Διαχρονικές μεταβολές βιοενέργειας, μεταβολισμού και ανοσολογικής απόκρισης στην οξεία φάση της σοβαρής σήψης

Abstract

Background: Cell stress induced by severe sepsis (SS) or systemic inflammatory response syndrome (SIRS) presents with acute inflammatory, hormonal, immune and metabolic derangements. Their relation with mitochondrial dysfunction has not been adequately studied.Objectives: The purpose of the study was to evaluate the longitudinal changes of inflammatory-hormonal response, innate-immunity, bioenergetics and metabolism in critically ill patients, adults and children with severe sepsis and to compare them with patients groups with SIRS and healthy groups (H), adults and children.Materials / Methods: We studied 68 children (SS / 18, SIRS / 23, H / 27) and 79 adults (SS / 23, SIRS / 23, H / 33) on 1, 3 and 5 day of hospitalization. Body Mass Index (BMI) z-scores and disease severity scores (PeLOD, APACHE, TISS, SOFA) were calculated. Cardiac contractility (EF, SF), troponin (Tn) and lactate were measured, as well as energy consumption (EE) with Gas Module E-COVX, ATP in white blood cells with luciferase luminescent assay, glutamine and NO2 / NO3 levels with high-pressure liquid chromatography (HPLC), lipid peroxidation products (TBARS) by colorimetric assay, resistin, serum antiponectin and extracellular Heat Shock Proteins (HSP) HSP90α, serum HSP72, adiponectin and resistin by ELISA.Intracellular Heat Shock Proteins (HSP72, HSP90α) expressions by flow cytometry.Results: Longitudinal both in adults (ICU) and children (PICU), resistin, dexponcepin, extracellular HPS72 and 90a values showed a sustained pattern of stimulation throughout the acute 5-day phase. In this period, VO2, VCO2, EE showed a hypometabolic pattern similar in children and adults.The increased expression of NO3, NO2, TBARS and adiponectin in sepsis showed a diffuse pattern relating to their age-related expression per age group. Mitochondrial bioenergy was longitudinal reduced in adults and children who did not survive compared to survivors, and was accompanied by significantly reduced metabolism and hypometabolic patterns on days 3 and 5 (p <0.05). Surviving patients had a significant variation in baseline BVR, lactate, EU, VO2, VCO2 and metabolic profile compared to patients who died, who showed inability to recover hypometabolism or antioxidant status on day 5.Conclusion: SS is characterized from longitudinally stronger intracellular repression of ATP, HPS72, HSP90α, metabolism (EE, albumin, glutamine) and extracellular induction of inflammatory hormones (resistin) and innate immunity proteins signaling acute stress danger (HSP72) compared to SIRS. A pattern of early longitudinal induction of metabolic-hormones and eHSP72/HSP90α, repression of bioenergetics and innate immunity, hypo-metabolism, and amino-acid kinetics changes discriminate sepsis from SIRS; malnutrition, hypometabolism, and persistently increased resistin and adiponectin are associated with poor outcome.KEY WORDS: sepsis, SIRS, bioenergy, HSP, resistin, metabolism, calorimetry; amino acids; nitric oxide; heat shock proteins; ATP; resistin; adiponectin; sepsis; trauma

Εισαγωγή: Το κυτταρικό στρες από σοβαρή σήψη (severe sepsis, SS) ή σύνδρομο συστηματικής φλεγμονώδους απάντησης (Systemic inflammatory response syndrome, SIRS) εκδηλώνεται με οξείες φλεγμονώδεις, ορμονικές, ανοσολογικές και μεταβολικές διαταραχές. Η συσχέτισή τους με πιθανή δυσλειτουργία μιτοχονδρίων δεν έχει επαρκώς μελετηθεί. Σκοπός: Σκοπός της μελέτης ήταν η εκτίμηση των διαχρονικών μεταβολών φλεγμονώδους-ορμονικής αντίδρασης, ενδογενούς-ανοσίας, βιοενέργειας και μεταβολισμού σε ασθενείς, ενήλικες και παιδιά, με σοβαρή σήψη (SS) και η σύγκριση με αντίστοιχες ομάδες ασθενών με SIRS και υγιών (H), ενηλίκων και παιδιών.Υλικά/Μέθοδοι: Μελετήθηκαν 68 παιδιά (SS/18, SIRS/23, H/27) και 79 ενήλικες (SS/23, SIRS/23, H/33) διαχρονικά, την 1, 3η και 5η ημέρα νοσηλείας. Υπολογίστηκαν ο δείκτης μάζας σώματος (Body mass index (BMI) z-scores) και τα scores βαρύτητας νόσου (PeLOD, APACHE, TISS, SOFA). Μετρήθηκαν η καρδιακή συσταλτικότητα (EF, SF), η τροπονίνη (Tn), το γαλακτικό οξύ, η κατανάλωση ενέργειας (Energy expenditure, EE) με Gas Module E-COVX, το ATP στα λευκά αιμοσφαίρια με δοκιμασία λουσιφεράσης (luciferase luminescent assay), τα επίπεδα γλουταμίνης και NO2/NO3 με υγρή χρωματογραφία υψηλής πίεσης (HPLC), τα προϊόντα υπεροξείδωσης λιπιδίων (TBARS) με χρωματομετρική δοκιμασία, η ρεζιστίνη, η αντιπονεκτίνη ορού και οι εξωκυττάριες Heat Shock Proteins (HSP) με την ποσοτική ανοσοενζυμική μέθοδο ELISA (sandwich enzyme-linked immunosorbent assay), και οι ενδοκυττάριες HSP72, HSP90α με κυτταρομετρία ροής (flow cytometry). Αποτελέσματα: Διαχρονικά τόσο σε ενήλικες (ICU) όσο και σε παιδιά (PICU) οι τιμές ρεζιστίνης, αντιπονεκτίνης, εξωκυττάριας HPS72 και 90α παρουσιάζαν σταθερό πρότυπο διέγερσης σε όλη την οξεία φάση των 5 ημέρων. Στη χρονική αυτή περίοδο, οι παράμετροι μεταβολισμού VO2, VCO2, EE παρουσίασαν σταθερό υπομεταβολικό προφίλ, ίδιο σε ενήλικες και παιδιά. Η αυξημένη έκφραση των NO3, NO2, TBARS και αντιπονεκτίνης στη σήψη παρουσίασαν μια πιο ασταθή εικόνα όσον αφορά τη διαχρονική τους έκφραση ανά ηλικιακή ομάδα.Η βιοενέργεια των μιτοχονδρίων ήταν διαχρονικά μειωμένη σε ενήλικες κα παιδιά που δεν επιβίωσαν σε σχέση με εκείνους που επιβίωσαν, και συνοδεύονταν από σημαντικά μειωμένο μεταβολισμό και υπομεταβολικά πρότυπα την 3η και 5η ημέρα (p<0.05). Οι ασθενείς που επιβίωσαν παρουσίαζαν σημαντική διαφοροποίηση των αρχικών τιμών BVR, γαλακτικού, ΕΕ, VO2, VCO2 και μεταβολικού προφιλ σε σύγκριση με ασθενείς που πέθαναν, οι οποίοι έδειξαν αδυναμία ανάκαμψης του υπομεταβολισμού ή της αντιοξειδωτικής κατάστασης την 5η ημέρα. Συμπέρασμα: Η SS χαρακτηρίζεται διαχρονικά, από ισχυρότερη ενδοκυττάρια καταστολή μεταβολισμού, μείωση κατανάλωσης ενέργειας, μείωση των ATP, HPS72, HSP90α, αλβουμίνης, γλουταμίνης και εξωκυττάρια αύξηση φλεγμονωδών ορμονών, ρεζιστίνης και αντιπονεκτίνης και πρωτεϊνών έμφυτης ανοσίας (HSP72). Μια πρώιμη κατάσταση υπομεταβολισμού, με καταστολή βιοενέργειας και ενδογενούς ανοσίας, η οποία και παραμένει διαχρονικά μαζί με συνεχιζόμενη κατάσταση φλεγμονής, με διαχρονικά αυξημένες μεταβολικές ορμόνες και πρωτείνες eHSP72/HSP90α, φαίνεται να ξεχωρίζει τη σήψη από το SIRS, και συνδέεται με αυξημένο κίνδυνο θανάτου.Λέξεις κλειδιά: σήψη, SIRS, βιοενέργεια, HSP, μιτοχόνδρια, μεταβολισμός, θερμιδομετρία, αμινοξέα, οξείδιο του αζώτου, ATP, ρεζιστίνη, αντιπονεκτίνη, τραύμα