Сепсис - это опасное для жизни заболевание, вызванное дисрегуляцией реакции организма на инфекцию, что приводит к тяжелому воспалению, коагулопатии тканей и дисфункции органов.
Сепсис является причиной каждой пятой смерти в мире, самой распространенной причиной смерти в больницах США и более распространен во всем мире, чем рак, с оценкой глобального ежегодного бремени почти в 50 миллионов случаев и 11 миллионов смертей. Даже при соблюдении протоколов быстрой диагностики и лечения, смертность после тяжелого сепсиса или септического шока составляет в среднем 25%, при этом многие выжившие испытывают пожизненную физиологическую дебилизацию с когнитивным снижением, отражающим повреждение сосудов и органов. Затраты на лечение сепсиса растут и оцениваются в 24 миллиарда долларов в год только в США. Несмотря на острую медицинскую необходимость, существует мало молекулярных методов диагностики этого состояния.
Дисрегуляция воспаления и коагуляции во время сепсиса является основным источником патологии, вызванной хозяином, которая приводит к инвалидности и смерти. Чрезмерное присутствие воспалительных цитокинов в циркуляции и тканях во время сепсиса и септического шока - так называемый "цитокиновый шторм" - вызывает тяжелое системное воспаление и патологическое повреждение сосудов и систем органов. Хотя было выявлено множество цитокинов, вызывающих воспаление тканей и повреждение сосудов, их терапевтическое модулирование еще не привело к полезным методам лечения, а в некоторых случаях привело к увеличению смертности пациентов.
Дисрегуляция свертываемости крови с патологическим тромбозом и кровотечением - так называемая диссеминированная внутрисосудистая коагуляция (ДВК) - является результатом воспалительной коагуляции, инициированной цитокинами, в сочетании с дисрегуляцией антикоагулянтной и фибринолитической активности, что приводит к дисфункции эндотелиальных клеток и микрососудистому тромбозу. После запуска ДВК-синдрома эти сокрушительные реакции могут привести к инсульту, инфаркту миокарда, эмболии, кровоизлиянию и органной недостаточности.
В клинических условиях диагноз сепсиса определяется появлением многочисленных физиологических и биохимических отклонений, которые могут включать снижение насыщения кислородом, изменение психического статуса, снижение систолического артериального давления, отклонения от нормы креатинина, лактата, С-реактивного белка (CRP) и билирубина, снижение количества тромбоцитов и коагулопатические изменения, такие как повышение D-димера, тромбоз или кровотечение. Биомаркеры воспаления и коагулопатии встречаются крайне редко, а те, что были выявлены, имеют несколько ограниченное клиническое применение (например, CRP, прокальцитонин, IL-6, пресепсин, CD64, липополисахарид-связывающий белок (LBP)).
В настоящее время золотым стандартом для выявления бактериемии являются автоматизированные системы культивирования крови, которые сочетаются с диагностическими методами для идентификации патогена.В качестве примера методов идентификации можно привести мультиплексную ПЦР. Однако эти методы требуют положительного анализа крови, выявляют только целевые патогены и зависят от предшествующего воздействия антибиотиков. Таким образом, разработка эффективных биомаркеров и методов лечения сепсиса требует более полного понимания реакций организма и патогенных механизмов на ранних стадиях заболевания, чтобы свести к минимуму повреждения, вызванные хозяином.
Последние исследования начинают раскрывать важные аспекты роли реакций хозяина и их влияния на сепсис. Протеомная сигнатура плазмы при сепсисе (PPSS) - это функционально связанная сеть, которая первоначально была определена как общая для пяти грамотрицательных и грамположительных мышиных моделей сепсиса на поздней стадии, и аналогичные изменения в экспрессии этих белков наблюдаются при сепсисе у человека. Кроме того, анализ сыворотки крови пациентов с сепсисом выявил патогенно-протеомные сигнатуры для прогнозирования риска летального исхода пациентов, вызванного Staphylococcus aureus. Однако система раннего обнаружения, которая не зависит от культуры крови или идентификации возбудителя и может стратифицировать грамотрицательный и грамположительный сепсис, была бы чрезвычайно важна для лечения пациентов из-за их потенциальных значительных различий в чувствительности к антибиотикам.
В данном исследовании мы применили ремоделирование протеома крови при сепсисе, вызванном Salmonella Typhimurium, чтобы обеспечить потенциальное средство для ранней диагностики сепсиса до появления явных симптомов или бактериемии, что недоступно для исследований на поздней стадии сепсиса, когда реакции хозяина и патогенные механизмы могут консолидироваться в стереотипный процесс аберрантной воспалительной и коагулопатической активности.
Методы
Альтернативой современному симптомному подходу, используемому для диагностики сепсиса, является точная оценка протеомных изменений крови во время начала и прогрессирования сепсиса у мышей, вызванного Salmonella Typhimurium (ST).
Результаты
В предсептическом состоянии - до появления явных симптомов заболевания или бактериемии - был выявлен отчетливый паттерн количества белков факторов свертывания, который предсказывает дисрегуляцию фибринолитической и антикоагулянтной активности и возникающую в результате этого консумптивную коагулопатию при сепсисе у мышей, зараженных ST. Более того, наблюдаемые изменения в количестве белков в целом имели ту же направленность (увеличение или уменьшение количества), что и при сепсисе человека. Значительное совпадение коагулопатической активности ST наблюдалось в моделях грамотрицательной кишечной палочки, но не в моделях грамположительного стафилококкового или пневмококкового сепсиса у мышей. Лечение ингибиторами матриксных металлопротеаз предотвратило аберрантные воспалительные и коагулопатические действия после инфекции ST и повысило выживаемость. Режимы лечения антибиотиками, начатые после возникновения специфических изменений в протеоме плазмы крови после инфекции ST, были прогностически связаны с увеличением частоты рецидивов заболевания и смерти после прекращения лечения антибиотиками.
Интерпретация
Анализ изменений протеома крови предоставляет платформу для разработки быстрых и простых в исполнении тестов для прогнозирования сепсиса с целью раннего вмешательства путем включения биомаркеров в существующие анализы крови, проводимые при появлении пациента с общим недомоганием, а также для стратификации грамотрицательных и грамположительных инфекций для соответствующего лечения.
Диагностическая неопределенность, обусловленная существующим подходом к диагностике сепсиса на основе симптомов, чревата риском нанесения вреда неинфицированным, но подозреваемым пациентам и вирусно-инфицированным пациентам, которые подвергаются связанным с антибиотиками рискам без каких-либо преимуществ. Антибиотики менее эффективны в очистке организма от микроорганизмов, если их применение начинается после изменения протеома крови, о чем свидетельствует увеличение числа рецидивов заболевания и смертей после прекращения антибиотикотерапии. Неудача лечения потенциально связана с измененными реакциями бактерий/хозяина и связанным с этим усилением патологии, вызванной хозяином, что позволяет понять, почему задержки в применении антибиотиков при сепсисе у человека связаны с повышенным риском смерти.
Таким образом, задержка терапии может потребовать продолжительного последующего лечения для очищения от микроорганизмов, несмотря на преобладающее представление о необходимости деэскалации антибиотиков и сокращении курсов антибиотиков для улучшения эффективности использования лекарственных средств.
