Analýza sublingvální mikrovaskulární glykokalyx u pacientů v intenzivní péči – prospektivní observační studie

Souhrn

Cíl studie: Centrální roli v udržování integrity mikrocirkulace a metabolismu tkání hraje endoteliální glykokalyx (EG). Kritické stavy mohou narušit strukturu a funkci EG řadou mechanismů. Cílem naší studie bylo popsat stav endoteliální glykokalyx u pacientů v intenzivní péči za využití neinvazivní metody v závislosti na tíži stavu pacientů a použitých metodách orgánové podpory/náhrady.

Typ studie: Monocentrická, prospektivní, observační.

Typ pracoviště: Lůžkové oddělení ARO, fakultní nemocnice.

Materiál a metody: Dospělí pacienti přijati s předpokladem pobytu na oddělení minimálně 7 dní byli zařazeni do studie. Sledována byla klinická data a sublingvální mikrocirkulace k analýze parametru perfused boundary region (PBR).

Výsledky: Medián vstupní hodnoty PBR souboru (n = 40) byl 1,97 μm (IQR: 1,75–2,12). PBR bylo statisticky nevýznamně vyšší u pacientů s hyperlipidemií (p = 0,07). Nebyly nalezeny statisticky významné rozdíly v PBR mezi jednotlivými měřeními. PBR nekorelovalo s APACHE II ani se SOFA skóre. Přestože PBR vykazovalo vyšší trend k 5. dni u pacientů se septickým šokem a kumulativní hodnoty PBR byly statisticky významně vyšší u pacientů se septickým šokem, parametr PBR se ukázal jako slabý prediktor septického šoku i pozitivní bilance tekutin. PBR bylo též statisticky významně vyšší u pacientů, u nichž kritický stav nevznikl náhle (p = 0,0038) a u pacientů s přístrojovou náhradou renálních funkcí (p = 0,007).

Závěr: Hodnoty PBR pacientů vykazovaly vysokou variabilitu, která neumožňuje jejich praktické využití v predikci sepse nebo pozitivní bilance tekutin. Vyšší hodnoty PBR byly spojeny se septickým šokem, postupným vznikem kritického stavu a přítomností CRRT.

Klíčová slova:

endoteliální glykokalyx – sublingvální mikrocirkulace – intenzivní péče

ÚVOD

Endoteliální glykokalyx (EG) je mikroskopická výstelka vnitřního povrchu cév 1. Výsledky výzkumu posledních let prokazují ústřední roli EG ve fyziologických a patofyziologických dějích mikrocirkulace a v rozvoji poškození endotelu 2, 3. Mukopolysacharidová struktura EG ji činí náchylnou k degradaci, ke které v kontextu kriticky nemocných dochází nejčastěji u sepse, traumat a u ischemicko-reperfuzního poškození 2, 4–6. Klinické studie o dynamice změn EG u pacientů v průběhu intenzivní péče jsou ojedinělé 7, 8, práce zabývající se vlivem postupů přístrojové podpory orgánových funkcí jsme v dostupných zdrojích nenalezli. Nejvíce údajů je z oblasti mimotělního oběhu u srdečních operací 9. S ohledem na současnou evidenci o degradaci EG u kritických stavů jsme formulovali hypotézu, že existuje vztah mezi mírou degradace EG a tíží klinického stavu.

Cílem studie bylo sledování dynamiky EG u pacientů přijatých do intenzivní péče a posouzení vztahu mezi stavem EG, tíží klinického stavu a přítomností vybraných intervencí přístrojové podpory či modulace orgánových funkcí.

SOUBOR A METODY

TYP STUDIE

Prospektivní observační monocentrická studie byla schválena Etickou komisí Fakultní nemocnice Hradec Králové (č. j. 201404 S15P). U všech pacientů zařazených do studie byl získán informovaný souhlas (IS) s účastí ve studii. U pacientů bez možnosti získání IS z důvodu jejich zdravotního stavu byl využit pro vstup do studie institut „nezávislého lékaře“ a IS byl získáván dodatečně.

Plánovaná doba pro zařazování pacientů do studie byla dvanáct měsíců (1. 1. 2016 – 31. 12. 2016), reálné zařazování pacientů probíhalo až do 31. 8. 2018. Studie probíhala na lůžkovém oddělení (dále uváděno jako JIP) Kliniky anesteziologie, resuscitace a intenzivní medicíny Fakultní nemocnice Hradec Králové.

KRITÉRIA ZAŘAZENÍ DO STUDIE

Věk nad 18 let, přítomnost invazivní ventilační podpory v čase přijetí a předpoklad doby pobytu na pracovišti intenzivní péče (JIP) delší než 7 dní. Sledované ukazatele:

• Typ/kategorie pacientů:
  • trauma,
  • pooperační stav,
  • nechirurgický stav (tzv. interní profil),
  • stav po kardiopulmonální resuscitaci (KPR).
• Přítomnost vybraných komorbidit:
  • diabetes mellitus, typ 2,
  • hypertenze,
  • ischemická choroba srdeční,
  • hyperlipidemie,
  • hypotyreóza.
• APACHE II skóre při přijetí.
• SOFA skóre (nejhorší hodnota v průběhu prvních 24 hodin od přijetí).
• Přítomnost sepse a septického šoku.
• Přítomnost kontinuální eliminační metody náhrady ledvin (CRRT).
• Přítomnost cílené regulace tělesné teploty (protokol řízené hypotermie u pacientů po KPR).
• Kumulativní bilance tekutin (korigovaná na tělesnou hmotnost), jednotlivé dny pobytu na JIP.
• Vznik deliria v průběhu pobytu na JIP (definováno existencí záznamu o rozvoji delirantního stavu s použitím farmakologické nebo nefarmakologické intervence ve zdravotnické dokumentaci).
• Klinický výsledek:
  • přežití,
  • nepřežití.
• Perfused boundary region (PBR) – parametr nepřímého posouzení tloušťky EG (popis níže) byl měřen při příjmu na JIP (PBR-b), 1. den (PBR-1), 3. den (PBR-3), 5. den (PBR-5) a 7. den (PBR-7) pobytu na JIP (obr. 1b).

PERFUSED BOUNDARY REGION

Vyhodnocení parametru PBR bylo automatické za použití softwaru GlykoCheck (GlykoCheck, Maastricht, Nizozemsko) [10] s využitím videosekvencí odebraných v oblasti sublingvální mikrocirkulace. Záznam sublingvální mikrocirkulace byl pořízen plně podle navigace programu. KK kamera (Research Technology Limited, Alliance Court, Honiton, Velká Británie), fungující na principu tzv. SDF imaging, byla přiložena volně pod jazyk a po stabilizaci obrazu, optimální intenzitě a zaostření začal automaticky záznam, který byl ukončen po uložení nejméně 3 000 kapilárních segmentů o délce 10 mm a průměru 5–25 mm. Program dále automaticky vypočítal průměr středního proudu erytrocytů v kapilárních segmentech a jejich rozptyl odečtením průměru kapiláry od průměrné hodnoty středového sloupce erytrocytů. Výsledný numerický údaj v μm představuje PBR, tedy perfundovanou hraniční zónu, a udává míru penetrace erytrocytů do EG. Čím je hodnota PBR vyšší, tím více se erytrocyty přibližují endoteliálním buňkám, což demonstruje ztenčení vrstvy EG. Pro zhodnocení PBR v každém časovém bodě byl použit průměr vždy dvou měření.

STATISTICKÉ ZPRACOVÁNÍ

Kalkulace minimální velikosti souboru 30 pacientů vycházela z předpokladu rozdílu v hodnotách perfused boundary region jako nepřímého indikátoru poškození EG (bližší popis metodiky je uveden níže) mezi zdravými dobrovolníky a pacienty v kritickém stavu, z předpokladu korelace mezi tíží klinického stavu a mírou poškození EG (odhad korelačního koeficientu 0,6), definování chyby typu I = 0,05 a síly studie = 0,9.

Kontinuální data jsou prezentována jako průměr ± směrodatná odchylka (SD), hodnoty PBR jsou prezentovány jako medián ± kvartilové rozpětí (IQR). Rozdíly mezi skupinami byly podle typu dat kalkulovány, srovnávány nepárovým t-testem, Mann Whitneyovým pořadovým testem a analýzou rozptylu jednoduchého třídění (One-Way ANOVA). K posouzení korelace mezi hodnotou PBR a hodnotou APACHE II, SOFA a tekutinové bilance byl použit Pearsonův korelační koeficient s intervalem spolehlivosti 95 % (CI 95 %). K posouzení schopnosti PBR (senzitivita a specificita) predikovat septický šok nebo pozitivní tekutinovou bilanci byla kalkulována ROC křivka (receiver operating characteristic). Za statisticky významné byly považovány rozdíly s P < 0,05. Statistické analýzy a grafy byly provedeny s využitím počítačových programů MedCalc 7.6.0. (MedCalc Software, Ostende, Belgie) nebo Prism 5 for Mac OS X (Version 5.0b, December 19, 2008).

VÝSLEDKY

V průběhu sledovaného období bylo provedeno screeningové vyšetření u 634 pacientů, do studie bylo zahrnuto 45 pacientů, finální analýza byla provedena u 40 pacientů (obr. 1a).

Demografické údaje souboru ukazuje tab. 1. Hodnota PBR-b uváděná jako medián (IQR) celého souboru byla 1,97 μm (1,75–1,12). V hodnotě PBR-b jsme nenalezli statisticky významný rozdíl mezi muži a ženami: 1,95 μm (1,77–2,12), resp. 2,02 μm (1,71–2,15), P = 0,75. Rovněž jsme nezjistili statisticky významný rozdíl mezi vstupními hodnotami PBR v závislosti na sledovaných komorbiditách, pacienti s hyperlipidemií měli statisticky nevýznamně vyšší hodnoty PBR-b ve srovnání s pacienty bez hyperlipidemie: 2,05 μm (1,81–2,35) vs. 1,92 μm (1,73–2,09), P = 0,07.

Mezi hodnotami PBR celého souboru v průběhu pobytu na JIP (tab. 2, obr. 2) jsme nenalezli statisticky významné rozdíly. Hodnota PBR-b nekorelovala s APACHE II (r = 0, 2852; 95% CI -0,0289–0,5480; P = 0,0745) ani se SOFA skóre při přijetí (r = 0,3083; 95% CI -0,0035–0,5655; P = 0,0529). Nebyly nalezeny statisticky významné rozdíly v hodnotách PBR-b mezi pacienty se sepsí a pacienty bez sepse: 2,02 μm (1,92–2,20) vs. 1,93 μm (1,69–2,11), P = 0,37. Hodnoty PBR od přijetí až k 5. dni vykazovaly vyšší trend u pacientů se septickým šokem ve srovnání s pacienty se sepsí bez šoku, rozdíly nedosahovaly statistické významnosti. Schopnost vstupní hodnoty PBR predikovat septický šok byla nízká (plocha pod ROC křivkou = 0,650; 95% CI 0,483–0,793), hodnota PBR > 1,82 μm měla 100% senzitivitu a 35% specificitu (obr. 3). Dodatečná analýza kumulativních hodnot PBR vykazuje statisticky významně vyšší hodnoty PBR u pacientů se septickým šokem ve srovnání s pacienty se sepsí bez septického šoku: 2,10 μm (2,00–2,20) vs. 1,94 μm (1,76–2,10), P = 0,01 (obr. 4).

U pacientů s náhlým vznikem kritického stavu (trauma, stav po KPR, n = 19) byly nalezeny ve srovnání se skupinou pacientů bez náhlého vzniku kritického stavu (nechirurgický typ, n = 21) nižší hodnoty PBR po celou dobu pobytu na JIP, statisticky významný rozdíl v PBR byl identifikován pouze v čase přijetí na JIP: 1,77 μm (1,63–2,01) vs. 2,07 μm (1,92–2,32), P = 0,0038 (obr. 5). Nebyly nalezeny statisticky významné rozdíly v hodnotách PBR u pacientů s deliriem a bez deliria.

Nebyl nalezen statisticky významný vztah mezi hodnotou PBR-b a velikostí kumulativní tekutinové bilance v den přijetí (r = 0,1401; 95% CI: -0,1792–0,4327, P = 0,3886) a hodnotou PBR-1 a tekutinovou bilancí za první den pobytu na JIP (r = 0,0755; 95% CI = -02417–0,378; P = 0,6433). Schopnost vstupní hodnoty PBR predikovat pozitivní tekutinovou bilanci v pásmech 30, 40 a 50 ml/kg v den přijetí na JIP byla nízká (plocha pod ROC křivkou = 0,509; 95% CI 0,346–0,670, resp. 0,529; 95% CI 0,365–0,688, resp. 0,657; 95% CI 0,490–0,800).

Dodatečné srovnání kumulativních hodnot PBR ukázalo statisticky významně vyšší hodnoty mezi pacienty s CRRT (n = 5) a bez CRRT (n = 35): 2,13 μm (2,02–2,28) vs. 1,99 μm (1,79–2,12), P = 0,007 (obr. 6). U pacientů s protokolem řízené hypotermie nebyly nalezeny rozdíly v hodnotách PBR v žádném ze sledovaných časových bodů ve srovnání s pacienty bez protokolu řízené hypotermie.

DISKUSE

Získané výsledky představují další rozšíření stavu odborného poznání změn EG v průběhu kritického stavu. Role EG v patogenezi patologických stavů v řadě klinických oborů nabývá na významu, společným jmenovatelem je endoteliální dysfunkce [5, 11–16].

Metoda PBR jako nepřímého indikátoru poškození EG byla použita jen v omezeném počtu studií zaměřených na populaci kriticky nemocných [8, 17–18]. Naše výsledky z pohledu dosažených hodnot PBR na souboru kriticky nemocných jsou odlišné a u většiny pacientů nedosahují hodnoty uváděné pro populaci pacientů v intenzivní péči [18]. Donati a spolupracovníci ve své práci nalezli u pacientů v intenzivní péči vyšší mediány hodnot PBR (2,7 μm) ve srovnání s tzv. zdravou populací (2,46 μm), medián hodnot našich pacientů byl 1,97 μm. Při srovnání pacientů se sepsí a bez sepse nebyly rovněž nalezeny signifikantní rozdíly v PBR, přestože trendově pacienti se sepsí měli vyšší hodnoty [18]. V naší práci nebyl zjištěn signifikantní rozdíl v PBR mezi pacienty se sepsí a bez sepse, nicméně hodnoty PBR od přijetí až k 5. dni vykazovaly vyšší trend u pacientů se septickým šokem ve srovnání s pacienty se sepsí bez šoku, kumulativní hodnoty PBR mezi pacienty se septickým šokem byly v naší práci statisticky významně vyšší ve srovnání s pacienty se sepsí bez septického šoku. Diskriminační hodnota PBR pro predikci sepse byla v naší práci rovněž nižší (1,87 μm) ve srovnání s 2,76 μm v Donatiho studii. Je velmi pravděpodobné, že tíže poškození EG stoupá se závažností septického šoku a že v případném hodnocení PBR musí být vzaty do úvahy její výchozí hodnoty, jsou-li dostupné. Identicky se studií Donatiho jsme nenalezli statisticky významnou korelaci mezi hodnotou PBR a APACHE II nebo SOFA skóre.

Vyšší hodnoty PBR byly rovněž nalezeny v recentní práci Rovase a spol. sledující PBR u kriticky nemocných pacientů na JIP a na oddělení urgentního příjmu (OUP) [19]. Medián hodnoty PBR na JIP byl 2,58 μm, resp. 2,32 μm na OUP. Odlišná „pásma“ hodnot PBR souboru kriticky nemocných v naší práci a ve výše uvedených studiích jsou zjevná. Za nejvíce pravděpodobné vysvětlení považujeme (při automatizovaném snímání videosekvencí sublingvální mikrocirkulace a následné plně automatizované analýzy PBR) vysokou variabilitu hodnot PBR, na níž se může podílet řada chronických i akutních proměnných se vztahem k pacientovi (např. věk, komorbidity, kouření, farmakoterapie, stav volemie, hladiny natria, anémie a řada dalších) [16, 20–23]. Vysokou interindividuální variabilitu parametru PBR konstatuje jak zmíněná práce Rovase, tak ji potvrzují i vlastní hodnoty PBR v rozpětí 1,61–2,25 μm získané od 21 zdravých mladých dobrovolníků (nepublikovaná data, rukopis v přípravě). Z toho důvodu je obtížné jak definování velikosti souboru na počátku studie, tak hodnoty PBR u zdravé populace (ve většině prací je tato hodnota nižší než 2 mm) a výsledky u jednotlivých autorů s tím nekorespondují. V naší studii bychom hypoteticky při širší kohortě pa­cientů mohli získat jiná data.

Z pohledu role EG v patogenezi kritických stavů považujeme za důležité diskutovat tři výsledky naší práce. Za prvé, nález vyšší hodnoty PBR u stavů, které vznikaly s velkou pravděpodobností postupně – výsledky podporují tezi, že chronické stavy mohou negativně ovlivňovat integritu EG a že EG pacientů s dlouhodobými komorbiditami (např. diabetes mellitus, kardiovaskulární choroby) v čase vzniku kritického stavu může být v horší „kondici“ než u pacientů bez předchozího onemocnění, kde dojde ke zhoršení stavu vlivem akutního inzultu (trauma, zástava oběhu) bez chronickým stavem navozené poruchy integrity EG. Asociace dysfunkce EG s chronickými chorobami je prokázána [24], srovnání PBR mezi populacemi na JIP akutně vzniklých stavů a stavů vzniklých progresí chronické choroby jsme v dostupné literatuře nenašli. Zda může akutnímu inzultu předcházející poškození EG fungovat jako „preconditioning“, nebo naopak zda takovéto dlouhodobé „poškození“ činí EG více zranitelnou i vůči (za jiných okolností) podprahovým podnětům, nelze na základě dostupné evidence jednoznačně formulovat. Za druhé, vyšší hodnoty PBR u pacientů s CRRT ve srovnání s nemocnými bez CRRT podle našeho názoru jednoznačně podporují potenciální negativní roli všech intervencí založených na mimotělní cirkulaci krve na integritu EG, přestože reálný biologický a klinický význam podílu CRRT může být v kontextu ostatních proměnných ovlivňujících EG velmi malý. Degradace EG je opakovaně popsána u pacientů s mimotělním oběhem pro operace [25] i při použití hemodialýzy, přestože se např. u hemodialyzovaných pacientů na dysfunkci EG může podílet i případná hypervolemie [26–27].

Za třetí, u pacientů s hyperlipidemií jsme zjistili trend k vyšším hodnotám PBR ve srovnání s pacienty, kde hyperlipidemie nebyla přítomna. Role lipidů ve vztahu k integritě EG je studována řadu let, primární zájem byl především v kontextu aterogeneze [28–29], nověji se diskutují koncepty ochrany EG např. glykolipidy [30–32]. Výsledky navazujícího výzkumu autorů práce umožňují rovněž formulovat hypotézu případného ochranného efektu podávaných tukových emulzí na integritu EG u kriticky nemocných (nepublikovaná data, rukopis v přípravě).

Za hlavní limit studie považujeme kromě počtu analyzovaných pacientů především metodu hodnocení EG, resp. fakt, že PBR byl jedinou použitou metodou kvantifikace změn EG. Jakkoliv je analýza sublingvální mikrocirkulace s využitím parametru PBR v současnosti prakticky jedinou klinicky využitelnou metodou k nepřímému posouzení EG, variabilita parametru PBR je podle názoru autorů práce tak veliká, že všechny práce zabývající se sledováním EG by měly využívat minimálně ještě jednu další metodu kvantifikace poškození EG založenou na jiném principu, než je PBR, např. sledování některého z degradačních produktů EG. Též zatím nelze určit, zdali je hodnotnější sledování absolutní hodnoty PBR či jejího trendu v čase.

Role EG v patogenezi chorobných stavů je studována s narůstajícím zájmem řady klinických oborů (kardiologie, diabetologie, nefrologie, revmatologie, hematologie, onkologie). Patologie endotelu se ukazuje jako jeden z klíčových momentů rozvoje orgánového poškození u pacientů v intenzivní péči. Výzkum EG představuje jeden ze směrů, který v budoucnu může přinést do akutní medicíny řadu nových konceptů a/nebo přinést nové pohledy na dosavadní praxi – např. tekutinová terapie (rychlost infuzní terapie, složení roztoků) nebo změny plazmatického natria [33] mohou modulovat stav EG. Prohloubení stavu odborného poznání o případném vlivu našich léčebných postupů na EG může v budoucnu (z)měnit dosavadní pohled na jejich použití [34].

ZÁVĚR

Hodnoty PBR pacientů v intenzivní péči vykazovaly vysokou variabilitu, která neumožňuje jejich praktické využití v predikci sepse nebo pozitivní bilance tekutin. Vyšší hodnoty PBR byly spojeny se septickým šokem, náhlým vznikem kritického stavu a přítomností CRRT. Hodnocení stavu EG v klinických studiích by mělo být založeno na kombinaci více metod.

Práce je původní, nebyla publikována ani není zaslána k recenznímu řízení do jiného média.

Autoři prohlašují, že nemají střet zájmů v souvislosti s tématem práce.

Všichni autoři rukopis četli, souhlasí s jeho zněním a zasláním do redakce časopisu Anesteziologie a intenzivní medicína.

Podíl autorů:

• AD: příprava protokolu, sběr dat, analýza dat, příprava publikace.
• DP: sběr dat, analýza dat, příprava publikace.
• ČPR: sběr dat, příprava publikace.
• ŠR: analýza dat, příprava publikace.
• ČV: příprava grantu, příprava protokolu, analýza dat, příprava publikace a finální editace.

Financování: Podpořeno z programového projektu Ministerstva zdravotnictví ČR s reg. č. 15-31881A.

Veškerá práva podle předpisů na ochranu duševního vlastnictví jsou vyhrazena.

Registrace: Studie byla zaregistrována v databázi ClinicalTrials.gov (identifikační číslo: NCT03146585).

Projednání etickou komisí: Etická komise Fakultní nemocnice Hradec Králové, č.j. 201404 S15P.

Do redakce došlo dne 1. 1. 2019.

Do tisku přijato dne 27. 1. 2019.

Adresa pro korespondenci:

prof. MUDr. Vladimír Černý, Ph.D., FCCM

cernyvla1960@gmail.com