Alai

Abstract

A szepszis a szisztémás válasz a mikrobiális organizmusok által okozott fertőzésre. A baktériumok vagy más mikrobiális organizmusok által okozott fertőzés differenciáldiagnózisa elengedhetetlen a hatékony kezeléshez és a prognosztikai értékeléshez. A bakteriális fertőzések diagnózisának jelenlegi klinikai laboratóriumi módszerei vagy nem specifikusak, vagy hosszabb átfutási időt igényelnek. A prokalcitonin (PCT) olyan biomarker, amely más proinflammatorikus markereknél (pl. citokinek) nagyobb specificitást mutat a szepszisben szenvedő betegek azonosításában, és felhasználható a bakteriális fertőzések diagnózisában. Ebben a cikkben áttekintjük a PCT-vel kapcsolatos jelenlegi ismereteket és a klinikai laboratóriumi környezetben való felhasználását.

A klinikai laboratóriumban fontos fejlesztési terület volt annak meghatározása, hogy a betegeknél a gyulladás oka bakteriális eredetű-e. A PCT-nek a klinikai laboratóriumban való felhasználása a gyulladás okának megállapítása. Számos klinikai laboratóriumi vizsgálatot alkalmaztak a szepszis diagnózisára.1 A bakteriális fertőzés diagnózisának arany standardja a tenyésztéses módszer, de a végleges eredmény 24 vagy több órát is igénybe vehet a végleges diagnózis felállításáig. Számos gyulladásos markert, például a leukocita sejtszámot, a C-reaktív fehérjét (CRP) és a citokineket (TNF-α, IL-1β vagy IL-6) alkalmazták a gyulladás és a fertőzés diagnosztikájában, de a specifitásuk hiánya folyamatos érdeklődést váltott ki a specifikusabb klinikai laboratóriumi tesztek kifejlesztése iránt.2 Az egyik ígéretes marker a prokalcitonin (PCT), amelynek koncentrációja emelkedettnek bizonyult szepszisben. A bakteriális fertőzésekre való specifitása miatt a PCT-t a bakteriális fertőzések gyors diagnózisának megfelelő markerként javasolták, különösen a kórházi sürgősségi osztályokon és intenzív osztályokon való használatra. Az 1990-es években történt azonosítása és a szepszissel való összefüggésbe hozása óta számos, a PCT-t és annak klinikai alkalmazását érintő vizsgálatot végeztek. A PCT-szintek meghatározására szolgáló teszt már évek óta elérhető Európában, és nemrégiben az FDA engedélyezte az Egyesült Államokban való használatát.3

A PCT biokémiája

A kalcitonin egy 116 aminosavból álló peptid, amelynek megközelítőleg 14,5 kDa MW-ja van, és a kalcitonin (CT) peptidek szupercsaládjába tartozik. Három részre osztható, beleértve a PCT régió aminoterminusát, az éretlen kalcitonint és a kalcitonin karboxilterminus peptid-1-et (CCP-1, más néven katakalcin) (1. ábra).4 A prokalcitonint a 11. kromoszómán található CALC-1 gén kódolja. A CALC-1 gén elsődleges transzkriptumának 1 helyen történő hasítása pre-PCT-t eredményez, amely további proteolitikus hasításon megy keresztül a szignálszekvenciáján, így keletkezik a PCT.5,6 A CT peptidek szupercsaládjának többi tagja a kalcitonin génnel kapcsolatos peptid I, II (CGRP-I, CGRP-II), az amilin és az adrenomedullin. A kalcitonin génnel kapcsolatos peptid I-et szintén a CALC-1 gén kódolja, és a CALC-1 mRNS elsődleges transzkriptumának alternatív splicingje révén keletkezik. A kalcitonin génnel kapcsolatos peptid II-t, az amilin és az adrenomedullin más gének kódolják (1. táblázat).

A kalcitonin expressziója szövetspecifikus módon történik. Fertőzés hiányában a PCT-t termelő CALC-1 gén transzkripciója a nem neuroendokrin szövetekben elnyomott, kivéve a pajzsmirigy C-sejtjeit, ahol az expressziója PCT-t, a CT prekurzorát termeli egészséges és nem fertőzött egyénekben5. A szintetizált PCT ezután poszttranszlációs feldolgozáson megy keresztül, hogy kis peptideket és érett CT-t hozzon létre, amely az éretlen CT C-terminális glicinjének a peptidil-glicin α-amidáló monooxigenáz (PAM) általi eltávolítása eredményeként jön létre.7 Az érett CT a titkársági granulumokban tárolódik, és a vérbe szekretálódik a kalciumkoncentráció szabályozása céljából. Mikrobiális fertőzés jelenlétében a nem neuroendokrin szövetek is expresszálják a CALC-1 gént, hogy PCT-t termeljenek. A mikrobiális fertőzés a CALC-1 gén expressziójának jelentős növekedését idézi elő a szervezet valamennyi PCT-t termelő parenchymaszövetében és differenciált sejttípusában.8 A szintje a súlyos szisztémás fertőzésekben jelentősen megnő, összehasonlítva a mikrobiális fertőzések egyéb paramétereivel.9 A nem neuroendokrin szövetekben szintetizálódó PCT funkciója mikrobiális fertőzés alatt jelenleg nem tisztázott, kimutatása azonban segített a gyulladásos folyamatok differenciáldiagnosztikájában.

A szepszis áttekintése

A szepszis a mikrobiális ágensek, például baktériumok, gombák és élesztőgombák által okozott fertőzésre adott szisztémás választ jelenti, amikor a betegnél jellemzően láz, tachycardia, tachypnoe és leukocitózis alakul ki. A vérből vagy a fertőzés helyéről vett mikrobiológiai tenyészetek gyakran, bár nem kivétel nélkül, pozitívak. A súlyos szepszis legalább 1 szerv hipoperfúziójával vagy diszfunkciójával jár. Ha a súlyos szepszist hipotenzió vagy több szervrendszeri elégtelenség kíséri, az állapotot szeptikus sokknak nevezzük. Epidemiológiai tanulmányok szerint az Egyesült Államokban évente körülbelül 750 000 szepszis előfordulását jelzik.10 A szepszis jelei és tünetei igen változatosak, és számos tényező befolyásolja őket, beleértve a kórokozó virulenciáját és biológiai terheltségét, a behatolási portált és a gazdaszervezet fogékonyságát. Elsődleges helyszínek a légúti fertőzések, ezt követik a húgyúti fertőzések és a gyomor-bélrendszeri fertőzések.11 Az utóbbi időben egyre több jelentés látott napvilágot a kórházi betegek bakteriális fertőzéseiről a katéterezésből és az immunszuppresszív terápiákból eredő nosokomiális fertőzések növekedése miatt, a meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) megnövekedett okai mellett.11 A kórházi betegek immunreakciójának kezelésében fontos a bakteriális, más mikrobiális fertőzésből vagy szervkilökődésből eredő gyulladás megkülönböztetése. A klinikai gyakorlatban gyakori probléma, hogy a bakteriális és vírusfertőzések jelei és tünetei nagymértékben átfedik egymást, különösen a légúti fertőzések esetében. Esetenként a diagnosztikai bizonytalanság még a kórtörténet felvétele, a fizikális vizsgálat, a mellkasröntgenvizsgálat és a laboratóriumi vizsgálatok elvégzése után is fennmarad. Így egy nagyobb specificitású laboratóriumi vizsgálat jelentősen javítaná a klinikai differenciáldiagnózist ezekben az esetekben. Ezenkívül a fertőzés differenciáldiagnózisa segítene annak eldöntésében, hogy előnyös lenne-e az antibiotikumos kezelés. E tekintetben az összes antibiotikumadag körülbelül 75%-át olyan akut légúti fertőzésekre írják fel, amelyeknek túlnyomórészt vírusos etiológiájuk van.5 Az antibiotikumok túlzott használata a fő oka az antibiotikum-rezisztens baktériumok terjedésének. Ezért az antibiotikumok használatának csökkentése alapvető fontosságú az antibiotikum-rezisztens mikroorganizmusok elszaporodása elleni küzdelemben.

A szepszis diagnosztikai módszerei

A szepszis hagyományos diagnosztikai módszere vér, vizelet, agy-gerincvelői folyadék (liquor) vagy hörgőfolyadék minták tenyésztését foglalja magában, és általában 24-48 órát vesz igénybe. Sajnos a klinikai tünetek gyakran pozitív tenyésztés hiányában is jelentkeznek. A fertőzés hagyományos klinikai tünetei és a szepszisre vonatkozó rutin laboratóriumi vizsgálatok, mint például a CRP vagy a leukocitaszám, nem diagnosztikusak és néha félrevezetőek. Súlyos fertőzésekben a legtöbb klasszikus pro-inflammatorikus citokin, mint például a TNF-α, IL-1β vagy IL-6, csak rövid ideig vagy időszakosan emelkedik, ha egyáltalán emelkedik. A fenti diagnosztikai és terápiás dilemmák fényében a fertőzés és a szepszis differenciáldiagnózisának egyértelműbb tesztje kiemelkedően fontos.

PCT mérés a bakteriális fertőzések diagnosztikájában

A 90-es évek közepe óta egyre gyakrabban alkalmazzák a PCT méréseket a szisztémás bakteriális fertőzések azonosítására.3 A PCT rövid felezési ideje (25-30 óra a plazmában), párosulva azzal, hogy a bakteriális fertőzések egészségi állapotában és specificitásában gyakorlatilag nincs, egyértelmű előnyt jelent a bakteriális fertőzések más markereivel szemben.3,4,4 Vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a PCT-szint emelkedése vírusfertőzések esetén minimális, míg az endotoxin egyszeri beadása után a szintek gyorsan emelkednek.12,13 Továbbá a PCT emelkedése nem kapcsolódik specifikus baktériumtörzsekhez, bár Rowther és munkatársai vizsgálatában szeptikus betegekből származó, >2 ng/ml szérum PCT-szintű törzseket azonosítottak és felsoroltak.14 Nemrégiben Jacquot és munkatársai kimutatták, hogy a PCT gyors mérése segíthet kizárni a nosokomiális fertőzést az intenzív osztályon kórházba került újszülötteknél.15

Egy másik tanulmányban de Jager és munkatársai azt vizsgálták, hogy a Legionella pneumophila által okozott, közösségben szerzett tüdőgyulladással (CAP) fertőzött betegek vérében a PCT-szint mérése mennyire értékes más hagyományos paraméterekkel, például a CRP-vel és a WBC-számmal összehasonlítva.16 Azt találták, hogy a PCT kezdeti magas szintje súlyosabb betegségre utal, és ez a beteg hosszabb intenzív osztályon (ICU) tartózkodásában és/vagy a kórházi halálban nyilvánult meg. Továbbá a tartósan emelkedett PCT-szintek mindig kedvezőtlen kimenetelre utaltak. Így a PCT-szintek meghatározása értékes információt szolgáltatott a betegek prognózisáról, amelyet a hagyományos gyulladásos paraméterekből, például a CRP- és a WBC-számból nem lehetett meghatározni. Továbbá a PCT-mérések felhasználása a betegek antibiotikumokkal történő hatékony kezeléséhez bizonyítottan csökkenti a betegek kórházi tartózkodását. Kristoffersen és munkatársai arról számoltak be, hogy azoknál a betegeknél, akik krónikus obstruktív tüdőbetegségben szenvedtek, egyetlen szérum PCT-meghatározás a felvételkor 7,1 napról 4,8 napra csökkentette az átlagos tartózkodási időt.17

A PCT mérése

A kalcitonin mennyiségi homogén teszttel (BRAHMS, Hennigsdorf, Németország) mérhető. A vizsgálat a Time Resolved Amplified Cryptate Emission (TRACE) technológián alapul (2. ábra). Egy 337 nm-es nitrogénlézert irányítanak a PCT-t és 2 fluoreszcensen jelölt, a PCT peptid különböző epitópjait felismerő antitestet tartalmazó mintára. A vizsgálat elve a “donor” és “akceptor” molekulák közötti nem sugárzó energia átadásán alapul. A donor molekula gerjesztéskor 620 nm-en hosszú élettartamú fluoreszcens jelet bocsát ki a millimásodperces tartományban, míg az akceptor molekula gerjesztéskor 665 nm-en rövid élettartamú jelet bocsát ki a nanoszekundumos tartományban. Amikor a két molekula a PCT-hez kötődve közel kerül egymáshoz, a keletkező jel 665 nm-en felerősödik és néhány mikromásodpercig elhúzódik. Ez a meghosszabbítás biztosítja, hogy a jel a (biológiai mintákban gyakori) háttérfluoreszcencia lecsengése után is mérhető legyen. A BRAHMS-tesztben a donor molekula egy Europium Cryptate-jelölt poliklonális juh antitest, amely az éretlen CT régió epitópjait ismeri fel, míg az akceptor molekula egy XL665-jelölt monoklonális antitest, amelyet a PCT CCP-1 régiója ellen neveltek.18,19

A vizsgálatra alkalmas minta lehet szérum vagy plazma, amelyhez EDTA-t vagy heparint használnak alvadásgátlóként, de citrátot nem, mivel ez bizonyítottan alulbecsüli a PCT szintjét.18

PCT mérések más betegségekben

A PCT mint diagnosztikus marker hasznosságát más gyulladásos állapotokban is értékelték és áttekintették Becker és munkatársai.20 Maláriában a PCT szintje mind a súlyos, mind a szövődménymentes Plasmodium falciparum maláriában emelkedett, de nem volt használható a 2 típus megkülönböztetésére, és így korlátozottan volt használható a diagnózisában.21,22 A PCT értékét a tüdőtuberkulózis (PTB) diagnózisában szintén vizsgálták, és kevés értéket mutattak ki.19 Baylan és munkatársai azt találták, hogy a szérum PCT szintje kissé magas volt a felvételkor az aktív PTB-s betegeknél a kontrollokhoz és a tuberkulózis elleni kemoterápiában részesülő betegekhez képest. Bár ez a különbség statisztikailag szignifikáns volt, a legtöbb PTB-s eset PCT-szintje (58,7%) a szokásos határérték (0,5 ng/ml) alatt volt.23 A PCT tehát nem megbízható indikátor az aktív PTB diagnózisában, és nem helyettesíthető a mikrobiológiai, epidemiológiai, klinikai és radiológiai adatokkal.23 Nyamande és Lalloo azonban úgy találta, hogy a PCT-szintek hasznosak lehetnek a gyakori baktériumok, például a Mycobacterium tuberculosis (TB) és a Pneumocystis jirovecii (PJP) által okozott, közösségben szerzett tüdőgyulladás (CAP) megkülönböztetésében egy magas HIV-prevalenciájú környezetben, ahol az atipikus megjelenés gyakran megzavarta az empirikus klinikai diagnózist.24 Tanulmányuk kimutatta, hogy a PCT-szintek jelentősen különböznek a tuberkulózis, a PJP és a baktérium okozta CAP-ben szenvedő betegeknél.

A kalcitonin-meghatározások jelentős értéket mutattak annak megállapításában, hogy a szervátültetést követő gyulladás bakteriális fertőzés vagy szervkilökődés következménye. Mendonca és munkatársai kimutatták, hogy májtranszplantáción átesett betegeknél a plazma PCT-szintje szignifikánsan emelkedett a fertőzött betegeknél, szemben az akut májkilökődésben szenvedőkkel, akiknél a szintek hasonlóak voltak a nem komplikált betegekéhez.25 Madershahian és munkatársai kimutatták, hogy a szívtranszplantációt követő PCT-szintek hasznos prognózismarkerként szolgálhatnak.26 Úgy találták, hogy a prokalcitoninszintek következetesen alacsonyak (<10 ng/ml) voltak a transzplantációt követően eseménytelen lefolyású betegeknél, de gyakrabban emelkedtek a posztoperatív szövődményekkel járó betegeknél, sőt a korai posztoperatív időszakban megnövekedett mortalitással is összefüggésbe hozhatóak, ha az értékek meghaladják a 80 ng/ml értéket. Így a PCT-szintek a szívtranszplantációt követő első napokban segíthetnek a szövődmények szempontjából veszélyeztetett betegek azonosításában, amikor a koncentrációk meghaladják a transzplantáció utáni “normális” tartományt.26

Pitfalls in PCT Measurement

A szakirodalomban vannak olyan beszámolók is, amelyekben a PCT-szintek emelkedése nem állt összefüggésben bakteriális fertőzésekkel. A mellékveseelégtelenség okozta addisonos krízist összefüggésbe hozták emelkedett PCT-szintekkel.27 Súlyos szepszisben megfigyeltekhez hasonlóan emelkedett PCT-szinteket tapasztaltak pán T-sejtes antitest terápiában részesülő transzplantált betegeknél is.28 Nemrégiben Brodska és munkatársai a PCT- és CRP-szintek jelentős emelkedéséről számoltak be hematopoetikus őssejt-transzplantációra tervezett és a kondicionálás során antitimocita globulint kapó betegeknél.29

Összefoglalás

Az elmúlt 15 évben a PCT használata a szisztémás gyulladás bakteriális vagy nem bakteriális eredetének azonosítására széles körű támogatást nyert, és ez a tendencia valószínűleg folytatódni fog. Bár a PCT a szepszis érdekes markerének bizonyult, fiziológiai szerepe még mindig bizonytalan. Bizonyítékok utalnak arra, hogy a PCT használata a szepszisben szenvedő betegek monitorozásában csökkenti e betegek morbiditását és mortalitását. A PCT szeptikus hörcsögöknek történő adása növelte a halálozási arányukat, míg a PCT-ellenes antitestek adása növelte a túlélési arányukat.30 A PCT expressziójának szinte teljes hiánya egészséges állapotban és a szepszis során gyakorlatilag minden szervben történő kifejeződése táplálja azt az elképzelést, hogy a súlyos szepszis jellegzetes “szervleállásával” áll szoros kapcsolatban. A PCT szepszisben betöltött szerepének tisztázására irányuló további kutatások segítenének a szepszis patogenezisének megértésében, hogy jobb és hatékonyabb terápiás kezeléseket lehessen kidolgozni.

A szerzők köszönetet mondanak Chris Ciottinak, Stephen Barnesnak és Jim Bromley-nak (BRAHMS USA) a PCT-vizsgálat technikai és klinikai szempontjaival kapcsolatos hasznos vitákért.