Global carbohydrate metabolism is increased and beta hydroxybutyrate decreased in sepsis vulnerable children compared to sepsis tolerant children; a cohort study
यह कोहोर्ट अध्ययन प्रकट करता है कि सेप्सिस-संवेदनशील बच्चों (PedSep D) में सहनशील बच्चों की तुलना में कार्बोहाइड्रेट चयापचय में वृद्धि और बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटिरेट के स्तर में कमी देखी गई है, जो यह सुझाव देता है कि कम-कार्बोहाइड्रेट कीटोजेनिक पोषण इस उच्च-जोखिम वाले समूह में चयापचय सुप्तावस्था (metabolic dormancy) को बहाल कर सकता है और परिणामों में सुधार कर सकता है।
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जब शरीर एक गंभीर संक्रमण से लड़ता है, तो उसे एक गहरे आंतरिक संकट का सामना करना पड़ता है। प्रतिरक्षा प्रणाली को हमलावरों का पीछा करने के लिए भारी ऊर्जा जुटाने की आवश्यकता होती है, लेकिन लड़ने की यह प्रक्रिया स्वयं शरीर के अंगों को नुकसान पहुँचा सकती है। वैज्ञानिकों को लंबे समय से संदेह रहा है कि रोगी की कोशिकाएं ईंधन को कैसे संसाधित करती हैं, यह इस बात में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है कि वे इस लड़ाई में जीवित रहते हैं या नहीं। एक स्वस्थ अवस्था में, शरीर ऊर्जा के लिए चीनी जलाने और वसा जलाने के बीच स्विच कर सकता है। हालाँकि, सेप्सिस (sepsis) नामक एक गंभीर संक्रमण के दौरान, यह प्रणाली अक्सर टूट जाती है। कुछ रोगी इस चयापचय संबंधी अराजकता (metabolic chaos) को प्रबंधित कर लेते हैं, जिससे उनके अंग सुरक्षित रहते हैं, जबकि अन्य विफलता की ओर बढ़ जाते हैं। अंतर केवल संक्रमण की तीव्रता के बारे में नहीं हो सकता, बल्कि इस बारे में हो सकता है कि रोगी की कोशिकाएं ईंधन जलाने का निर्णय कैसे लेती हैं।
पिట్స్बर्ग स्कूल ऑफ मेडिसिन के रूथ ए. कार्सिलो और जोसेफ ए. कार्सिलो के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम इस चयापचय विभाजन (metabolic split) को समझने के लिए आगे बढ़ी। उन्होंने पूरे संयुक्त राज्य अमेरिका में आईसीयू में भर्ती हुए बच्चों के 375 रक्त नमूनों का अध्ययन किया जो सेप्सिस से पीड़ित थे। इन बच्चों को पहले उनके नैदानिक लक्षणों और संक्रमण के प्रति उनके शरीर की प्रतिक्रिया के आधार पर चार अलग-अलग श्रेणियों में वर्गीकृत किया गया था। एक समूह, जिसे PedSep A कहा गया, अपेक्षाकृत सहनशील (tolerant) था, जिसमें मृत्यु दर बहुत कम यानी 2 प्रतिशत थी। दूसरा समूह, PedSep D, अत्यधिक संवेदनशील था, जिसमें मृत्यु दर 34 प्रतिशत थी। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या इन दो समूहों का रक्त रसायन इतने अलग परिणामों का कोई छिपा हुआ कारण प्रकट करता है।
टीम ने बच्चों के रक्त में मौजूद मेटाबोलाइट्स (metabolites) का विश्लेषण किया, जो वे छोटे अणु हैं जो शरीर द्वारा भोजन और ईंधन को तोड़ने के बाद पीछे रह जाते हैं। उन्होंने विशेष रूप से इस बात पर ध्यान केंद्रित किया कि बच्चे कार्बोहाइड्रेट, जैसे कि चीनी, और बीटा हाइड्रोक्सीब्यूटिरेट (beta hydroxybutyrate) नामक एक विशिष्ट वसा-व्युत्पन्न ईंधन को कैसे संभाल रहे हैं। सहनशील बच्चों में, चयापचय प्रोफाइल अपेक्षाकृत स्थिर दिखाई दिया। हालाँकि, सबसे संवेदनशील बच्चों में, शोधकर्ताओं ने एक स्पष्ट और खतरनाक पैटर्न पाया। इन बच्चों में कार्बोहाइड्रेट चयापचय में भारी उछाल देखा गया, जिसका अर्थ है कि उनके शरीर पागलों की तरह चीनी जला रहे थे। साथ ही, बीटा हाइड्रोक्सीब्यूटिरेट का उनका स्तर खतरनाक रूप से कम था।
यह संयोजन एक विशिष्ट प्रकार की चयापचय विफलता का सुझाव देता है। सामान्यतः, जब शरीर तनाव या भुखमरी की स्थिति में होता है, तो वह अंगों की रक्षा करने और प्रतिरक्षा प्रणाली को शांत करने के लिए बीटा हाइड्रोक्सीब्यूटिरेट का उत्पादन करता है। संवेदनशील बच्चों में, शरीर यह स्विच करने में असमर्थ प्रतीत हुआ। खुद को आराम देने और सुरक्षित करने के बजाय, प्रतिरक्षा कोशिकाएं उच्च-गति वाले शुगर-बर्निंग मोड में फंस गई थीं। यह प्रक्रिया, जिसे एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस (aerobic glycolysis) के रूप में जाना जाता है, प्रतिरक्षा हमले के लिए आवश्यक तीव्र ऊर्जा तो उत्पन्न करती है, लेकिन साथ ही विषाक्त उपोत्पाद (byproducts) भी पैदा करती है और वसा-आधारित ईंधन के सुरक्षात्मक लाभ प्रदान करने में विफल रहती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह विशिष्ट चयापचय हस्ताक्षर—उच्च चीनी जलाने के साथ कम सुरक्षात्मक वसा ईंधन—सीधे तौर पर बच्चों की मृत्यु के जोखिम से जुड़ा था।
अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि यह चयापचय समस्या सभी बीमार बच्चों में समान नहीं थी। मध्यम जोखिम वाले समूह में चयापचय संबंधी कुछ समस्याएं देखी गईं, जैसे कि कुछ अमीनो एसिड को संसाधित करने में समस्या, लेकिन उनमें सबसे संवेदनशील समूह जैसा अत्यधिक शुगर-बर्निंग और कम-ईंधन वाला प्रोफाइल नहीं था। यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि यह सुझाव देता है कि सभी सेप्सिस रोगियों के लिए एक ही उपचार काम नहीं कर सकता है। सबसे संवेदनशील समूह के बच्चे अनिवार्य रूप से एक चयापचय चक्र (metabolic loop) में फंसे हुए थे जो उनके शरीर को खुद की रक्षा करने से रोकता था।
शोधकर्ताओं ने बच्चों के परिणामों और इन रासायनिक परिवर्तनों के बीच संबंधों का पता लगाने के लिए उन्नत कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग किया। उनके विश्लेषण ने संकेत दिया कि चीनी जलाने का उछाल न केवल बीमारी का एक दुष्प्रभाव था, बल्कि सुरक्षात्मक ईंधन के उत्पादन में विफलता और अंततः मृत्यु का एक सीधा कारण भी था। डेटा बताता है कि शरीर का चीनी से वसा चयापचय में स्विच करने में असमर्थता, उन उच्च-जोखिम वाले बच्चों में देखे जाने वाले अंग विफलता का एक प्राथमिक चालक है।
ये निष्कर्ष बीमार रोगियों के इलाज के बारे में सोचने का एक नया तरीका प्रदान करते हैं। यदि समस्या एक अति-सक्रिय शुगर-बर्निंग सिस्टम है जो सुरक्षात्मक वसा-बर्निंग मोड में स्विच करने से इनकार करता है, तो समाधान ईंधन की आपूर्ति को बदलने में हो सकता है। लेखक प्रस्ताव करते हैं कि नैदानिक परीक्षण (clinical trials) यह परीक्षण कर सकते हैं कि क्या इन संवेदनशील बच्चों को कार्बोहाइड्रेट में कम और वसा में उच्च आहार, जिसे कीटोजेनिक डाइट (ketogenic diet) कहा जाता है, खिलाने से उनके शरीर को वापस एक सुरक्षित चयापचय अवस्था में स्विच करने के लिए मजबूर किया जा सकता है। चीनी की उपलब्धता को कम करके, ऐसा आहार विषाक्त सूजन को कम कर सकता है और शरीर को उस सुरक्षात्मक बीटा हाइड्रोक्सीब्यूटिरेट को उत्पन्न करने की अनुमति दे सकता है जिसकी उसे जीवित रहने के लिए आवश्यकता है। हालांकि यह एक परिकल्पना है जिसे परीक्षण की आवश्यकता है, अध्ययन एक स्पष्ट जैविक मानचित्र प्रदान करता है जो ठीक उसी स्थान को दर्शाता है जहाँ बच्चों में सेप्सिस के दौरान विफलता होती है।
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