Mitäs jos…? Mallinnuksen hyötyjä lääketieteessä

Sampsa Hautaniemi, systeemibiologian professori

Kun maailman ensimmäistä kaupallista ydinvoimalaitosta suunniteltiin 1950-luvulla Calder Hallissa Englannissa, insinööreillä oli ongelma. Koska kyseessä oli ensimmäinen ydinvoimalaitos, heillä ei ollut tietoa siitä, kuinka ydinreaktorin jäähdytyskierto pitäisi toteuttaa. Se kuitenkin tiedettiin, että huonosti käy, jos reaktorin jäähdytys ei ole riittävää.

Pienoismallin tai pilottilaitoksen rakentaminen ei ollut mahdollista, ja niinpä reaktorin jäähdytys päätettiin mallintaa matemaattisesti. Mallissa reaktori kuvattiin pallona ja polttoainesauvat tasaisesti palloon jakautuneena hienona hiekkana. Oikeassa elämässä sauvat ovat keskellä sylinterinmuotoista reaktoria, mutta 50-luvun tietokoneilla hiekkapallo oli parasta, mihin pystyttiin. Jäähdytyssimulaatioiden tuloksiin lisättiin turvavaraa, ja laitosta käynnisteltiin hieman nurkan takaa kurkkien vuonna 1956. Ja hyvinhän se toimi, Calder Hallin ydinvoimalaitos ajettiin alas vuonna 2003.

Matemaattinen mallinnus ja simulointi tuottavat tietoa tilanteissa, joissa ollaan ensimmäistä kertaa tai kokeellisen tutkimuksen tekeminen on eettisistä tai käytännön syistä mahdotonta. Lääketieteessä tällaisia ”Mitäs jos…?” -tilanteita riittää, ja matemaattista mallinnusta onkin käytetty lääketieteellisten kysymysten ratkaisuissa miltei 300 vuotta. Ensimmäisenä matemaattisena mallina lääketieteessä pidetään Daniel Bernoullin epidemiologista mallia rokottamisen hyödystä isorokkoa vastaan vuonna 1760. Tuohon aikaan isorokko oli endeeminen, ja Bernoullin malli ratkaisi silloisen polttavan kysymyksen: ”Onko heikennetyn isorokkorokotteen hyöty isompi kuin pieni riski kuolla rokotuksesta johtuvaan isorokkoon?”

Myös onkologiassa matemaattista mallinnusta on hyödynnetty pitkään. Esimerkiksi yleisesti sytostaattien annostuksessa käytössä olevan suurimman siedetyn annoksen (MTD) periaatteen teoreettinen pohja perustuu vuonna 1964 julkaistuun matemaattiseen malliin, jossa kasvaimen kasvu arvioidaan eksponentiaaliseksi ja tavoitteena on syöpäsolujen eradikointi. Tietenkään kasvain ei voi kasvaa eksponentiaalisesti kuin hetkellisesti, koska muuten parissa kuukaudessa universumissa olisi enemmän syöpäsoluja kuin atomeita. Epärealistisesta oletuksesta huolimatta MTD on ollut hyödyllinen useiden syöpien hoidossa, joskin nykyään mallinnuksen perusteella suositellaan muita vaihtoehtoja, kuten metronomista syövän hoitoa, jossa jatkuvilla pienillä annoksilla pyritään pitämään kasvaimen kasvu kurissa, tai adaptiivista hoitoa, jossa tavoitteena on hyödyntää syöpäsolujen välistä kilpailua ja estää lääkeresistenttien syöpäsolujen dominanssi.

Tällä hetkellä polttava kysymys on, mitä pitäisi tehdä COVID-19-tartuntojen vähentämiseksi ilman, että koko ihmiskunta pakenee takaisin luoliin. Päätöksentekijöillä on niukasti empiiristä tietoa siitä, mitä tällaisessa tilanteessa tulisi tehdä. Niinpä rajoitustoimia ehdottavista mielipiteistä ei ole ollut pulaa. Matemaattinen mallintaminen antaa mahdollisuuden arvioida rajoitustoimien vaikutuksia, ja mielestäni rajoitustoimien ehdottaminen ilman edes alkeellista arviota vaikutuksista on vastuutonta. Toki mallien tieteellinen taso vaihtelee suuresti, ja kannattaakin ensin kiinnittää huomiota siihen, mitä muuttujia mallissa käytetään. Jos mallin muuttujat ja arvot eivät selvästi käy ilmi, tuloksiin kannattaa suhtautua suurella varauksella.

Esimerkkinä hyvin tehdystä matemaattista mallinnusta käyttävästä tutkimuksesta on 16.3.2020 julkaistu Imperial College COVID-19 Response Teamin raportti, jossa pohdittiin tukahduttamisen ja lievempien toimenpiteiden vaikutusta. Raportin tuloksia käytettiin useissa maissa yhtenä perusteena raskaille rajoituksille. Raportissa kerrotaan selvästi muuttujat, arvot ja pohdittiin niiden merkitystä. Esimerkiksi tartunnoista arvioitiin, että kolmasosa tapahtuu kotipiirissä, kolmasosa kouluissa ja työpaikoilla ja kolmannes yhteisössä. Tämä oli hyvä arvaus vuosi sitten, mutta nykyisen tiedon perusteella ei pidä paikkaansa. Esimerkiksi koulujen ja lasten harrastusten merkitys tartunnoissa on vähäisempi kuin vuosi sitten luultiin. On tärkeää ymmärtää, että epärealistinen arvio tartuntojen leviämisestä ei ole olennaista, vaan se, että oletukset ovat selkeästi kirjattu. Tämä mahdollistaa virheiden korjaamisen myöhemmissä malleissa.

Matematiikan soveltaminen nykylääketieteessä edellyttää poikkitieteellistä yhteistyötä. Kliinisen työn raskauttaman lääkärin ei välttämättä ole tarvetta illalla pohtia, olisiko parempi käyttää determinististä vai stokastista mallia, mutta hän pystyy kertomaan, mitkä ovat olennaiset tutkimuskysymykset ja tärkeimmät muuttujat tai ovatko mallissa käytetyt arvot edes lähellä realistisia. Näiden perusteella matematiikkaan perehtynyt tutkija pystyy rakentamaan mallin. Kuitenkin yhteistyötä helpottaa suuresti, mikäli mallintamisen peruskäsitteet ovat selkeät kaikille tutkimusta tekeville. Siksi lääketieteellisessä tiedekunnassa opetetaan myös systeemibiologiaa. (Systeemibiologia tarkoittaa laskennallisten ja matemaattisten mallien kehittämistä ja soveltamista elämäntieteissä; rakkaalla lapsella on monta nimeä.) Esimerkiksi kurssi Introduction to Systems Biology alkaa 26.4.21. Tervetuloa!

Sampsa Hautaniemi
Systeemibiologian professori, ONCOSYS-tutkimusohjelman johtaja, Helsingin yliopisto

Duodecim – 140 vuotta vapaaehtoistyötä lääketieteen hyväksi ja suomen kielen puolesta

Lääketieteellinen aikakauskirja Duodecim on Suomen vanhin yhtäjaksoisesti ilmestynyt aikakauslehti. Miksi lääkäreiden vapaaehtoinen valistus on jatkunut näin pitkään, ja mikä on saanut lääkärit julkaisemaan aikakauslehtiä?

 

Ensimmäinen suomenkielinen aikakauslehti oli Kajaanin piirilääkäri Elias  Lönnrotin perustama Mehiläinen, jota julkaistiin vuosina 1836–1840. Lehti käsitteli kansanperinnettä, etenkin kalevalaista runoutta, mutta mukaan mahtui kirjoitus myös matematiikasta.

Sen sijaan kansanlääkintää lukuunottamatta lääketiede ei sinne kelvannut. Veikkaan, että Lönnrot ryhtyi lääkäriksi rahoittaakseen intohimoisen kansanperinteen tutkimuksensa.

Suomen ensimmäinen lääketieteellinen aikakauslehti on Finska Läkaresällskapets Handlingar. Se ilmestyi ensikerran vuonna 1841 ja on nykyisin digijulkaisu. Koska Handlingar-lehden julkaiseminen oli tauolla sotavuosina, Suomen vanhin yhtäjaksoisesti julkaistu aikakauslehti on Lääketieteellinen aikakauskirja Duodecim. Se ei ole ainoastaan vanhin lääketieteellinen aikakauslehti vaan yllättäen myös Suomen kaikista aikakauslehdistä pitkäikäisin.

Duodecimin ensinumero ilmestyi vuonna 1885. Matti Äyräpää kirjoittaa siinä:

”Kansallisaatteen synnyttämänä on Suomessakin kansankirjallisuus  kasvamistaan kasvanut. Lääketieteen alalla, niin kuin luonnontieteen alalla ylimalkaan, on tätä kirjallisuutta kuitenkin verraten harvoin ilmestynyt.”

Duodecim-seuran perustivat 12 innokasta lääketieteen kandidaattia. Seuran perustavassa kokouksessa 18.11.1881 Äyräpää sanoi kutsuneensa suomenmielisiä medisiinareita kokoon keskustelemaan kielikysymykseen liittyvien epäkohtien poistamisesta, sillä:

”Ei missään tieteessä suomenkielinen terminologia ole niin puutteellinen kuin lääketieteessä… puhumattakaan siitä, että suomalaisen lääketieteen terminologian puutteesta on tuntuvaa haittaa lääkärille, joka sen kautta on estetty niin vapaasti kuin hänen etunsa vaatisi sairaan kanssa vaihtamasta puhetta.”

Duodecim-lehti on 135 vuotta pyrkinyt toteuttamaan tätä tavoitetta. Seura ja sen lehti voivat korkeasta iästään huolimatta hyvin. Lukijatutkimusten perusteella D-lehti on lääkärien eniten lukema suomenkielinen lääketieteellinen lehti. Seuran jäseniä ovat lähes kaikki Suomen lääkärit, ja Duodecim-seuran Terveysportti-tietokanta on kliinikoiden jokapäiväisenä apuna ympäri Suomea. Se avataan päivittäin yli 50 000 kertaa. Potilas pääsee kurkkaamaan Duodecim-seuran tuottamia tekstejä. Hän voi hakea oireilleen selitystä Duodecimin Terveyskirjastossa, jossa on 10000 lääketieteellistä artikkelia maallikoille. Seuran spin-off-yritys Kustannus Oy Duodecim on Suomen suurin lääketieteellinen kustantamo. Myös lääkäreiden jatko- ja täydennyskouluttajana seura on keskeisessä asemassa. Tätä listaa voisi jatkaa vaikka kuinka pitkälle. Hyvä kysymys on, miten tämä lumivyöry lähti liikkeelle?

MIKSI Kajaanin piirilääkäri Elias Lönnrot ja hänen jälkeensä muut lääkärit rupesivat julkaisemaan aikakauslehtiä?

Mehiläisen, Handlingarin ja Duodecimin tarinoissa keskeisessä osassa on kielikysymys. Mehiläinen puhkaisi ruotsinkielisen lehdistön lasikaton. Handlingar perustettiin parantamaan ruotsinkielisen lääketieteellisen tutkimuksen julkaisumahdollisuuksia. Duodecim-seura perustettiin edistämään suomen kielen käyttöä lääketieteessä. D-seuran perustamiseen asti kaikki Suomen lääkärit olivat Finska Läkaresällskapetin jäseniä ja tietenkin käyttivät työssään ruotsia. Sille ei ollut vaihtoehtoa.

Myös fennomaani Elias Lönnrot julkaisi Handlingar-lehdessä. Lehden kansainvälisesti kuuluisin artikkeli on Erik Adolf von Willebrandin kuvaus Ahvenanmaalta löytämästään verenvuototaudista. Sen aiheuttaja tunnetaan vielä tänä päivänä von Willebrandin faktorina. Artikkeli julkaistiin vuonna 1926.

Duodecim-seura ja -lehti perustettiin kahdentoista kandidaatin radikaalina pyrkimyksenä korvata ruotsin kieli lääketieteessä kehittämällä sen tilalle suomenkielisen termistön. Historia onkin sittemmin heittänyt häränpyllyä. Nyt melkein kaikki lääkärit käyttävät praktiikassaan suomen kieltä ja Duodecimin monipuolisia palveluita. Handlingar on jäänyt suomenruotsalaisten ja kaksikielisten lääkäreiden julkaisufoorumiksi, mutta Finska Läkaresällskapet tukee edelleen merkittävästi lääketieteellistä tutkimusta.

MITEN lääkäreiden vapaaehtoinen kasvatus- ja valistusinto on jatkunut näin kauan?

Lääketieteellinen tutkimus. Ensimmäinen syy on varmasti ihan käytännöllinen. Ehkä lääkärit itse ovat parhaita kehittämään antamiaan hoitoja tai ainakin he tietävät, missä olisi parantamisen varaa. Luottamus tähän näkyy muun muassa siinä, että Duodecim-seura tekee valtakunnalliset Käypä hoito -suositukset – ei sosiaali- ja terveysministeriö. Tässä työssä on ollut mukana tuhansia lääkäreitä. Kuitenkin viime vuosikymmenten aikana yhä suurempi osa lääketieteellisestä tutkimuksesta, erityisesti biolääketieteellinen tutkimus on geneetikkojen ja biokemistien tekemää. Jonkin verran sama trendi näkyy myös kliinisessä tutkimuksessa ja näyttää olevan globaali ilmiö, jonka syyt ovat hämärän peitossa.

Suomen kielen edistäminen. Toinen syy on edelleen kielikysymys. Nyt ei enää pyritä horjuttamaan ruotsin vaan englannin kielen ylivaltaa. Englannin kieli on tunkeutunut kapulakielisinä käännöksinä kaikkien maiden lääketieteeseen. Muutamat kollegatkin ovat niin ihastuneita englannin kieleen, että ehdottivat verenkiertohäiriöyksikön nimeksi ihan tosissaan Stroke Unit ja valtakunnallinen potilasturvallisuusverkoston nimeksi No-Harm Center. Mikä maa, mikä valuutta! Englannin käyttö ei ollut käypää valuuttaa ja kumpikin esitys torpedoitiin. Vierasperäisten termien suomenkielisten vastineiden tekeminen on alusta alkaen ollut Duodecimin toiminnan keskiössä ja suomenkielisiä termikirjoja on julkaistu kymmenittäin. Kielenhuoltoa jatkaa Duodecimissa sanastolautakunta, joka päivittää jatkuvasti Lääketieteen termit-sanakirjaa.

Kollegiaalisuus. Yksi selitys vapaaehtoistyölle on lääkäriprofession voimakas kollegiaalisuus. Lääkärit tunnistavat sen, että yhdessä he pystyvät parantamaan hoitoja paremmin kuin jokainen erikseen. Käytännössä tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että jollekin kollegalle annetaan tehtäväksi vastata diabeteksen Käypä hoito -suosituksen tekemisestä. Hän suostuu ja rupeaa soittelemaan arvostamilleen kollegoille. Todennäköisesti he kiittävät kohteliaasti pyynnöstä ja tietysti suostuvat mukaan ryhmään.

Mestari–kisälli-kulttuuri. Lääkärikunnan into vapaaehtoistyöhön on siirtynyt sukupolvelta toiselle. Ainakin yksi selitys sille on lääkärikoulutuksen vahva mestari–kisälli-luonne. Jokainen lääkäri on henkisesti jonkun tai muutaman seniorin kasvatti. Seniorin esimerkki siirtyy sellaisenaan juniorille sekä hyvässä että pahassa. Muistan elävästi sen ahaa-elämyksen, jonka sain opintojen ensimmäisenä vuonna kuunnellessani Lauri Saxénin luentoa induktiivisista vuorovaikutuksista. Ne säätelevät sikiön kehitystä. Se ratkaisi uravalintani. Lauri – ystävien kesken Tupu – oli kehitysbiologi ja patologi. Sellainen minustakin tuli. Tupu toimi Duodecim-lehdessä ja seuran muissa tehtävissä koko elämänsä, niin minäkin.

Terveysvalistus. 1800-luvulla suomalaisten terveys oli retuperällä monesta syystä. Asunnot olivat pimeitä, likaisia ja savuisia, paloviinaa kaadettiin kurkkuun runsaasti eikä hygienian päälle ymmärretty mitään. Jo Elias Lönnrot totesi, että on paljon tehokkaampaa valistaa kansaa terveysasioissa kuin hoitaa huonojen elintapojen ja -olosuhteiden aiheuttamia tauteja. Ainakin 1800-luvulla tämä oli aivan varmasti totta. Hyvin pian Duodecim-lehden perustamisen jälkeen lääkäriseura Duodecim rupesi julkaisemaan maallikoille tarkoitettua Terveydenhuolto-lehteä. Sen seuraajaa Hyvä Terveys -lehteä julkaistaan edelleen.

Duodecim-lehden entisten toimittajien Torstaikilta tekee joulunumeron

Vapaaehtoinen työ ansaitsee sekin palkintonsa. Entisten D-lehden toimittajien Torstaikilta tekee Duodecimin muista numeroista poikkeavaa, poikkitieteellistä joulunumeroa. Eli palkitaan entiset toimittajat teettämällä heillä mukavia lisätöitä! Torstaikillan nimi on peräisin siitä, että D-lehden toimituksen kokoukset on alusta lähtien pidetty torstaisin. Killan keskuudestaan valitsema toimitus on tehnyt joulunumeroa noin 30 vuotta (Duodecim-lehti 1992: 108(22), 1907). Viimejoulun teema oli Totuus? Toimitin sitä yhdessä Marjut Ranki-Pesosen, Matti Huttusen ja Janne Rapolan kanssa.

Lue tästä uusin joulunumero. Ole hyvä! Kannattaa klikata linkin Lue näköislehti -ruutua. Siellä voi ihastella Pauliina Holman hienoa kuvitusta.

Hannu Sariola
kehitysbiologian professori, Helsingin yliopisto
lastenpatologian ylilääkäri, HUSLAB

Uuden strategiakauden alussa

Helsingin yliopistolla yhdessä pitkään valmisteltu ja lopulta yliopiston hallituksen hyväksymä uusi strategia 2021–2030 on nyt toteuttamista vaille valmis. Mitkä ovat sen keskeisimmät painopisteet, mikä muuttuu ja miten se vaikuttaa tutkijoiden, opettajien, muun henkilöstön ja opiskelijoiden arkeen?

Yliopiston arvot, totuus, sivistys, vapaus ja yhteisöllisyys, ovat kaiken pohjana. Samaan aikaan HUSin tuoreita arvoja, kohtaaminen, edelläkävijyys ja yhdenvertaisuus, on tärkeää kuljettaa yliopiston arvojen rinnalla.

Olisipa hienoa, mikäli saisimme kaikissa arkipäivän toiminnoissa aina mukaan nämä arvot, sillä yhdessä yliopisto ja yliopistosairaala olemme vielä paljon enemmän kuin kumpikaan yksinään.

Ennakointi ja tulevaisuuden suunnittelu keskiöön

Ilman muuta tulevallakin kaudella eli 2020-luvulla meidän keskeisimmät tehtävämme ovat korkeatasoinen tutkimus, siihen perustuva korkeampi opetus ja näiden kautta vaikuttaminen yhteiskunnassa.

Koronan aiheuttama pandemia on sysännyt maailman talouden melkoisen sekaisin, ja siksi ei tarvitse olla kovin suuri visiönääri, jos ennustaa, ettei nyt alkavalla strategiakaudella Suomen julkisen talouden käytössä olevat resurssit kasva, vaan pikemminkin ne voivat vähentyä entisestään.

Siksi ennakointi ja tulevaisuuden suunnittelu on nyt tärkeämpää kuin juuri koskaan aikaisemmin. Kun tavoitteena on tuottaa niukemmilla resursseilla kuitenkin enemmän tulosta niin korkeatasoisessa tutkimuksessa kuin kandidaatin, maisterin, lisensiaatin kuin tohtorin tutkinnoissakin, on selvä, että nykyisiä toimintatapoja on tehostettava.

Tämä ei siis tarkoita, että työntekijöiden tulisi tehdä enemmän töitä, mutta se mitä tehdään, tulisi olla merkityksellistä tavoitteille eikä meidän pidä tehdä turhaa tuottamatonta työtä tai hukkaa.

Hallinnon tehostamisesta merkittäviä parannuksia – lean vauhditti muun muassa tenttien sähköistämistä

Osa tehostamiseen liittyvistä parannuskohteista on lääketieteellisen tiedekunnan ja yliopiston tasolla päätettävissä, ja niitä olisi hyvä alkaa etsiä heti. Kun kehityskohteita löytyy, hallintoa tehostamalla (leanaamalla) voidaan saada merkittäviä parannuksia ja resurssien säästöä aikaan.

Meillä aloitettiin tämä prosessi jo ennen korona-aikaa, kun tehostimme systemaattisesti opintohallinnon prosesseja, kuten meidän hyvin monimutkaisten perusopintojen lukujärjestyksien ja tenttien järjestelyjä. Vaikka viime vuoden poikkeusolot toivat omat haasteensa näihin talkoisiin, tämän projektin avulla olemme muun muassa onnistuneet muuttamaan käytännössä kaikki tiedekunnan tentit sähköisiksi.

Taidamme olla ensimmäinen tiedekunta, joka on onnistunut tässä Helsingin yliopistolla. Haluankin erikseen kiittää koko meidän yliopistopalveluissa toimivaa opintohallintoa sekä tietenkin opettajia tenttien laatimisessa ja korjaamisessa sekä opiskelijoita ennakkoluulottomasta asenteesta uuden edessä osallistuessaan uudenlaisiin tentteihin. Tämä on hieno esimerkki siitä, miten rohkeilla päämäärien asettamisilla ja niiden määrätietoisella toteuttamisella päästään maaliin.

Hyvän käytöksen kampanja jatkuu

Yhden teeman haluan vielä erikseen nostaa Meilahdessa esille. Vuosi sitten käynnistettyä Hyvän käytöksen kampanjaa jatketaan, ja koetamme saada kaikki, niin henkilökunnan kuin opiskelijatkin, mukaan kampanjaan. Ystävällisyys ja hyvät käytöstavat eivät ole koskaan poissa muodista. Ihan tavallinen käytös riittää, ei tämä vaadi mitään sen ihmeellisempää.

Lopuksi, toivotaan, että saamme suomalaiset rokotetuksi tämän vuoden aikana. Sitten vähitellen pääsemme elämään koronaepidemian jälkeistä aikaa tulevan strategiakauden seuraavina vuosina samalla hyödyntäen nyt opittuja uusia toimintatapoja. Näillä sanoilla haluan toivottaa teille kaikille erittäin hyvää uutta vuotta 2021.

Risto Renkonen
Dekaani, lääketieteellinen tiedekunta
Ylilääkäri, HUS Diagnostiikkakeskus