Μοριακοί βιοδείκτες στην τραυματική κάκωση του εγκεφάλου

Abstract

Introduction: Traumatic Brain Injury (TBI) is currently the leading cause of mortality, fatality and disability worldwide. Proinflammatory and anti-inflammatory cytokines or chemokines are secreted by neuronal, glial cells, and systemic immune cells, and seem to have a profound role in neuroinflammation and in the short-term or long-term process of healing following trauma with concomitant TBI. Their concerted action constitutes the pathophysiology of neuroinflammation, and seems to determine the outcome of TBI patients. On the other hand, specific neurobiomarkers such as GFAP (Glial Fibrillary Acidic Protein) and UCH-L1 (Ubiquitin C - Terminal Hydrolase L1) have recently been approved by the U.S. Food and Drug Administration for mild TBI discrimination in adults, and as a decision guide concerning the necessity of early neuroimaging. However, no reliable inflammatory biomarker or neurobiomarker has currently been included into a standard model for TBI severity classification or prognostication.Aim of the studyThe present study was designed to assess the value of certain non-specific inflammatory mediators (IL-6, IL-8, IL-10) and specific neurobiomarkers (GFAP, UCH-L1) in acute trauma with concomitant TBI, in combination with clinical, imaging, laboratory indices and prognostic clinical scales. The study also attempted a more holistic evaluation of the relationship among studied serum biomarkers and TBI severity or outcome. The study had two primary objectives:1.To assess the value of certain inflammation markers (IL-6, IL-8, IL-10) and neurobiomarkers (GFAP, UCH-L1) as complementary TBI severity classification indices upon admission, in combination with standardised clinical, laboratory, imaging variables and scoring systems.2.To assess the possible prognostic value of interleukins and neurobiomarkers , assessed by validated functional outcome scoring scales. Methods: In this single-centre prospective observational study, 109 adult patients, 20 healthy controls and 17 paediatric patients from a Neurosurgical Department and two Intensive Care Units (adult and paediatric) of the University Hospital of Heraklion in Crete were recruited, during the period between2019 and 2022. Demographic, clinical and brain imaging diagnostic variables for TBI severity classification, along with authorised outcome scales and TBI prognostic models were recorded. During the laboratory part of the study, serum quantification of Interleukin-6 (IL- 6), -8 and -10 and of two neurobiomarkers (UCH-L1 and GFAP) were performed. Blood samples were obtained within 12 hours of admission and on the 7th post-traumatic day, and serum was then stored at -80℃ until quantification analysis. The sensitivities of the assays were 4pg/ml for IL-6, 8pg/ml for IL-8, and 2pg/ml for IL-10. The detection range was around 7.8-500 pg/mL for IL-6, 15.6-1000 pg/mL for IL-8, 3.9-250 pg/mL for IL-10, 15.63-1000 pg/ml for GFAP, and 78.13-5000 pg/ml for UCH-L1. Statistical analyses were performed through SPSS software for Windows (IBM Statistics, Chicago, IL, USA, version 25).ResultsThe majority of adult patients had clinical presentation consistent with mild TBI (66.9%) upon admission, whereas 16.6% of patients suffered from severe TBI. In the adult patient sample 6-month mortality was 23,5%. The majority of children had clinical presentation consistent with mild TBI (66.7%) upon admission, whereas 19% of patients suffered from severe TBI. Six-month mortality was 5,6% for the paediatric patient sample.Elevated IL-6 and IL-10, but depressed IL-8 on day 1 (within 12 hours of admission), were found in adult TBI patients compared to healthy controls. With regard to adult TBI severity classification, higher levels of IL-6 (p=0.001) and IL-10 (p=0.009) on day 1 were associated with TBI severity (Glasgow Coma Scale <9) and with increased risk for certain severe brain imaging findings (Spearman's rho<0.442, p<0.007 for all associations) in adult patients. A multivariable logistic regression analysis revealed that early measured IL-6 (Exp(B)=0.987, p=0.025) and UCH-L1 (Exp(B)=0.993, p=0.032) in adult TBI patients were significant independent predictors for an unfavourable outcome. ROC (receiver operating curve) analysis revealed that age was the best independent predictor for severe disability or mortality in adult TBI patients based on GOS-E. However, a marginally acceptable prognostic value was also revealed for IL-6 and UCH-L1 on Day 1 as well. Conclusions: In conclusion, non-specific neuroinflammation markers, like IL-6 and IL-10, along with standardised clinical, imaging and laboratory parameters, may prove to be valuable diagnostic tools for TBI, since an adequate diagnostic model should take into consideration both localised and systemic pathophysiological responses. Moreover, IL-6 and UCH-L1, might prove to be valuable prognostic tools for TBI. Therefore, their incorporation in standardised multivariable prognostic models might enhance the precision of their predictive ability.

Εισαγωγή: Η τραυματική κάκωση εγκεφάλου (ΤΚΕ) αποτελεί μείζονα αιτία θνητότητας, θνησιμότητας και νοσηρότητας παγκοσμίως. Μη ειδικές προφλεγμονώδεις και αντιφλεγμονώδεις κυτταροκίνες και χημειοκίνες εκκρίνονται από τα νευρογλοιακά κύτταρα του εγκεφάλου και του συστηματικού ανοσιακού συστήματος μετά από τραύμα με συνυπάρχουσα ΤΚΕ, οι οποίες φαίνεται ότι διαδραματίζουν εξέχοντα ρόλο στη μετατραυματική νευροφλεγμονή και νευροαποκατάσταση, τόσο βραχυπρόθεσμα όσο και μακροπρόθεσμα. Η ενορχηστρωμένη τους δράση είναι καθοριστική για την έκβαση τραυματιών με συνυπάρχουσα ΤΚΕ. Στην άλλη όψη του νομίσματος, ειδικοί νευροβιοδείκτες έχουν πρόσφατα αναγνωριστεί από τον Αμερικανικό Οργανισμό Φαρμάκων για την αξία τους στη διαλογή ενήλικων ασθενών με ήπια ΤΚΕ προς διενέργεια αξονικής τομογραφίας (ΑΤ) εγκεφάλου και εγκεφαλικού κρανίου. Ωστόσο, μέχρι τη συγγραφή του παρόντος συγγράμματος, κανένας μοριακός βιοδείκτης φλεγμονής ή ειδικός νευροβιοδείκτης δεν έχει συμπεριληφθεί σε ένα προτυποποιημένο μοντέλο για την κατηγοριοποίηση της βαρύτητας ή την πρόγνωση της έκβασης για τις περιπτώσεις ασθενών με ΤΚΕ. Στόχος της μελέτης: Η παρούσα μελέτη σχεδιάστηκε για την αξιολόγηση της χρησιμότητας συγκεκριμένων μη ειδικών φλεγμονωδών διαμεσολαβητών και ειδικών μοριακών νευροβιοδεικτών σε οξύ τραύμα με συνυπάρχουσα ΤΚΕ, μέσω συσχετίσεών και συγκρίσεών τους, μεταξύ άλλων, με κλινικές, εργαστηριακές, απεικονιστικές και παραμέτρους έκβασης. Η μελέτη είχε δύο πρωταρχικούς στόχους:1.Την αξιολόγηση της διαγνωστικής αξίας των φλεγμονωδών διαμεσολαβητών, ιντερλευκίνη 6 (IL-6), ιντερλευκίνη 8 (IL-8), ιντερλευκίνη 10 (IL- 10) και των ειδικών νευροβιοδεικτών, glial fibrillary acidic protein (GFAP) και ubiquitin C-terminal hydrolase L1 (UCH-L1) ως συμπληρωματικών διαγνωστικών εργαλείων, μαζί με κλινικές, εργαστηριακές και απεικονιστικές παραμέτρους και προτυποποιημένες κλίμακες εκτίμησης της κλινικής βαρύτητας και της λειτουργικότητας των τραυματιών με συνυπάρχουσα ΤΚΕ κατά την εισαγωγή τους.2.Την αξιολόγηση της προγνωστικής αξίας των συγκεκριμένων μοριακών βιοδεικτών, μέσω της σύγκρισής τους με αναγνωρισμένες κλίμακες λειτουργικής έκβασης τραυματιών με συνυπάρχουσα ΤΚΕ. Μεθοδολογία: Στην παρούσα μονοκεντρική προοπτική μελέτη παρατήρησης, στρατολογήθηκαν 109 ενήλικες ασθενείς, 20 ενήλικες υγιείς μάρτυρες και 17 παιδιατρικοί ασθενείς από τη Νευροχειρουργική Κλινική και τις Μονάδες Εντατικής Θεραπείας Ενηλίκων και Παίδων του Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου Ηρακλείου Κρήτης κατά τα έτη 2019 έως και 2022. Έγινε καταγραφή, ταξινόμηση και στατιστική ανάλυση, των δημογραφικών, κλινικών, εργαστηριακών και απεικονιστικών παραμέτρων για κάθεασθενή με ΤΚΕ που συμπεριλήφθηκε στη μελέτη. Επιπρόσθετα, καταγράφηκαν και αναλύθηκαν οι βαθμολογίες αναγνωρισμένων κλιμάκων αξιολόγησης της έκβασης και προγνωστικών μοντέλων για ασθενείς με ΤΚΕ. Πραγματοποιήθηκαν εργαστηριακές μετρήσεις τριών μη ειδικών φλεγμονωδών παραγόντων (IL-6, IL-8 και IL-10), όπως και δύο ειδικών νευροβιοδεικτών (GFAP και UCH-L1) σε δείγματα ορού των ασθενών, που ελήφθησαν κατά την πρώτη (εντός 12 πρώτων ωρών) και κατά την έβδομη ημέρα μετά την ΤΚΕ και που φυλάχθηκαν στους -80℃, μέχρι την εργαστηριακή τους επεξεργασία. Οι ευαισθησίες των αναλύσεων ήταν 4pg/ml για την IL-6, 8pg/ml για την IL-8, και 2pg/ml για την IL-10. Το εύρος ανίχνευσης ήταν γύρω στα 7.8-500 pg/mL για την IL-6, 15.6-1000 pg/mL για την IL-8, 3.9-250 pg/mL για την IL-10, 15.63-1000 pg/ml για την GFAP, και 78.13-5000 pg/ml για την UCH-L1. Οι στατιστικές αναλύσεις διενεργήθηκαν μέσω του στατιστικού λογισμικού SPSS (IBM Statistics, Chicago, IL, USA, version 25). Αποτελέσματα: H πλειοψηφία των ενήλικων ασθενών παρουσίαζε κλινικά σημεία συμβατά με ήπια επιπλεγμένη ΤΚΕ (66,9%), ενώ το 16,6% είχε σοβαρή ΤΚΕ. Σε αυτό το δείγμα ενήλικων ασθενών η θνησιμότητα στους 6 μήνες ήταν 23,5%. Η πλειοψηφία των παιδιών, επίσης, παρουσίαζε ήπια επιπλεγμένη ΤΚΕ (66,7%), ενώ το 19% είχε σοβαρή ΤΚΕ. Η θνησιμότητα 6 μηνών ήταν 5,6% για την ομάδα των παιδιατρικών ασθενών.Χαρακτηριστικά αυξημένες ανευρέθηκαν οι IL-6 και IL-10, αλλά, αντίθετα, μειωμένη η IL- 8 στις μετρήσεις της πρώτης ημέρας (εντός των πρώτων 12 ωρών μετατραυματικά) για τους ενήλικες ασθενείς με ΤΚΕ, εν συγκρίσει με τους υγιείς ενήλικες μάρτυρες. Αναφορικά με την κατηγοριοποίηση της σοβαρότητας της ΤΚΕ ενηλίκων, οι υψηλότερες τιμές των IL-6 (p=0.001) και IL-10 (p=0.009) συνδέθηκαν θετικά με τη σοβαρότερη ΤΚΕ (βαθμολογία στην Κλίμακα Κώματος Γλασκώβης κατά την εισαγωγή<9) και με αυξημένο κίνδυνο για ύπαρξη συγκεκριμένων παθολογικών τραυματικών απεικονιστικών ευρημάτων (Spearman's rho<0.442, p<0.007 για όλες τις συσχετίσεις). Σε ένα πολυπαραγοντικό μοντέλο λογιστικής παλινδρόμησης αποκαλύφθηκε ότι η IL-6 [Exp(B)=0.987, p=0.025] και η UCH-L1 [Exp(B)=0.993, p=0.032] της 1ης ημέρας αποτελούσαν στατιστικά σημαντικούς και ανεξάρτητους προγνωστικούς παράγοντες δυσμενούς έκβασης ενηλίκων με ΤΚΕ. Η Receiver Operating Curve (ROC) αποκάλυψε ότι η ηλικία ήταν ο καλύτερος ανεξάρτητος προγνωστικός παράγοντας δυσμενούς έκβασης ενηλίκων με ΤΚΕ με βάση την GOS-E. Ωστόσο, οριακά αποδεκτή προβλεπτική αξία αναδείχθηκε και για τις IL-6 και η UCH-L1 της 1ης ημέρας. Συμπεράσματα: Οι μη ειδικοί φλεγμονώδεις βιοδείκτες IL-6 και IL-10, μαζί με άλλες αναγνωρισμένες κλινικές, απεικονιστικές και εργαστηριακές παραμέτρους, θα μπορούσαν να αναδειχθούν ως πολύτιμα διαγνωστικά εργαλεία αξιολόγησης της κλινικής βαρύτητας τραυματιών με συνυπάρχουσα ΤΚΕ, δεδομένου του ότι ένα διαγνωστικό μοντέλο θα έπρεπε να λαμβάνει υπόψιν τόσο τις τοπικές, όσο και τις συστηματικές αποκρίσεις του οργανισμού. Επιπρόσθετα, η IL-6, καθώς και ο ειδικός νευροβιοδείκτης UCH-L1, θα μπορούσαν να αποτελούν πολύτιμα προγνωστικά εργαλεία εκτίμησης της έκβασης τραυματιών με συνυπάρχουσα ΤΚΕ. Επομένως, η εμπλοκή τους σε αναγνωρισμένα μοντέλαπολλαπλών παραμέτρων πρόγνωσης της έκβασης της ΤΚΕ, ίσως, αύξανε την ακρίβεια της πρόγνωσης.