这是导致死亡的主要原因，但没有人确切知道它是如何以及为什么发生的。这是医疗费用的主要来源，使数百万人的住院时间增加了数天或数周，并失去了工作时间。但没有人完全知道如何最好地对抗它。
“它”是血液中的细菌感染，也被称为菌血症，是一种非常严重的疾病——败血症的主要组成部分。
这种感染对一些人来说是致命的，尤其是癌症患者和其他免疫系统较弱的人，而对另一些人来说则很容易治疗。虽然它对美国人的影响是乳腺癌的十倍，但它并没有引起公众的太多关注。医院每天都在努力预防和治疗它，但往往是徒劳的。
现在，密歇根大学的一个研究小组和他们的同事正在从最基本的层面解决这个问题，希望找到新的更有效的方法来治疗菌血症和败血症。
在发表于《休克》杂志11月刊的一篇研究论文中，以及最近发表在《数学生物学公报》和《学术急诊医学》杂志上的论文中，该团队描述了新的基于计算机的血液感染模型，这可能有助于指导新治疗方法的发展。
这些模型使用了复杂的数学技术，但已经在小鼠和工程血流模型的实验室实验中得到了验证。
新的发现比以往任何时候都提供了更多的信息，关于细菌如何在人体血管内活动，以及它们如何从血液中过滤出来，进入免疫系统可以攻击和杀死它们的器官。
现在，这个关于菌血症如何在快速流动的“真实世界”血液中发生的模型——而不是在平静的培养皿或试管中——可以用于研究如何最好地对抗或预防血液中的细菌。
约翰·杨格，医学博士，医学硕士，密歇根大学医学院急诊医学副教授，领导着这个团队，其中包括在医学，数学和化学工程方面受过训练的成员。他说，该团队的模型显示，细菌血液感染可以被认为是在繁忙的交通中高速追赶的警察。
他解释说:“这些细菌的直径都只有一微米，也就是千分之一毫米，它们的移动速度和血液中的其他细胞一样快，最高可达每秒3英尺。”“白细胞是身体的警察，它们被困在同一流中，无法在快速移动的车流中‘变道’来捕获和杀死它们。”
他说，这意味着细菌在被抓住之前必须粘在血管壁上。它们最有可能在我们器官或四肢的小血管或毛细血管中发生这种情况。
自从抗生素药物在20世纪中期被开发出来以来，它一直是治疗这些疾病的标准药物。但由于普通细菌已经进化到可以逃避这些药物，抗生素对血液感染的效果越来越差。
因此，对菌血症和败血症的更好治疗可能包括帮助身体将细菌从血液中过滤出来并进入这些区域的策略。
在发表在《休克》杂志上的论文中，杨格和他的团队描述了他们的血液和器官细菌感染的新模型，他们通过小鼠实验验证了这一模型。
该模型结合了血管的生理学，血液的流体动力学，以及细菌如何在血液和器官之间繁殖和移动的数学模型。它还使研究人员能够更好地了解不同的情况——包括免疫力低下的状态，比如癌症患者可能经历的状态，以及在对抗严重血液感染的患者中经常看到的高于正常的血流量。
“血液感染通常是从身体局部开始的感染，比如膀胱、肺或皮肤。但是，导致这些感染的细菌设法摆脱通常的局部防御，进入血液，使它们有机会去任何它们想去的地方，”扬格解释说。“一旦进入血液，它们就可以传播到远处的器官;它们可以传播到肺部;它们可以到达心脏。他们基本上是‘从马厩里出来的马’。”
在创建模型的同时，研究人员通过观察它与现实生活中的小鼠感染的匹配程度来测试它。他们使用经过修饰的细菌发出微弱的光信号，可以从体外检测到，其他细菌可以通过血液测试检测到，他们可以看到细菌在感染的不同阶段集中在体内的哪里，以及它们被杀死和从体内清除的速度有多快。
肝、肺和脾的浓度最高，肺似乎具有最有效的杀菌系统。
一些老鼠被注射了一种经常用于癌症患者的化疗药物——一种杀死白细胞的药物。癌症患者和重症监护病房的患者尤其容易发生血液感染，这不仅是因为他们的免疫系统较弱，还因为他们经常有长期的静脉导管，这使得药物可以直接进入血液。
虽然这可以帮助患者避免反复的静脉注射，但它也给细菌提供了一个直接进入血液的容易途径。
事实上，接受化疗药物和注射细菌的老鼠都死于失控的细菌感染，而没有接受药物的老鼠则能够清除血液中的感染。该模型成功地显示了相同的结果。
导尿管引起的血流感染的一个重要部分是表面细菌的聚集——这在每年导致数千例感染的导尿管中也可以看到。但是血液本身发生的结块也很重要，因为它可能会使细菌更容易受到免疫系统的反应。
发表在《数学生物学公报》上的这篇论文描述了这一过程的一个模型——被称为絮凝——并为进一步研究可能加速絮凝或使絮凝更稳定的处理方法奠定了基础。反过来，这可能会帮助身体更有效地抵抗感染。
在他们的模型产生可能影响人类治疗的结果之前，Younger和他的团队还有更多的研究要做。但是，他们已经看到了改进模型的潜力，并利用它们来模拟人类菌血症和败血症的不同方面。
他说:“我们正试图了解细菌在血液中流动的规律，如果你了解了这些活动的时间，你可能就能更好地了解如何在血液感染出现时最好地检测到它。”“我们也在研究从根本上改变细菌和宿主之间交战规则的方法。在将这些细菌排出血液方面，有一些机械特性在起作用。如果我们能改变这种相互作用的机制，那么我们就有可能找到一种细菌没有机会抵抗或产生抗药性的治疗方法。这可能是一种有用的治疗方法。”
这项研究由美国国立卫生研究院和密歇根大学计算医学和生物学中心资助。
http://www.med.umich.edu/
