Биомаркеры в диагностике сепсиса

Сепсис является следствием нарушений иммунного ответа организма на инфекцию [15, 26], и его распространённость среди взрослых пациентов в отделениях реанимации и интенсивной терапии составляет 15,2 случая на 1000 госпитализированных, из которых 36–37 % находятся в состоянии септического шока [2, 3]. На долю хирургических пациентов приходится почти треть всех случаев [10, 24]. Лечение больных с сепсисом, характеризуется более высокими затратами, длительностью, риском осложнений и смерти [20]. Риск смерти от сепсиса достигает 30 %, тяжелого сепсиса – 50 % и септического шока – 80 %, что составляет около 5,3 млн смертей в год [15, 24]. Следует отметить, что данная патология приводит не только к высокому проценту смертности, но и значительным затратам системы здравоохранения [13, 24].

Следовательно, существует очевидная потребность в раннем распознавании и применении более эффективных стратегий ведения пациентов для снижения риска развития сепсиса [1, 25, 27]. В связи с этим необходимость проведения ранней объективной и полноценной диагностики сепсиса, а также назначение основанного на ней лечения, может стать основой для улучшения состояния больного и исхода септических состояний [1, 15].

Учитывая важность раннего начала лечения, существует необходимость постановки диагноза и назначения лечения в максимально короткие сроки [1]. Биомаркеры при ранней диагностике сепсиса позволяют дифференцировать инфекцию от реакции организма на воспалительный процесс [13, 25]. Их использование может сыграть решающую роль, предоставляя информацию, позволяющую обеспечить быструю диагностику, оценить эффективность проводимого лечения [1].

Цель исследования. Изучить особенности диагностики сепсиса с помощью биомаркеров, эффективность их применения в хирургической практике.

Материалы и методы

Выполнен обзор данных в PubMed, CochraneLibrary, ScienceDirect, eLIBRARY. Поиск осуществлен по ключевым словам: «сепсис», «биомаркер», «TNF», «CRP», «PCT», «PMN», «PTX3», «PSEP», «IL-1β», «IL-6», «LCN2», «ELANE», «CD64», «SDC-1», «BNP», «suPAR», «PLA2-II», «SIRS». Также был проведен поиск статей в научных журналах. Были применены следующие критерии для исключения анализируемых материалов: описание отдельных клинических случаев; книги и документы; сравнение результатов лечения. В проведенный анализ из 116 первично выявленного источника включены 29.

Результаты

На сегодняшний день общее количество биомаркеров, применимых для дополнительной диагностики сепсиса превышает 178, но показательными являются не все. Предложено четыре класса диагностических биомаркеров: подтверждающие наличие или отсутствие заболевания, показывающие эффективность терапии; коррелирующие с клиническим результатом; применяемые для стратификации или стадирования заболеваний [1]. С целью диагностики сепсиса используют в основном только подтверждающие наличие или отсутствие заболевания [1–10].

Оптимальным в клинической практике для диагностики септических состояний и оценки эффективности антимикробной терапии был признан прокальцитонин (PCT) [11, 12, 21], который зарекомендовал себя как один из наиболее объективных маркеров бактериальной инфекции с чувствительно- стью и специфичностью, достигающей в отдельных группах до 100 % [12, 21]. PCT – высоко специфичный показатель и считается наиболее достоверным критерием контроля течения тяжелой инфекции и сепсиса по сравнению с другими маркерами воспаления, такими, как содержание С-реактивного белка (СРБ), количество лейкоцитов, СОЭ и температура тела [11, 12, 21].

В норме концентрация PCT составляет менее 0,05 нг/мл, при хронических воспалительных или аутоиммунных заболеваниях этот показатель меньше или равен 0,1 нг/мл. При вирусных или локальных бактериальных инфекциях – ниже 0,5 нг/мл, при сепсисе, септическом шоке – выше 10 (табл. 1) [11–14, 21].

Таблица 1

Концентрация прокальцитонина и ее значение

Procalcitonin concentration and its value

Table 1

Значение концентрации PCT The value of the PCT concentration	Концентрация PCT (нг/мл) PCT Concentration (ng/ml)
Норма Standard	< 0,05–0,1
Наличие хронических воспалительных или аутоиммунных заболеваний The presence of chronic inflammatory or autoimmune diseases	< 0,1
Наличие вирусных инфекций The presence of viral infections	< 0,5
Наличие легко или умеренно протекающей локализованной бактериальной инфекции The presence of a mild or moderate localized bacterial infection	< 0,5
ССВО, множественные травмы, новорожденность Systemic inflammatory reaction, multiple injuries, newborn	0,5–2
Тяжелая бактериальная инфекция, сепсис, полиорганная недостаточность Severe bacterial infection, sepsis, multiple organ failure	> 10

Пресепсин (PSEP) – белок, впервые описанный в 2005 г. группой японских ученых Медицинского университета Иватэ [15]. Концентрация PSEP в крови быстро растет при развитии системных инфекций, сепсиса, тяжелого сепсиса и септического шока [15–19, 29]. Механизм повышения уровня PSEP кардинально отличается от механизма повышения других провос-палительных маркеров, таких, как фактор некроза опухолей (TNF), интерлейкин-1β (IL-1β) и интерлейкин-6 (IL-6), PCT, СРБ

[15, 29]. При системном воспалении увеличение показателей PSEP происходит до повышения указанных маркеров [26–29]. Уровни PSEP четко отражают тяжесть течения сепсиса и соответствуют степени тяжести пациентов, определяемым согласно другим шкалам оценки: APACHE II, SOFA, MEDS [26–29]. При контроле терапии сепсиса PSEP быстро снижается или, наоборот, повышается и, в отличие от других маркеров, отражая реальную динамику сепсиса, позволяет прогнозировать исход и рецидивы течения сепсиса [26–29]. Также, следует отметить, что повышение уровня PSEP при сепсисе связано с увеличением вероятности летального исхода, а снижение – с увеличением возможности выживания [15]. В специальном исследовании показано, что PSEP наилучшим образом отражает динамику тяжести сепсиса, в сравнении с другими маркерами [14, 15].

В качестве потенциальных биомаркеров были исследованы провоспалительные цитокины, участвующие в системной воспалительной реакции, такие как TNF, IL-1β и IL-6, а также СРБ.

TNF, IL-1β и IL-6 – цитокины, косвенно указывающие на иммунный ответ организма, на ту или иную травму или инфекцию [12]. TNF и IL-1β, активируя клетки эндотелия, привлекают циркулирующие в плазме крови полиморфноядерные лейкоциты (PMN) в место повреждения [12]. Цитокины, попадая в кровяное русло, провоцируют лихорадку и другие системные симптомы [12]. Максимальные значения TNF регистрируют в острую фазу заболевания, затем отмечается его постепенное снижение [21]. IL-6, усиливая выработку печенью реагентов острой фазы, стимулирует изменения в выработке клеток костным мозгом, в связи с этим вырабатывается больше полиморфноядерных лейкоцитов и повышается реактивность организма [12]. Таким образом, данные цитокины ответственны за развитие системной воспалительной реакции, в связи с этим могут быть применены в качестве биомаркеров сепсиса [12]. Следует отметить, что как правило, уровни TNF и IL-1β повышаются при грамотрицательном сепсисе [5]. Из трех описанных провоспалительных цитокинов IL-6 более других привлекает к себе внимание клиницистов [5]. Он более надежно определяется в плазме крови, чем два других цитокина [5].

Повышение уровня IL-6 в крови наблюдают при многих патологических состояниях: грамотрицательных бактериальных и вирусных инфекциях, тяжелых воспалительных процессах, сепсисе, травмах, системных заболеваниях соединительной ткани, васкулитах [23, 29]. У здоровых людей IL-6 в плазме практически не обнаруживается, его уровни колеблются от 1 до 10 нг/мл. Однако они существенно увеличиваются во время воспаления и могут достигать 100–1000 нг/мл при сепсисе [23, 29]. Уровень IL-6 может использоваться как маркер активности воспаления и «цитокинового шторма», при этом значительное увеличение концентрации IL-6 является предвестником развития полиорганной дисфункции и летального исхода [23, 29].

СРБ зарекомендовал себя как значимый биомаркер инфекции и воспаления [5]. Он является одним из реагентов острой фазы – белков, синтез которых в печени повышается с участием IL-6 [5]. Так как во время острого воспаления уровень СРБ повышается быстрее, чем уровни других реагентов острой фазы, тест долгое время использовался для выявления воспалительных или инфекционных заболеваний, особенно в педиатрии [5]. Его низкая специфичность — недостаток для его использования как биомаркера септических состояний у взрослых, однако он используется для раннего выявления начала сепсиса (в течение первых 24 часов), именно в этих условиях его чувствительность считается очень высокой [5].

Пентраксин-3 (PTX3) – еще один белок, имеющий структурное сходство с СРБ [5]. Различные типы клеток могут продуцировать пентраксин-3 при воздействии первичных воспалительных сигналов [5]. Он имеет хорошую прогностическую ценность для прогнозирования смертности у пациентов с сепсисом [20].

Другими, определяемыми молекулярно-генетическим путем, биомаркерами являются липокалин-2 (LCN2) и экспрессия нейтрофилов (ELANE) [28]. Наблюдается взаимосвязь между их повышением и системной воспалительной реакцией при сепсисе [28]. Следует отметить, что LCN2 и ELANE могут быть связаны не только с сепсисом, но и перитонитом, менингитом, пневмонией, инфекцией и воспалением, высоко экспрессируются и могут служить молекулярными мишенями [28].

CD64, высокоаффинный фрагмент кристаллизующегося γ-рецептора I иммуноглобулина человека G (FcyRI), экспрессируется на макрофагах, моноцитах и эозинофилах. У здоровых людей экспрессия CD64 в нейтрофилах находится на очень низком уровне. Однако у лиц, инфицированных бактериями, экспрессия CD64 на нейтрофилах может быть повышена в течение нескольких часов в 10 и более раз, что позволяет дифференцировать нейтрофилы в состоянии покоя и активированные [21, 29]. Устойчивое повышение данного показателя свидетельствует о неэффективности антибактериальной терапии [29].

Синдекан-1 (SDC-1) – биомаркер деградации гликокаликса, увеличивается с тяжестью септического состояния и связан с плохим прогнозом у пациентов с сепсисом [23]. Имеет хорошую прогностическую ценность для прогнозирования смертности у пациентов с сепсисом – чувствительность около 80-87% [29]. Уровень (SDC-1) более 240 нг/мл могут предсказать недостаточность кровообращения или смерть [29].

Мозговой натрийуретический пептид (BNP) представляет собой сердечный натрийуретический пептидный гормон из 32 аминокислот [22]. Сердечные миоциты представляют собой основной источник пептидов, связанных с BNP, при этом, при сильном воспалении нарушается гомеостаз всей сердечнососудистой системы, и его синтез повышается [22]. Данный процесс связан с образованием значительного количества провоспалительных факторов с высокой кардиотоксичностью [22]. Важно, что развитие вентрикулярной дисфункции происходит уже на ранних стадиях септического шока [22]. Как следствие, именно сердечная недостаточность – наиболее значительное клиническое проявление септического шока, а повреждение миокарда – одно из ранних проявлений септического шока [21–22], приводящих к гипоксии периферических тканей и летальному исходу [21]. Ранние исследования показали повышение уровней BNP при септическом шоке, особенно у пациентов с вентрикулярной контрактильной недостаточностью [22]. Действительно, при сепсисе уровень BNP отрицательно коррелирует с фракцией выброса левого желудочка. BNP в плазме является надежным маркером для выявления пациентов с развившейся депрессией миокарда, вызванной сепсисом [21].

Рецептор урокиназного активатора плазминогена (suPAR) – это новый биомаркер системного воспаления, поскольку он стабильно связан с воспалением и иммунной активацией [14]. Уровни suPAR в крови коррелируют с уровнями установленных воспалительных биомаркеров, а также повышаются при воспалительных заболеваниях и предсказывают их [14]. Уровень suPAR ≥12 нг/мл предсказывают летальный исход в течение 30 дней [29].

Фосфолипаза А2 II группы (PLA2-II) представляет собой фермент, обнаруженный в ряде тканей и секреторных продуктах [26]. Концентрация фермента в плазме резко возрастает при тяжелых инфекциях и заболеваниях, сопровождающихся генерализованным воспалением [26]. На сегодняшний день она является перспективным биомаркером нарастания воспалительной реакции при сепсисе [26]. Стойко повышенные концентрации в сыворотке PLA2-II крови указывают неблагоприятный исход у пациентов с сепсисом [19].

Таким образом, в качестве дополнительной диагностики сепсиса наиболее перспективным представляется применение нескольких видов биомаркеров (табл. 2).

Заключение

Биомаркеры широко применяются в ранней диагностике сепсиса, прогнозировании исхода и как дополнительный критерий при выборе рациональной антибиотикотерапии. Постоянно повышенные уровни CRP и PCT коррелируют с септическими осложнениями. Но для надёжной интерпретации результатов их следует определять в динамике. Из группы провоспалительных цитокинов наиболее часто применяется IL-6, но он недостаточно надёжен как критерий, ограниченно используется в клинической практике. Пресепсин лучше всего подходит для ранней диагностики, но его использование ограничивается высокой стоимостью исследований и отсутствием четко установленного порога. В итоге до сих пор «идеальный» биомаркер сепсиса не определен, требуется глубокая объективная интерпретация их использования. Необходима дальнейшая оценка возможности комбинированного применения биомаркеров, их использования с другими методами диагностики.

Таблица 2

Значения биомаркеров при сепсисе и иных заболеваниях

Biomarker values in sepsis and other diseases

Table 2

Биомаркер Biomarker	Значение в диагностике септических состояний Significance in the diagnosis of septic conditions	Другие причины повышения Other reasons for the increase
Прокальцитонин Procalcitonin	При сепсисе, септическом шоке показатели превышают 10 нг/мл; повышение РСТ может служить показателем нарастающей полиорганной недостаточности [11]. In sepsis and septic shock, the indicators exceed 10 ng/ml; an increase in PCT can serve as an indicator of increasing multiple organ failure [11].	Постнатальный период, малярия, острый респираторный дистресс синдром инфекционного генеза, инфицированный панкреатит, ревматоидный артрит, рожистое воспаление [12]. Postnatal period, malaria, acute respiratory distress syndrome of infectious origin, infected pancreatitis, rheumatoid arthritis, erysipelas [12].
Пресепсин Presepsin	Повышение уровня пресепсина отражает тяжесть течения сепсиса, риск смертности, что помогает идентифицировать пациентов с наибольшей вероятностью ухудшения состояния [17], отражает динамику течения сепсиса [26]. An increase in presepsin levels reflects the severity of the course of sepsis, the risk of mortality, which helps to identify patients with the highest probability of deterioration [17], reflects the dynamics of the course of sepsis [26]	Острый респираторный дистресс синдром, острая почечная недостаточность, ДВС-синдром, грибковая инфекция [17]. Acute respiratory distress syndrome, acute renal failure, DIC syndrome, fungal infection [17].
TNF	Отмечается выраженное повышение концентрации TNF в острую фазу заболевания. В первые сутки этот показатель возрастает, на третьи сутки начинает постепенно снижаться [21]. There is a marked increase in TNF concentration in the acute phase of the disease. On the first day, this indicator increases, on the third day it begins to gradually decrease [21].	Шок после полученной травмы, ожога; ДВС-синдром; аутоиммунные заболевания; аллергические процессы, в т.ч. рецидив бронхиальной астмы; острый криз отторжения трансплантата; псориаз; миеломная болезнь; коллагеноз; острый панкреатит; микоз [21]. Shock after injury, burns; DIC syndrome; autoimmune diseases; allergic processes, including recurrence of bronchial asthma; acute crisis of transplant rejection; psoriasis; myeloma; collagenosis; acute pancreatitis; mycosis [21].
IL-1β	Концентрация IL-1β в первые сутки значительно повышена (достигает 200 пг/мл) [21]. Затем постепенно снижается и на 7 сутки наблюдения IL-1β в 4,4 раза меньше исходного [21]. The concentration of IL-1β on the first day is significantly increased (reaches 200 pg/ml) [21]. Then, IL-1ß gradually decreases and on the 7th day of observation, it is 4.4 times less than the initial one [21].	Туберкулез, пневмокониоз; аутоиммунные заболевания: ревматоидный артрит, болезнь Крона, сахарный диабет 1 типа; отторжение почечного трансплантата; СПИД; миелолейкоз; волосатоклеточный лейкоз; синдром диссеминированного внутрисосудистого свертывания крови [23]. Tuberculosis, pneumoconiosis; autoimmune diseases: rheumatoid arthritis, Crohn’s disease, type 1 diabetes mellitus; kidney transplant rejection; AIDS; myeloid leukemia; hairy cell leukemia; disseminated intravascular coagulation syndrome [23].

Продолжение Таблицы 1

Продолжение Таблицы 1

Синдекан-1 SDC-1	Имеет хорошую прогностическую ценность для прогнозирования смертности у пациентов с сепсисом, чувствительность около 80-87% [29]. Уровни > 240 нг / мл могут предсказать недостаточность кровообращения или смерть [29]. It has good prognostic value for predicting mortality in patients with sepsis, sensitivity is about 80-87% [29]. Levels > 240 ng/ml can predict circulatory failure or death [29].	Травмы органов брюшной полости [29], ДВС-синдром [24]. Abdominal injuries [29], DIC syndrome [24].
Мозговой натрийуретический пептид (BNP) Brain Natriuretic Peptide (BNP)	Уровни> 113 пг / мл могут предсказать летальный исход в течение 28 дней, чувствительность около 86% [29]. Levels > 113 pg/ml can predict death within 28 days, sensitivity is about 86% [29].	Инфаркт миокарда, гипертрофия сердца и легочная гипертензия, ТЭЛА [20, 21]. Myocardial infarction, cardiac hypertrophy and pulmonary hypertension, PE [20, 21].
Рецептор урокиназного активатора плазминогена (suPAR) Plasminogen Urokinase Activator receptor (suPAR)	Уровни ≥ 12 нг/мл предсказывают летальный исход в течение 30 дней [29]. Levels ≥ 12 ng/ml predict a fatal outcome within 30 days [29].	Заболевания почек, опухоли, системная красная волчанка [26, 27] Kidney diseases, tumors, systemic lupus erythematosus [26, 27]
Фосфолипаза А2 II группы (PLA2-II) Group II phospholipase A2 (PLA2-II)	Стойко повышенные концентрации в сыворотке крови указывают на неблагоприятный исход у пациентов с сепсисом [29]. Активность снижена на ранних этапах сепсиса, но значительно повышается на поздних [28]. Persistently elevated serum concentrations indicate an unfavorable outcome in patients with sepsis [29]. Activity is reduced in the early stages of sepsis, but increases significantly in the later stages [28].	Острый панкреатит, перитонит, множественные травмы, артропатии [27]. Acute pancreatitis, peritonitis, multiple injuries, arthropathies [27].