Atopische Dermatitis: Mathematik könnte beim Krankheitsmanagement helfen

Ein mathematisches Modell der nicht linearen Dynamik zeigt, wie sich minimale Wirkstoffdosen bei Atopischer Dermatitis präzise bestimmen lassen und welche Konsequenzen sich für Schubkontrolle und Remissionserhalt ergeben.

​Ein Forscherteam der Pusan National University in Busan (Südkorea) und der Arizona State University in Tempe (USA) nutzte die Prinzipien der nicht linearen Dynamik, um die minimale Medikamentendosis zu berechnen, die zur Behandlung der Atopischen Dermatitis erforderlich ist. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift „Chaos“ veröffentlicht.

Chronische Erkrankung als nicht lineares System

Die nicht lineare Dynamik befasst sich mit veränderlichen Systemen, bei denen die Beziehungen zwischen Variablen nicht proportional sind. In einem nicht linearen System kann eine kleine Veränderung an einer Stelle zu einer sehr großen Veränderung an anderer Stelle führen, was umgangssprachlich als Schmetterlingseffekt bezeichnet wird. Das macht nicht lineare Systeme schwer vorhersagbar und anspruchsvoll zu untersuchen.

​„Viele chronische Erkrankungen lassen sich als nicht lineare dynamische Systeme interpretieren, die in der Nähe kritischer Schwellenwerte operieren, wobei kleine physiologische Veränderungen zu qualitativ unterschiedlichen Verläufen führen können“, sagt der Autor Yoseb Kang.

Remission und Stabilität mit minimaler Intervention

​Die Forschenden nutzten ihr Verständnis der nicht linearen Dynamik, um zu untersuchen, warum Schübe bei Atopischer Dermatitis auftreten und wie sich die Behandlungsergebnisse verbessern lassen. Anstatt nur die Krankheitsentwicklung zu beschreiben, wollten sie die minimale Intervention bestimmen, die erforderlich ist, um das System gezielt aus einem chronischen Zustand in die Remission zu überführen und dann stabil zu halten.

​Das Forscherduo teilte seinen mathematischen Ansatz in zwei Regime ein: Im ersten besteht das Behandlungsziel darin, einen aktiven Schub zu unterdrücken. Das zweite Regime ist eine langfristige Strategie, um das Ekzem in Remission zu halten und zukünftige Schübe zu verhindern. In beiden Behandlungsphasen verwenden die Patienten Medikamente zur Kontrolle der Erkrankung. Die erforderliche Medikamentenmenge wird durch die Hautpermeabilität und die Immunantwort des Patienten bestimmt.

​Die Forschenden fanden jedoch heraus, dass sich die Details zwischen den beiden Regimen drastisch unterscheiden. In der ersten Phase skaliert die erforderliche Medikamentenmenge proportional und vorhersagbar mit Permeabilität und Immunantwort. In der zweiten Phase ist der Zusammenhang dagegen hochgradig nicht linear.

Mehr Klarheit durch patientenspezifische Merkmale

​„In diesem Regime können relativ geringe physiologische Veränderungen den Erhaltungsaufwand erheblich erhöhen“, sagt Kang. Wenn Behandlungsergebnisse nicht nur an die Medikamentendosis, sondern auch an patientenspezifische Merkmale gekoppelt werden, kann dies für Patienten und Behandler mehr Klarheit schaffen. Die Vorhersagekraft dieser Analyse könnte dazu beitragen, geeignete Behandlungspläne zu identifizieren.

„Dieser Rahmen kann erklären, warum manche Patienten eine frühe intensive Therapie benötigen und warum die Aufrechterhaltung der Remission trotz sichtbarer Besserung mitunter eine anhaltende Anstrengung erfordert“, so Kang. „Langfristig könnten, wenn Messgrößen der Barrierefunktion oder Immunmarker in Modelle integriert werden, die Behandlungsintensität präziser an den physiologischen Zustand des Patienten angepasst werden.“ (ins)