Запах болезни: как человеческое обоняние распознает инфекцию

Человеческий запах как первая линия защиты от болезней

Люди могут иметь различный запах тела, когда они больны по сравнению со здоровым состоянием. В литературе по животным было показано, что обонятельные сигналы предсказывают избегание больных особей. Мы проверили, может ли просто экспериментальная активация врожденной иммунной системы у здоровых людей сделать запах тела человека воспринимаемым как более отталкивающий (интенсивный, неприятный и вызывающий отвращение). После инъекции эндотоксина (липополисахарид; 0,6 нг/кг), который создает временное системное воспаление, люди пахли более неприятно по сравнению с группой плацебо (инъекция физиологического раствора). Поведенческий и химический анализы образцов запаха тела позволяют предположить, что летучие компоненты образцов от "больных" людей изменились качественно, а не количественно. Наши результаты подтверждают гипотезу о том, что запаховые сигналы воспаления в подмышечном поте обнаруживаются уже через несколько часов после экспериментальной активации врожденной иммунной системы. Как таковые, они могут вызывать поведенческое избегание, составляя thus первую линию защиты от патогенов инфицированных сородичей.

Введение

Поведение, arguably, является первой линией защиты от инфекции во всех царствах животных, предотвращая или уменьшая встречу с паразитами путем избегания зараженных особей, и, вероятно, является наиболее экономически эффективной защитой. Ключевым компонентом такой поведенческой защиты, часто называемой поведенческой иммунной системой, является реактивное избегание зараженных особей. Хотя сигналы болезни могут быть разного рода, ряд исследований теперь указывает на то, что нездоровые животные могут издавать обонятельный сигнал, приводящий к избеганию со стороны сородичей.

Одно влиятельное экспериментальное направление исследований сделало крыс больными путем инъекции им эндотоксина - липополисахарида (ЛПС). ЛПС активирует врожденную иммунную систему, resulting in воспалительной реакции. Эти особи и их моча tend to быть избегаемы другими крысами. Два исследования suggested, что участники-люди также смогут обнаружить по запаху тела системную иммунную активацию после воздействия ЛПС. Параллельно с этими наблюдениями несколько исследований визуальных сигналов болезни также указывают на то, что subtle визуальные признаки заболевания evident вскоре после активации иммунной системы.

Более recently, мы demonstrated, что люди способны извлекать мультисенсорные сигналы болезни из combined визуальных и обонятельных сигналов, которые interact to elicit superadditive активации болезни в мозге и что лица, сопровождаемые больными запахами тела, less liked.

Методология исследования

Участники и сбор образцов

Пятьдесят здоровых добровольцев были набраны из университетского кампуса для сдачи запаха тела в одном из двух условий (23 мужчины и 27 женщин, средний возраст 28,80 лет; SD = 7,20). Для включения доноры должны были быть в возрасте 18–50 лет, правшами, не принимать лекарства (за исключением небарьерных контрацептивов для женщин-участниц), не курить и не иметь истории злоупотребления наркотиками, хронической боли или психических расстройств.

Доноры принимали участие в одном сеансе, всегда примерно в 10 утра, во время которого они получали инъекции либо ЛПС, либо физиологического раствора. Двадцать девять (16 женщин) доноров были внутривенно injected с 0,6 нг/кг ЛПС (E. Coli, Lot nr G3E0609, United States Pharmacopeia Rockville, MD), и 21 (11 женщин) доноров были injected с физиологическим раствором; все в двойном слепом процедуре и сбалансированном порядке.

Запахи тела отбирались с использованием плотных футболок (American Apparel, London, UK; type BB301, 50% хлопка, 50% полиэстера), которые надевались непосредственно после инъекции и возвращались experimenter в конце сессии и помещались в морозильную камеру (−20 °C). Доноры следовали диетическим restrictions за 12 ч до участия и были проинструктированы спать 8 ч между 23.00 ± 30 мин до 07.00 ± 30 мин ночью перед участием и избегать острой пищи и алкоголя, а также ароматизированных продуктов (таких как лосьоны и духи) за день до и во время сессии.

Химический анализ

Химические анализы запаха тела проводились для оценки относительной abundance потенциально пахнущих (т.е. летучих) соединений с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС). От каждого донора два куска футболки (каждый onesixth sliver овала 11 × 14 см, вырезанного из области левой и правой подмышек) помещались в 20-миллилитровые sample vials и подвергались headspace анализу с использованием анализатора динамического заголовочного пространства HT3 (Teledyne Tekmar, Mason, OH, USA), оснащенного ловушкой Supelco Trap K Vocarb 3000 (SigmaAldrich Co., St. Louis, MO, USA).

Поведенческая оценка запаха тела

Восприятие запаха тела оценивалось в эксперименте в Каролинском институте, Стокгольм, Швеция. Шестьдесят девять здоровых участников (средний возраст = 25,5; 38 женщин) были набраны для участия в эксперименте по оценке запаха тела. Критерии включения: некурящие, self-reported хорошее здоровье и self-reported функциональное обоняние.

Результаты исследования

Воспалительные реакции в зависимости от лечения

Уровни цитокинов в плазме крови до инъекции, через 1,5, 3,5 и 5 ч после инъекции от доноров ЛПС и плацебо были рассчитаны. Эффекты воздействия ЛПС на уровни цитокинов анализировались как площадь под кривой (AUC). Групповые функции для каждого лечения (AUC в зависимости от времени) для всех цитокинов достигли пика в течение периода отбора проб, обычно между 1,5 и 3 ч.

Эффекты лечения были значительными, как показали дисперсионные анализы: IL10, F(1, 49) = 9,72, p = 0,003; TNFα, F(1, 49) = 21,18, p < 0,001; IL6, F(1, 49) = 19,45, p < 0,001; и IL8, F(1, 49) = 14,79, p < 0,001. Таким образом, концентрация цитокинов после лечения ЛПС была considerably выше, чем после лечения плацебо.

Более того, tympanic температура также увеличилась больше в группе ЛПС (в среднем 0,32 ± 3,2 °C) по сравнению с группой плацебо (в среднем 0,02 ± 1,0 °C, p = 0,03).

Восприятие запаха тела

Запах тела ЛПС пах более неприятно, чем обработанный плацебо, Cohen’s d = 0,277, t(47,929) = 1,716, p = 0,047. Хотя эффект лечения ЛПС был nominally в предполагаемом направлении для интенсивности, d = 0,262, t(47,909) = 1,459, p = 0,075, и для отвращения, d = 0,243, t(47,891) = 2,025, P = 0,068, ни один из них не был значительным.

Как и в предыдущем исследовании, мы снова протестировали качественное, основанное на лечении изменение запаха тела, которое не зависело от увеличения интенсивности. Анализ эффектов лечения на оценки приятности при корректировке на эффекты увеличения интенсивности, основанные на лечении, yielded значительное decrease, d = 0,101, t(47,929) = 2,066, p < 0,011.

Химический состав запаха тела

Анализы ГХ-МС generated в общей сложности 36 пиков, которые можно было potentially отнести к запаху тела. Пять из этих соединений значительно differed между образцами ЛПС и плацебо. Один компонент, 6-метил-5-гептен-2-он, endogenous для организма как у людей, так и у животных, был значительно выше после correction для множественного testing в образцах ЛПС по сравнению с образцами плацебо (F1,47 = 13,12, p = 0,0007).

Обсуждение результатов

Это исследование examined, может ли воспалительная реакция lower-grade systemic inflammation вызвать decrease приятности запаха тела, independent of любого общего изменения abundance летучих веществ запаха тела. В соответствии с этой целью, люди, которые получили инъекцию ЛПС 0,6 нг/кг, имели значительно different уровни маркеров, related to воспалению, relative to людей, которые получили инъекцию физиологического раствора — indicating успешную экспериментальную активацию врожденной иммунной системы и индукцию субъективного заболевания.

Кроме того, в соответствии с нашими ожиданиями и предыдущими исследованиями, люди, которые получили инъекцию ЛПС, имели более неприятные запахи тела, чем люди в условиях плацебо (инъекция физиологического раствора). Более того, изменение приятности запаха после инъекции ЛПС, вероятно, обусловлено химическим составом запаха тела, а не uniform увеличениями или уменьшениями chemical abundance.

Оценки интенсивности и приятности неприятных запахов strongly correlated. Однако, adjusting для эффектов интенсивности на приятность, мы previously demonstrated, что лечение ЛПС decreases оценки приятности запаха тела, independent of его эффектов на интенсивность. Это также можно replicated здесь.

Значение и перспективы исследований

Центральный принцип поведенческой защиты от болезней заключается в том, что обнаружение болезни у сородича может изменить модели социального взаимодействия, either to избежать больного человека entirely or to вызвать поведения, которые minimize риск заражения. Статистическое моделирование моделей социального взаимодействия indicates, что даже minor изменения в межличностных контактах могут иметь большие эффекты сдерживания болезней.

Чтобы позволить поведенческой иммунной системе реагировать, however, неявное claim состоит в том, что сенсорные сигналы болезни у других могут быть обнаружены. Как отмечалось, прошлые исследования demonstrated, что участники экспериментальных исследований могут идентифицировать сенсорные сигналы ранней активации врожденной иммунной системы с помощью нескольких визуальных сигналов, таких как окраска кожи, pattern походки и черты лица.

Интересно, что несколько исследований indicate, что не только сигналы болезни могут быть обнаружены и possibly lead to избеганию, но они также могут активировать иммунную систему в том, что может быть preparatory ответом. В целом, эти предыдущие findings и настоящие результаты поддерживают emerging notion, что существует поведенческая защита, которая promotes избегание и даже interacts с белыми кровяными клетками для защиты людей от заражения.

Заключение

Наши результаты suggest, что системная воспалительная реакция делает запахи тела более неприятными, чем those, собранные от здоровых участников, и что этот эффект, по-видимому, не relies на общем изменении abundance летучих веществ запаха тела. Взятые together, эти findings constitute прямое replication исследования Олссона и др., и концептуальное репликация исследования Гордона и др., и оказывают further поддержку notion, что люди, like их животные counterparts, способны обнаруживать химические сигналы болезни, необходимый компонент поведенческой защиты от болезни.

Остается to be экспериментально assessed, приведут ли эти эффекты к изменениям в overt поведении, таком как избегание.