوس الأيمن واسحبه لتحريكه أفقيا أو رأسيا، مع ضبط المنطقة المرئية من المخطط.
      3. التكبير/التصغير: استخدم عجلة الماوس أو عناصر التحكم في التكبير/التصغير في شريط الأدوات لتكبير المخطط أو تصغيره، مع التركيز على مناطق أو عينات معينة.
      4. مؤشر البيانات: انقر فوق العينات الفردية لعرض قيمها المقابلة لخلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات.
         ملاحظة: من خلال استخدام هذه الميزات التفاعلية ، يمكن للأطباء اكتساب نظرة ثاقبة حول العلاقات والأنماط بين خلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات في مرضى الإنتان ، مما يسهل استكشاف وتحليل البيانات المناعية.

3. الصيغة

1. في مساحة عمل MATLAB ، قم بتعيين عدد العدلات وعدد الخلايا الليمفاوية وعدد خلايا الدم البيضاء للمتغيرات X و Y و Z على التوالي.
2. للحصول على التعبير الرياضي الدقيق (الصيغة 1; كرات الدم البيضاء = 1.098 × العدلات + 1.046 × الخلايا الليمفاوية + 0.1645 (RMSE: 1٪)) من المستوى ثلاثي الأبعاد في الشكل 1 ، استدع الأمر التالي:
   [fitresult ، gof ، الإخراج] = ملاءمة ([X ، Y] ، Z ، 'poly11')
   ملاحظة: تصف هذه الصيغة كميا العلاقة بين خلايا الدم البيضاء والعدلات والخلايا الليمفاوية في مرضى الإنتان ، مما يوفر تمثيلا موجزا ودقيقا للبيانات المناعية.
3. لتقييم جودة الملاءمة ، احسب جذر متوسط الخطأ التربيعي الطبيعي (NRMSE) باستخدام الأمر التالي:
   gof.rmse / (الحد الأقصى (Z) - الحد الأدنى (Z))
   ملاحظة: تشير قيمة NRMSE الناتجة البالغة 1٪ إلى أن المستوى المركب (الصيغة 1) يقترب بشكل وثيق من التوزيع الفعلي للعينة في الفضاء ثلاثي الأبعاد. يؤكد مستوى الخطأ المنخفض هذا على موثوقية وصحة التعبير الرياضي الذي تم الحصول عليه في التقاط العلاقات المعقدة بين المعلمات المناعية لدى مرضى الإنتان.

4. حالة المناعة في الإنتان

ملاحظة: تم استخدام خرائط ميزات التنظيم الذاتي (SOFM) للتجميع غير الخاضع للإشراف لتحديد الحالات المناعية لدى مرضى الإنتان.

1. من خلال استدعاء الدالة Immune_Condition ، قم بإنشاء مجموعات من نقاط العينة على المستوى ثلاثي الأبعاد الذي تمثله الصيغة 1 ، كما هو موضح في الشكل 2.
2. استخدم ميزات التصور التفاعلي للشكل 2 كما هو موضح في الخطوة 2.2.
   ملاحظة: يعرض الشكل 2 تسع مجموعات مؤتمتة ، تسمى Cluster1 إلى Cluster9 ، مشتقة من نهج التعلم الآلي غير الخاضع للإشراف في SOFM. تأخذ تقنية التجميع هذه في الاعتبار كلا من الطوبولوجيا المكانية وكثافة العينات ، مما يتيح تحديد حالات المناعة المميزة داخل مرضى الإنتان.

5. مسارات التذبذب المناعي النموذجية في الإنتان

1. استنادا إلى الشكل 2 ، استخدم أمر الانتظار للحفاظ على الشكل في حالة تراكب ، ثم استخدم الأوامر التالية لإنشاء مخطط ثلاثي الأبعاد لبيانات مسار المريض النموذجي.
   انتظر
   ل i = 1: الحجم (p ، 1) -1
   وقفة (3) ؛ قطعة 3 (ع (i: i + 1،2) ، p (i: i + 1،3) ، p (i: i + 1،1) ، "k" ، "عرض الخط" ، 3) ؛
   انتهاء

ينطوي تطور الإنتان على تفاعل معقد بين الجهاز المناعي البشري ومسببات الأمراض الغازية. في التشخيص والعلاج السريري ، يتركز الكثير من الاهتمام على مؤشرات العدوى ، وعلامات وظائف الأعضاء ، والسيتوكينات ، والكشف عن الميكروبات ، وحتى ميكروبيوم الأمعاء. ومع ذلك ، تؤكد هذه الدراسة على أهمية ثلاثة مؤشرات مناعية شائعة: خلايا الدم البيضاء ، والعدلات ، والخلايا الليمفاوية ، والتي لا تخلو من الأساس. أظهرت الأبحاث أن العملية المرضية للتعفن المصحوبة بقمع واستنفاد مجموعات الخلايا الليمفاوية ، في حين أن مستويات العدلات إما تصبح مستنفدة أو تتغلب على مسببات الأمراض بعد التقلبات المتكررة⁵. ومع ذلك، لا يزال يتعين تحديد القيود والديناميكيات الرياضية الكامنة وراء هذه العملية وتوضيحها كميا.

عند استكشاف توزيع 512 عينة (ممثلة بنقاط زرقاء) و 205 عناصر تحكم صحية (ممثلة بعلامات الجمع الخضراء) في مساحة ثلاثية الأبعاد (الشكل 1) ، من الواضح بسهولة أن نقاط عينة خلايا الدم البيضاء والعدلات والخلايا الليمفاوية تقع على مستوى مع خطأ صغير جدا. توضح الألوان والعلامات المميزة المستخدمة في مخطط المبعثر بوضوح الاختلافات الكبيرة بين الإنتان ومجموعات التحكم السليمة داخل حدود القيد. تشير هذه الملاحظة إلى أن مجموعات الخلايا المناعية هذه تتبع قانونا أو قيدا موضوعيا ، بغض النظر عن الحالة الصحية. يكشف التحليل الإضافي عن الصيغة التالية: WBC = 1.098 × العدلات + 1.046 × الخلايا الليمفاوية + 0.1645 (الصيغة 1) ، مع جذر متوسط الخطأ التربيعي (RMSE) 1٪. تشير هذه المعادلة إلى أن المنحدر المستوي للعدلات أكبر من المنحدر في الخلايا الليمفاوية ، مما يعني أن التغيرات في عدد العدلات لها تأثير أكثر وضوحا على عدد خلايا الدم البيضاء مقارنة بالتغيرات في عدد الخلايا الليمفاوية. على الرغم من بساطتها ، إلا أن هذه الصيغة تمثل اكتشافا جديدا يكشف عن آلية أو قيد موجود موضوعيا يحكم التفاعل بين خلايا الدم البيضاء والعدلات والخلايا الليمفاوية ، بغض النظر عن اختلافاتها الفردية. الأهم من ذلك ، أن حدود القيد هذه تنطبق على كل من مرضى الإنتان والأفراد الأصحاء ، مما يشير إلى أنها تعكس خاصية أساسية لجهاز المناعة ، بينما تكشف التوزيعات المكانية المميزة داخل هذه الحدود عن الاختلافات المناعية بين الإنتان والصحة.

لمزيد من التمييز بين حالات المناعة المختلفة ، يستخدم الشكل 2 SOFM لتجميع نقاط العينة التلقائي. تم اختيار SOFM على وجه التحديد لهذا التحليل لأنه خوارزمية تجميع راسخة وغير خاضعة للإشراف تتفوق في الحفاظ على العلاقات الطوبولوجية مع مراعاة كل من المسافة بين العينات وتوزيعات كثافتها. تم تعيين معلمة التحكم في الجوار في الخوارزمية على 1 ، مما يضمن الحد الأدنى من التداخل بين المجموعات المجاورة مع الحفاظ على تعريفات حدودية واضحة. تم تحديد اختيار تسع فئات من خلال تحسين المعلمات بعناية ، وتحقيق التوازن بين الحاجة إلى التقسيم الفرعي التفصيلي للحالة مع الاعتبار العملي للحفاظ على الفروق ذات المغزى سريريا. يسمح هذا النهج بكل من التمييز في حالة المناعة الدقيقة وإمكانية دمج الدول المجاورة عندما يكون ذلك مناسبا بيولوجيا ، وبالتالي تجنب كل من التجزئة المفرطة وإغفال الحالة.

في الشكل 2 ، تم استخدام تجميع SOFM لتحديد الحالات المناعية المميزة تلقائيا بين مرضى الإنتان ، بهدف توفير توصيف شامل للمشهد المناعي وتقليل مخاطر التغاضي عن أي فئات مهمة. تمثل المجموعة 1 و Cluster2 و Cluster4 مستويات أعلى من النشاط المناعي ، والتي تتميز بأعداد عالية نسبيا لكل من الخلايا الليمفاوية والعدلات. تصور المجموعة 3 و Cluster5 و Cluster6 و Cluster9 فترة التذبذب المناعي ، والتي خضعت خلالها مجموعات الخلايا الليمفاوية بالفعل للقمع ، بينما قد تتقلب مستويات العدلات. تمثل المجموعة 8 حالة من انخفاض النشاط المناعي ، والتي قد تعكس إما تثبيط المناعة أو فترة من التعافي المناعي بعد حل العدوى. من المحتمل أن تمثل المجموعة 7 نسبة صغيرة من المرضى الذين يتعافون تدريجيا ويظهرون علامات تحسن في حالتهم المناعية.

تجدر الإشارة إلى أن استخدام مجموعات SOFM المتعددة يسمح بتمثيل أكثر دقة للحالات المناعية المتنوعة التي لوحظت في مرضى الإنتان. يهدف هذا النهج إلى التقاط مجموعة كاملة من الملامح المناعية وتقليل فرص فقدان أي فئات حرجة. ومع ذلك ، من خلال التحقق العملي ومزيد من التحليل ، من الممكن دمج المجموعات التي تمثل حالات مناعية متشابهة ، وتبسيط مخطط التصنيف مع الحفاظ على شموليته. تضمن عملية التنقية هذه أن تكون الحالات المناعية المحددة ذات مغزى بيولوجيا وذات صلة سريريا ، مما يوفر إطارا قويا لفهم ديناميكيات المناعة المعقدة في الإنتان.

يوضح الشكل 3 مسار الحالات المناعية لمريض الإنتان النموذجي الذي عانى من مسار معقد من خلل في التنظيم المناعي قبل أن يتحسن في النهاية. بدأت رحلة المريض في المجموعة 2 ، والتي تمثل حالة من النشاط المناعي المتزايد ، ثم تقدمت عبر حالات مناعية مختلفة ، بما في ذلك المجموعات 5 و 7 و 9 و 8. تعكس هذه التحولات التفاعل الديناميكي بين الجهاز المناعي للمريض ومسببات الأمراض الغازية ، مع فترات من التذبذب والكبت المناعي الواضح.

والجدير بالذكر أن درجة تقييم فشل الأعضاء المتسلسل للمريض (SOFA) قد بدأت بالفعل في التحسن ، حيث انخفضت من القيمة الأولية 7 إلى 2 ، قبل دخول المريض إلى المجموعة 7. يشير هذا إلى أن الجهاز المناعي للمريض قد أحرز تقدما كبيرا في التخلص من العدوى ، وقد يمثل الانتقال اللاحق إلى المجموعة 7 فترة من التعافي المناعي بدلا من الإرهاق المناعي الكامل.

بعد المرور عبر المجموعة 8 ، تقدمت الحالة المناعية للمريض تدريجيا نحو المجموعة 7 ، والتي ترتبط بمظهر مناعي أكثر صحة. تميزت مرحلة التعافي هذه بزيادة في عدد العدلات والخلايا الليمفاوية ، مع اقتراب القيم من تلك التي لوحظت في الأفراد الأصحاء.

في الممارسة السريرية ، يظهر المرضى عموما مسارات تذبذب مناعي مشابهة للخط الأحمر النموذجي الموضح في الشكل 3. عندما يتأرجح المسار في المجموعات 3 و 5 و 6 و 9 ، والتي تكون بعيدة عن مركز العينات السليمة ، تتدهور حالة المريض. عندما يعود مسار المريض إلى المجموعتين 7 و 8 ، الأقرب إلى مركز العينات الصحية ، تتحسن الحالة ، ويستعيد بعض المرضى حالتهم الصحية. لوحظت المجموعات 1 و 2 و 4 بشكل شائع في المراحل المبكرة من المرض ، والتي تتميز بزيادة النشاط المناعي. توفر هذه الأنماط من تحولات الحالة منظورا قائما على المناعة للتعرف المبكر وإدارة مسار المرض في الإنتان. من منظور إدارة حالة المريض ، من الواضح أنه مع توجه المرضى نحو المجموعة 6 ، تزداد حالتهم سوءا ، بينما يشير التقدم نحو الحالة الصحية إلى تحسن سريري.

يوفر هذا البروتوكول نهجا كميا لتقييم الحالات المناعية لدى مرضى الإنتان من خلال نموذج رياضي وتحليل تجميعي ، مما يتيح التعرف المبكر على الإنتان من خلال تصور الحالة المناعية المميز والمراقبة الدقيقة لتطور المرض من خلال تتبع المسار المناعي ، والذي يمكن أن يوجه اتخاذ القرارات السريرية واستراتيجيات العلاج الشخصية.

الشكل 1: مخطط مبعثر ثلاثي الأبعاد لخلايا الدم البيضاء والخلايا الليمفاوية والعدلات في عينات مرضى الإنتان. يوضح الشكل التوزيع المكاني لمؤشرات المناعة الرئيسية في مرضى الإنتان. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: حالات المناعة المختلفة في الإنتان. يوفر هذا الرقم تقديرا كميا دقيقا للحالات المناعية في الإنتان داخل المستوى ثلاثي الأبعاد الذي تمثله الصيغة 1. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: تصور مسار الحالة المناعية لمريض الإنتان الذي يخضع لتحسن سريري. يوضح الشكل مسار الحالات المناعية لمريض الإنتان النموذجي الذي عانى من مسار معقد من خلل في الجهاز المناعي قبل أن يتحسن في النهاية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تقدم هذه الدراسة نهجا لفهم حالة المناعة في الإنتان من خلال الاستفادة من تقنيات تصور البيانات المتقدمة والتعلم الآلي. من خلال الكشف عن العلاقة الرياضية بين مجموعات الخلايا المناعية الرئيسية وتحديد الحالات المناعية المميزة ، تقدم الدراسة منظورا جديدا حول ديناميكيات المناعة المعقدة في الإنتان وتساهم في تطوير استراتيجيات تشخيصية وعلاجية أكثر فعالية^11،12. تشمل النتائج الرئيسية اكتشاف علاقة رياضية (القسم 3) تقيد مجموعات الخلايا المناعية هذه داخل مساحة ثلاثية الأبعاد (WBC = 1.098 × العدلات + 1.046 × الخلايا الليمفاوية + 0.1645) وتحديد تسع حالات مناعية متميزة (القسم 4) باستخدام خرائط الميزات ذاتية التنظيم (SOFM). توفر هذه النتائج إطارا كميا لتقييم الحالة المناعية لمرضى الإنتان وتقدم طريقة محتملة لفرز مرضى الإنتان المبكر¹³.

يجمع هذا البحث المقدم هنا بين تقنيات تصور البيانات والتعلم الآلي للكشف عن الأنماط والعلاقات الخفية في البيانات المناعية عالية الأبعاد في الإنتان. من خلال تجاوز التحليلات التقليدية أحادية المتغير وثنائية المتغير ، تلتقط هذه الدراسة التفاعل المعقد بين المعلمات المناعية المتعددة وتوفر فهما أكثر شمولا للاستجابة المناعية (مجموعات مختلفة في الشكل 2) في الإنتان. قد يضع تحديد الحالات المناعية المتميزة باستخدام SOFM¹⁰ الأساس للبحث المستقبلي حول مناهج العلاج المناعي الشخصية المصممة خصيصا للملامح المناعية المحددة للمرضى الأفراد.

ستكون الدراسات المستقبلية مع مجموعات أكبر وأكثر تنوعا ضرورية لمزيد من التحقق من صحة النتائج المعروضة هنا وتحسينها. بالإضافة إلى ذلك ، لا يزال يتعين استكشاف العلاقة بين الحالات المناعية المحددة والعلامات الكيميائية الحيوية الأخرى ذات الصلة سريريا ، مثل البروكالسيتونين (PCT) والبروتين التفاعلي C (CRP) والإنترلوكين -6 (IL-6) ، بعمق^14،15. يمكن أن يوفر دمج هذه العلامات في التحليل فهما أكثر شمولا للاستجابة المناعية للالتهابات في الإنتان وارتباطها بالنتائج السريرية ، مما قد يعزز القوة التنبؤية والمنفعة السريرية للنهج المقترح. علاوة على ذلك ، يمكن للدراسات الطولية التي تتعقب ديناميكيات الحالات المناعية بمرور الوقت لدى المرضى الفرديين أن تقدم رؤى قيمة حول مسار الإنتان وإبلاغ استراتيجيات العلاج الشخصية.

من ناحية أخرى ، توضح طريقة التصور ثلاثية الأبعاد المعروضة في الشكل 1 تمييزا صارخا بين الحالات المناعية لمرضى الإنتان والضوابط الصحية ، مما يوفر منظورا مناعيا كميا جديدا للتعرف المبكر السريع على الإنتان. من ناحية أخرى ، تقدم مناقشة المسارات المناعية النموذجية للمريض الموضحة في الشكل 3 نهجا جديدا لإدارة حالة المريض ، حيث تقدم طريقة كمية لمراقبة وإدارة تطور المرض.

تمتد أهمية الطريقة المقترحة في هذه الدراسة وتطبيقاتها المحتملة إلى ما هو أبعد من السياق المحدد للتعفن الدموي. القدرة على تحديد حالات المرض بدقة باستخدام الأساليب المستندة إلى البيانات لديها القدرة على أن تصبح نقلة نوعية في البحث السريري ، مع آثار عميقة على الطب^{الشخصي 16}. على سبيل المثال ، يمكن أن يوفر تتبع الحالات المناعية لمرضى الإنتان تقييما واضحا لمراحل معركة المريض ضد العدوى ، وهو أمر بالغ الأهمية لتقييم التشخيص وتحسين خطط العلاج. من خلال الاستفادة من قوة تصور البيانات والتعلم الآلي ، يمكن للباحثين الكشف عن رؤى جديدة حول الفيزيولوجيا المرضية للأمراض المعقدة وتطوير استراتيجيات تشخيصية وعلاجية أكثر استهدافا¹⁷.

للبناء على نتائج هذه الدراسة ، يمكن تصور العديد من الاتجاهات المستقبلية. أولا ، ستكون زيادة حجم العينة وتنوعها لمرضى الإنتان أمرا بالغ الأهمية للتحقق من صحة العلاقة الرياضية والحالات المناعية المحددة هنا وتحسينها. وسيتطلب ذلك التعاون بين مراكز متعددة ووضع بروتوكولات موحدة لجمع البيانات وتحليلها. ثانيا ، يمكن أن يوفر استكشاف العلاقة بين الحالات المناعية المحددة والعلامات الكيميائية الحيوية الأخرى ، مثل معاهدة التعاون بشأن البراءات و CRP و IL-6 ، فهما أكثر شمولا للاستجابة المناعية للالتهابات في الإنتان¹⁸. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يساعد التحقيق في العلاقات المعقدة غير الخطية بين الحالات المناعية ، والخلل الوظيفي للأعضاء (كما تم قياسه بواسطة درجات SOFA) ، وعلامات شدة العدوى في توضيح المسارات المختلفة التي يتطور من خلالها المرضى المختلفون من العدوى إلى فشل الأعضاء. من خلال دمج مؤشرات شدة العدوى هذه مع نهج قياس الحالة المناعية لدينا ، يمكن للأبحاث المستقبلية أن تعزز فهمنا لأنماط تطور المرض ، مما قد يؤدي إلى استراتيجيات علاج أكثر دقة وتخصيصا تأخذ في الاعتبار شدة العدوى والحالة المناعية للمرضى الأفراد. أخيرا ، يمكن توسيع نهج البحث المقترح في هذه الدراسة ليشمل سيناريوهات طبية أخرى ، مثل أمراض المناعة الذاتية والسرطان والزرع ، حيث يمكن أن يكون للقياس الكمي الدقيق لحالات المرض آثار سريرية كبيرة.

في الختام ، تقدم هذه الدراسة نهجا لفهم حالة المناعة في الإنتان من خلال الاستفادة من تصور البيانات المتقدمة وتقنيات التعلم الآلي. من خلال الكشف عن العلاقة الرياضية بين مجموعات الخلايا المناعية الرئيسية وتحديد الحالات المناعية المميزة ، تقدم هذه الدراسة منظورا جديدا للحالة المناعية المعقدة في الإنتان. يجب معالجة قيود الدراسة ، مثل حجم العينة والحاجة إلى مزيد من الاستكشاف للعلاقة بين الحالات المناعية والعلامات الكيميائية الحيوية الأخرى ، في البحث المستقبلي. تسلط التطبيقات المحتملة للطريقة في مجالات بحثية محددة ، مثل الطب الشخصي ، والاتجاهات المستقبلية ، بما في ذلك زيادة حجم العينة وتوسيع النهج لسيناريوهات طبية أخرى ، الضوء على أهمية ووعد هذا النوع من البحث.

تم تطوير أداة البرنامج الخاصة بقطع مخططات التشتت الاحتمالية للحالات المناعية V1.0 ومملوكة لشركة Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co.، Ltd. تحتفظ الشركة بجميع حقوق الملكية الفكرية لهذا البرنامج. يعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.

تلقت هذه الدراسة دعما من مصدرين: الدفعة السابعة من مشروع وراثة التلمذة الرئيسية الذي نظمته الإدارة الوطنية للطب الصيني التقليدي في الصين (رقم المشروع: [2021] رقم 272) ومشروع تعزيز القدرة البحثية في الطب الصيني لعام 2024 لمستشفى الطب الصيني على مستوى البلدية (SZY-NLTL-2024-003) من إدارة مقاطعة شنشي للطب الصيني التقليدي.