Μελέτη των τιμών των κυτταροκινών σε ασθενείς που υποβλήθηκαν σε χειρουργικές επεμβάσεις για καλοήθεις και κακοήθεις παθήσεις του πεπτικού συστήματος

Abstract

The local inflammatory response, a normal reaction of the immune system caused by surgical interventions can lead to systemic inflammatory response and provoke multiple organ failure. Cause of this dysfunction constitutes the activity of cytokines, cell mediators which are locally produced by healthy or damaged cells and released into the circulation. Cytokines are low molecular weight proteins, that are produced by almost each type of cells and involved in processes such as intercellular communication, cell proliferation, differentiation and apoptosis, inflammation, defense against viruses, regulation of inflammatory response, wound healing and tissue reformation. Each local inflammatory reaction leads to a specific tissue immunoresponse and each form of tissue immunoresponse also leads to a local inflammatory reaction. Cytokines also mediate cascade actions and interactions between them and between immune cells, providing a complicate but strictly controlled regulation of the immune system response and interaction with other systems. They act in a paracrine or an autocrine manner or with cell-to-cell contact. Different actions of each cytokine on distinct cells and tissues (pleiotropy) as well as similar actions of structural different cytokines (redundancy) are some of their distinctive features. The complexity of their action is studied in vitro and in vivo. The inflammatory response is mediated by "proinflammatory" cytokines, such as IL-1α, IL-1β, IL-2, IL-3, IL-6, IL-7, IL-9, IL-12, IL-17, IL-18, TNFα, GM-CSF, TGFβ, IFNα/β/γ, LT, OSM, CNTF, LIF etc., promoting acute inflammatory reactions. This activity is found in balance with that of "anti-inflammatory"cytokines, such as IL-4, IL-10, TGFβ, IFNa, IL-11, IL-13, IL-16 and IL-1Ra, which inhibit the inflammatory reactions. In this study we measured concentrations of seven cytokines (IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10, TNFa, IFNγ and GM-CSF), representative of their immunoregulatory actions, in blood serum of fifty eight patients submitted surgical intervention for diseases of digestive system, to evaluate the perioperative and postoperative inflammatory response. Thirty patients suffered from benign disease and twenty eight had malignant tumors. The immunosuppression in patients with cancer is more extensive because of the impact of surgical stress and can lead to SIRS (Systemic inflammatory response syndrome) or CARS (Compensatory anti-inflammatory response syndrome), two severe immune perturbations. The risk is higher in operations involving the bowel because of its essential role in host defence and also because of the attendant injuries. Each cytokine was measured by enzyme immunoassay (ELISA) in four blood samples (15 minutes before induction of anaesthesia, in the midst of the operation, 1 hour and 24 hours after the end of the operation, respectively) of each patient. In all patients were applied the same protocol of anaesthesia and analgesia and all the interventions were performed by the same surgical team. We studied statistically changes in serum concentration of each cytokine in all patients, to evaluate the inflammatory response induced by the intervention. We also studied changes in patients with benign and in patients with malignant tumors, respectively, to evaluate the additional immunosuppression induced by cancer. The inflammatory response induced by surgical stress caused the increase of IL-1β, IL-6, IFNγ and GM-CSF. IL-1β raised earlier than IL-6 and both of them stimulated the synthesis of IFNγ and GM-CSF. IL-10 concetration was increased compensatively. Study of blood serum concentrations of cytokines can contribute early detection of imbalance between local inflammatory and compensatory anti-inflammatory response that can lead to systemic inflammatory response and provoke postoperative complications. We suggest that the perioperative and postoperative estimation of IL-1β, IL-6, IFNγ, GM-CSF IL-10 serum concentrations represent a useful prognostic factor for this imbalance. IL-10 does not appear to be a reliable indicator of anti-inflammatory reactions. TNFa does not appear to have prognostic value, at least in systemic level. Cytokines contribute in immunosuppression mechanisms activated by cancer cells and also induce their proliferation. IL-8 induce cell proliferation and dissemination of digestive tumors. Our results demonstrate that IL-8 serum concentration possibly constitute a useful indicator of the grade of malignancy. Preoperative stress does not have any significant effect in cytokine synthesis. Preoperative raised IL-6 concentration in malignancies probably associated with the induction of cancer cell proliferation. Biological activities of cytokines in human appears to be different between in vitro and in vivo observations in genetically modified animals and thus require careful planning of clinical studies. Even the association between serum concentration levels and activities of cytokines is not disputed, further studies evaluating intracellular cytokine concentrations in combination with the study of other factors of inflammation may elucidate the intricated immunoregulatory mechanisms.

Η τοπική φλεγμονώδης αντίδραση, μία φυσιολογική λειτουργία του ανοσολογικού συστήματος που αναπτύσσεται κατά τη διάρκεια των χειρουργικών επεμβάσεων, είναι δυνατόν να μετατραπεί σε συστη-ματική και να οδηγήσει σε πολυοργανική δυσλειτουργία. Αιτία αυ-τής της διαταραχής αποτελεί η δράση των κυτταροκινών, κυτταρι-κών μεσολαβητών οι οποίοι παράγονται τοπικά από υγιή ή κατε-στραμμένα κύτταρα και «εκπέμπονται» μέσω της συστηματικής κυ-κλοφορίας προς όλα τα συστήματα του οργανισμού. Οι κυτταροκί-νες είναι πρωτεΐνες, μικρού μοριακού βάρους, που παράγονται από σχεδόν κάθε τύπο κυττάρων του οργανισμού και συμμετέχουν σε διαδικασίες όπως η διακυτταρική επικοινωνία, η κυτταρική αύξηση, η διαφοροποίηση και η απόπτωση, η φλεγμονή, η άμυνα έναντι των ιών, η ρύθμιση της ανοσολογικής απάντησης, η επούλωση και η αναδόμηση των ιστών. Κάθε τοπική φλεγμονώδης αντίδραση οδη-γεί σε συγκεκριμένη ανοσολογική απάντηση από τους γειτονικούς ιστούς και αντίθετα κάθε ιστική ανοσολογική απάντηση προκαλεί μία περιορισμένη τοπικά φλεγμονώδη αντίδραση. Οι κυτταροκίνες με τα σήματα που μεταφέρουν δημιουργούν ένα είδος καταρρακτω-δών δράσεων και αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους και μεταξύ των ανοσοκυττάρων εξασφαλίζοντας μία πολύπλοκη αλλά αυστηρά ε-λεγχόμενη ρύθμιση της λειτουργίας του ανοσοποιητικού συστήμα-τος και της αλληλεπίδρασης αυτού με άλλα συστήματα του οργανι-σμού. Δρουν παρακρινικά, αυτοκρινικά ή με άμεση κυτταρική επα-φή. Χαρακτηριστικό τους γνώρισμα είναι η ποικιλία επιδράσεων κάθε κυτταροκίνης σε διαφορετικά κύτταρα και ιστούς (πλειοτροπι-σμός) καθώς και η ικανότητα παρόμοιας δράσης δομικά ανόμοιων κυτταροκινών (πλεονασμός). Η πολυπλοκότητα της δράσης τους μελετάται in vitro και in vivo. Την ανοσολογική απάντηση ρυθμίζουν οι «φλεγμονώδεις» κυττα-ροκίνες όπως οι IL-1α, IL-1β, IL-2, IL-3, IL-6, IL-7, IL-9, IL-12, IL-17, IL-18, TNFα, GM-CSF, TGFβ, IFNα/β/γ, LT, OSM, CNTF, LIF κ.α. προάγοντας οξείες φλεγμονώδεις αντιδράσεις. Η δράση των «φλεγμονωδών» κυτταροκινών βρίσκεται σε ισορρο-πία με αυτή των «αντιφλεγμονωδών», όπως οι IL-4, IL-10, TGFβ, IFNα, IL-11, IL-13, IL-16 και IL-1Ra, οι οποίες περιορίζουν την έκταση της φλεγμονώδους αντίδρασης. Στη μελέτη αυτή προσδιορίσαμε τις συγκεντρώσεις επτά κυτταρο-κινών (IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10, TNFα, IFNγ και GM-CSF), αντι-προσωπευτικών της ρυθμιστικής δράσης τους στο ανοσοποιητικό σύστημα, στον ορό πενήντα οκτώ ασθενών που υποβλήθηκαν σε χειρουργική επέμβαση για καλοήθεις και κακοήθεις παθήσεις του πεπτικού τους συστήματος, στα πλαίσια της εκτίμησης της μετεγ-χειρητικής φλεγμονώδους απόκρισης. Τριάντα από αυτούς έπασχαν από καλοήθη νόσο και οι υπόλοιποι είκοσι οκτώ από κακοήθη. Ως γνωστόν η ανοσολογική λειτουργία των ασθενών με νεοπλασία εί-ναι κατεσταλμένη και επιπλέον δέχεται περαιτέρω επιβάρυνση από το χειρουργικό stress στο οποίο υποβάλλεται, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση SIRS ή CARS, δύο εξίσου σοβαρών μετεγχειρητικών ανοσολογικών διαταραχών. Στις επεμβάσεις του πεπτικού συστήματος ο κίνδυνος αυτός είναι αυξημένος λόγω του ιδιαίτερου ανοσολογικού του ρόλου και των συνοδών ιστικών κα-κώσεων. Κάθε κυτταροκίνη προσδιορίστηκε με την ενζυμική μέθοδο ELISA, σε τέσσερα δείγματα αίματος των ασθενών (15 λεπτά προ της εισα-γωγής στην αναισθησία, κατά το μέσο της χειρουργικής επέμβασης, μία ώρα μετά το πέρας αυτής, 24 ώρες μετά την επέμβαση). Σε ό-λους τους ασθενείς εφαρμόστηκε το ίδιο πρωτόκολλο αναισθησίας και αναλγησίας και όλες οι επεμβάσεις διενεργήθηκαν από την ίδια χειρουργική ομάδα. Μελετήθηκαν στατιστικά οι μεταβολές των συγκεντρώσεων για το σύνολο των ασθενών, στα πλαίσια της εκτίμησης των ανοσολογι-κών διαταραχών λόγω της χειρουργικής επέμβασης. Στη συνέχεια μελετήθηκαν οι μεταβολές τόσο στις καλοήθεις όσο και στις κα-κοήθεις παθήσεις, ώστε να εκτιμηθούν οι επιπρόσθετες ανοσολογικές διαταραχές που οφείλονται στην ύπαρξη της νεοπλασίας. Διαπιστώθηκε ότι η φλεγμονώδης απάντηση ως φυσιολογική αντί-δραση του οργανισμού στο χειρουργικό stress προκάλεσε την αύξη-ση της IL-1β, της IL-6, της IFNγ και του GM-CSF. Η IL-1β αυξή-θηκε πρωϊμότερα από την IL-6 και στη συνέχεια και οι δύο διέγει-ραν τη σύνθεση των IFNγ και GM-CSF. Η αύξηση της IL-10 ακο-λούθησε, αντιρροπιστικά. Ο προσδιορισμός των συγκεντρώσεων των κυτταροκινών, στη συστηματική κυκλοφορία, μπορεί να συμ-βάλλει στην έγκαιρη εντόπιση της διαταραχής της ισορροπίας ανά-μεσα στην τοπική φλεγμονώδη και στην αντιρροπιστικά αναπτυσ-σόμενη αντιφλεγμονώδη απάντηση που μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη συστηματικής φλεγμονώδους αντίδρασης και μετεγχειρη-τικών επιπλοκών. Προτείνεται ο προσδιορισμός των IL-1β, IL-6, IFNγ, GM-CSF και IL-10 κατά την περιεγχειρητική και πρώιμη με-τεγχειρητική περίοδο. Η IL-10 δεν αποτελεί αξιόπιστο δείκτη της αντιφλεγμονώδους αντίδρασης, ενώ ο TNFα δεν φαίνεται να έχει καμία προγνωστική αξία, τουλάχιστον σε συστηματικό επίπεδο. ...