Det systemisk inflammatoriske respons ved akutte traumer

Få undersøgelser har belyst det akutte inflammatoriske respons på accidentelle traumer, før patienterne blev smertebehandlet, anæsteseret, væskebehandlet m.m. De foreliggende studier tyder på, at det cellulære immunologiske respons er karakteriseret ved en initial, forbigående aktivering, efterfulgt af en længerevarende hæmning. Granulocytterne udgør den vigtigste effektorcelle ved vævslæsionerne. Ved større vævslæsioner sker der en redistribution af aktiverede granulocytter fra blodbanen ud i vævene, hvor de ved frigørelse af proteolytiske enzymer og frie iltradikaler bidrager til systemisk inflammation og organdysfunktion. Monocytternes antigenpræsenterende kapacitet og NK-cellernes cytostatiske aktivitet er reduceret efter større vævslæsioner. Lokalt omkring det traumatiserede væv kan der måles høje koncentration af såvel pro- som antiinflammatoriske cytokiner. Cytokinresponset målt i perifert blod er i ukomplicerede tilfælde af dages varighed, mens vedvarende høj cytokinproduktion synes at være korreleret til organdysfunktion og mortalitet.

Enhver form for vævsskade udløser et akut inflammatorisk respons. Responset forbliver et lokalt fænomen ved mindre vævsskader, mens større traumer udløser et systemisk inflammatorisk respons. Dette betegnes også som det systemisk inflammatoriske responssyndrom (SIRS) og er defineret ved kliniske og biokemiske ændringer: feber eller hypotermi, takykardi, takypnø, leukocytose eller leukopeni i perifert blod. Systemisk inflammation kan være forbundet med patofysiologiske ændringer udløst af hæmoragisk shock, hypoksi, iskæmi, reperfusionsskade m.m.

Immunsystemet udviser en række stereotype ændringer på vævstraumer, hvor specielt det cellemedierede immunrespons påvirkes. Granulocytter, monocytter og naturlige drabsceller (natural killer [NK] cells ) udgør den umiddelbare, uspecifikke cellemedierede immunitet, mens lymfocytterne formidler den specifikke cellulære immunitet. Cytokiner spiller også en væsentlig rolle i den systemisk inflammatoriske reaktion ved større accidentelt traume.

Formålet med denne oversigt er at beskrive akutte ændringer i den cellemedierede immunitet i relation til større accidentelle traumer. Den relevante litteratur blev identificeret ved hjælp af PubMed-databasen. Manuel bibliografisk review blev udført og kun peer-reviewede artikler publiceret inden for de seneste ti år blev medtaget. Søgeord var: trauma , cell mediated immunity , granulocytes , monocytes , NK cells , lymphocytes og cytokines .

Granulocytter

Efter acidentelle traumer kan der ofte påvises granulocytose i det perifere blod. En forsinket apoptose af granulocytterne medvirker til granulocytosen, og den forsinkede apoptose persisterer i dage til uger efter større traumer (1). I tilfælde af at transmigrationen af granulocytter ind i vævene bliver excessiv, forekommer der ofte umodne granulocytter i det perifere blod. Botha et al (2) observerede granulocytose tre timer efter et større accidentelt traume. Granulocytose blev efterfulgt af granulocytopeni og et øget antal af umodne granulocytter i blodet. Granulocytopenien var mest udpræget hos de patienter, som senere udviklede multiorgandysfunktion-syndromet (MODS). Transmigration af granulocytter fra blodet ind i vævene er karakteristisk for inflammation og observeres ikke kun efter større accidentelt traume, men ses også efter iskæmireperfusion og ved infektion (3).

Det er vist i adskillige dyreeksperimentelle studier, at indgift af endotoksin efterfølges af akkumulation af granulocytter i såvel lungerne som leveren (4, 5). Lungerne og leveren er strategisk velplacerede i organismen, idet alt blod fra splanchnicus passerer igennem leveren, mens lungerne udgør et filter for blodbårne såvel som inhalerede mikroorganismer.

Jean et al (4) undersøgte, om de i lungerne akkumulerede granulocytter havde normal eller nedsat funktion. Forfatterne indgav først endotoksin for at rekruttere granulocytter til lungen. Herefter injicerede man levende bakterier ned i trachea. Forudgående indgift af endotoksin reducerede mortaliteten fra 44% til 0%. De sekvestrerede granulocytter i lungen og sandsynligvis også i leveren er således beskyttende mod mikroorganismer og infektion. På den anden side er en excessiv sekvestrering af aktive granulocytter i lungen og andre væv, som det ses efter et større accidentelt traume, potentielt skadeligt og kan øge risikoen for, at patienten senere udvikler acute respiratory distress syndrome (ARDS) eller MODS.

Det er blevet foreslået, at der ved større accidentelt traume sker en initial stimulering af immunsystemet efterfulgt af immunsuppression på grund af udtrætning af immunsystemet (Fig. 1 ). I henhold til dette inducerer et større accidentelt traume med blødning, iskæmireperfusion og vævsskade en såkaldt priming af granulocytterne. »Primede« granulocytter reagerer kraftigt med forøget frigørelse af frie iltradikaler og af elastase på et sekundært stimulus (1). Sekundære stimuli kan således bidrage til udviklingen af ARDS eller MODS. Sekundære stimuli kan fx være kirurgiske indgreb eller nosokomielle infektioner (6).

Koike et al (3) udviklede en dyreeksperimentel model for traume med senere multiorgansvigt. I denne model udsættes dyret for to efterfølgende stimuli. Først iskæmireperfusion af splanchnicus for at »prime« granulocytterne og øge deres ekspression af adhæsionsmolekyler. Inden for timer efter iskæmireperfusionen registreredes en akkumulation af granulocytter i vævene, men organfunktionen normaliseres gradvist i løbet af 18 timer. Såfremt dyrene blev udsat for et andet stimulus i form af en ellers uskadelig dosis endotoksin, fik dyrene MODS med høj mortalitet.

For at nå ud i vævene må granulocytterne transmigrere gennem endotelet. Tilstedeværelse af adhæsionsmolekyler på overfladen af granulocytterne og karrenes endotelvæg spiller en aktiv rolle for granulocytternes vandring gennem karrenes endotelvæg. De adhæsionsmolekyler på endotelet, som specielt bidrager i transmigrationen af granulocytter, er P- og E-selectin samt intercellulære celladhæsionsmolekyler (CD54).

På granulocytterne udgør de to vigtigste adhæsionsmolekylefamilier selectin- og integrinfamilien. Et vigtigt medlem af selectinfamilien er L-selectin eller CD62L. Selectinadhæsionsmolekylerne er specielt involveret i den primære »rulning« langs med og adhæsion til endotelvæggen. De vigtigste integrinadhæsionsmolekyler er CD11a-b-c/CD18, hvis ekspression øges, når granulocytterne ak tiveres, mens der samtidig sker en nedsat ekspression eller afstødning af L-selectiner. Dette aktiveringsmønster har man observeret efter såvel større accidentelt traume, større kirurgisk stress som efter endotoksininfusion (7).

Integrinmolekylerne medierer den sekundære og mere faste adhæsion til endotelet. Efter større accidentelt traume har man i flere undersøgelser (2, 7) observeret en øget ekspression af CD11b på granulocytterne i op til 24 timer efter traumet. I kontrast til dette målte White-Owen et al (8) en reduceret ekspression af CD11a-b-c/CD18 på overfladen af granulocytterne i 1-3 uger efter alvorlig accidentelt traume. Det ser således ud, som om en initial aktivering af granulocytterne efterfølges af en vis grad af udmattelse.

Når endotelet bliver aktiveret, frigøres E- og P-selectin fra endotelet. I en undersøgelse af Schinkel et al (9) udtog man blodprøver på traumestedet hos svært kvæstede patienter. Opløseligt E-selectin blev påvist i høje koncentrationer i blodet inden for timer efter traumet, mens høje koncentrationer af opløseligt P-selectin forekom i dage til uger efter traumet.

Monocytter

Den anden komponent i den ikkespecifikke cellulære immunitet er det mononukleære fagocytsystem. Dette består af mononukleære fagocytter kaldet monocytter, når disse celler cirkulerer i blodstrømmen, og makrofager, når de findes i vævene uden for cirkulationen. Selv om de øvrige leukocytter og endotelceller ved inflammation kan frigive cytokiner, findes den mest aktive syntese af cytokiner i monocytter.

Efter et større accidentelt traume øges monocytternes ekspression af adhæsionsmolekylet CD11b/CD18, ligesom produktionen af frie iltradikaler øges. De fleste antigener har ikke evne til at binde direkte til T-lymfocytterne, men må præsenteres af monocytten sammen med et vævstypeantigen major histocompatibility complex (MHC II). Ved større traume reduceres monocytternes antigenpræsenterende kapacitet (10) samtidig med, at man har observeret en reduktion i produktionen af interferon (IFN)-gamma. IFN er en vigtig opregulator af MHC II-molekylet. Polk et al (11) behandlede derfor alvorligt traumatiserede patienter med rekombinant IFN-gamma i ti dage og var herved i stand til at ophæve monocytternes supprimerede MHC II-ekspression fuldstændigt. Infektionsfrekvensen og mortaliteten adskilte sig dog ikke mellem den interferon-gamma-behandlede gruppe og placebogruppen.

Det er blevet foreslået, at monocytternes MHC II-ekspression er et udtryk for en nedregulering af det inflammatoriske respons, dvs. graden af antiinflammation (12).

Cytokiner

Cytokinerne er vigtige mediatorer i den inflammatoriske reaktion, som efterfølger et større accidentelt traume. Cytokinerne produceres initialt lokalt i vævene. I drænagevæske fra sår har man fx målt IL-6-koncentrationer, som var 100-500 gange højere end koncentrationerne i perifert blod (13). Ligeledes har man målt høje IL-10-koncentrationer i frakturer/bindevævshæmatomer efter traume, mens cytokinet kun sjældent kunne påvises i plasma fra de samme patienter. Når cytokinerne findes i perifert blod, repræsenterer de formentlig kun toppen af isbjerget (14).

De proinflammatoriske cytokiner TNF-alfa og IL-1-beta indtager en nøgleposition i igangsætningen af det inflammatoriske respons. Efter større traumer kan der hos nogle patienter måles TNF-alfa i plasma, men i så tilfælde i meget lave koncentrationer (15). Såfremt traumepatienten udvikler komplikationer i form af MODS, måles dog signifikant højere TNF-alfa-koncentrationer i blodet. På samme måde kan IL-1 kun detekteres sporadisk i plasma fra traumepatienter med ukomplicerede forløb.

Det immunmodulerende cytokin IL-6 er også i stand til at inducere et inflammatorisk respons. IL-6 kan påvises i blodet i timerne efter større vævstraumer og forbliver eleveret i 4-8 dage i ukomplicerede tilfælde. IL-6 koncentrationen i blodet korrelerer med graden af vævsskade. Et vedvarende højt IL-6 niveau har prædiktiv værdi for senere udvikling af MODS og for mortaliteten hos traumepatienter (16).

IL-8 produceres hovedsageligt i det beskadigede væv. IL-8 virker som en potent kemoattraktant for granulocytterne. IL-8 er også måleligt i plasma i timerne efter større accidentelt traume og forbliver eleveret i adskillige dage.

Sekretionen af proinflammatoriske cytokiner efter større accidentelt traume modsvares af en næsten samtidig sekretion af antiinflammatoriske cytokiner, således at balancen i immunsystemet opretholdes og forløbet bliver ukompliceret. IL-10 er et potent antiinflammatorisk cytokin. Adskillige undersøgelser har vist, at IL-10 kan påvises i blodet få timer efter et større accidentelt traume, og IL-10 forbliver detekterbar i blodet adskillige dage efter traumet (10). Et andet antiinflammatorisk molekyle, som er med til at opretholde balancen i immunsystemet, udgør IL-1-receptor-antagonister (IL-1ra). Koncentrationen af IL-1ra i blodet er eleveret i adskillige dage (25) efter et traume.

Lymfocytter

T-lymfocytterne formidler den specifikke antigenafhængige cytotoksicitet, mens B-lymfocytterne er involverede i produktionen af antistoffer. Et større accidentelt traume efterfølges af lymfocytopeni i blodet. Denne lymfocytopeni er maksimal ca. seks timer efter traumet. Antallet af lymfocytter i blodet øges gradvist til et normalt celletal inden for dage (17). T-lymfocytterne består af fire subpopulationer, 1) T-helper, 2) T-suppressor, 3) antigenspecifikke dræber-T-lymfocytter og 4) T-memory-lymfocytter. Lymfocytopenien ved større accidentelt traume er forbundet med en reduktion i antallet af T-lymfocytter. I nogle studier har man observeret en reduktion i T-helper-T-suppressor-ratioen. Vigtigere er differentieringen af lymfocytterne til henholdsvis Th1- eller Th2-lymfocytter. Th1-lymfocytterne producerer bl.a. interleukin (IL)-2 og interferon (IFN)-gamma, mens Th2-lymfocytter producerer cytokinerne IL-4, IL-5, IL-6 og IL-10. Th1-lymfocytterne stimulerer den cellemedierede immunitet. Th2-lymfocytterne stimulerer produktionen af antistoffer og hæmmer inflammationen ved produktion af specielt det antiinflammatoriske cytokin IL-10. Ved større accidentelt traume og efter større kirurgisk stress observeres et skift i lymfocytbalancen hen imod en dominans af Th2-lymfocytter, hvilket resulterer i en nedregulering af den cellemedierede immunitet (18).

Den spontane såvel som den stimulerede lymfocytproliferation er nedsat efter større accidentelt traume. Traume kan dog også udløse visse former for lymfocytaktivering, idet et øget antal lymfocytter med ekspression af aktiveringsmolekylerne CD25, CD69 og CD71 på overfladen er blevet påvist efter accidentelt traume, men ikke efter ukompliceret større kirurgi.

Naturlige drabsceller »natural killer cells«

De naturlige drabsceller (NK-cellerne) udgør en del af den uspecifikke cellulære immunitet. I modsætning til granulocytaktiveringen, som finder sted efter et større traume, er NK-cellernes cytotoksiske aktivitet reduceret i lighed med den hæmning af NK-celle-aktiviteten, der kan påvises efter større kirurgiske indgreb og ved sepsis (19). Antallet af NK-celler i perifert blod og i vævene er også reduceret efter et større traume, og det er blevet påvist, at supernatanten af plasma fra traumepatienterne har en supprimerende effekt på NK-celle-aktiviteten in vitro (20). Ved et større accidentelt traume er det ikke kun vævsbeskadigelsen, som har en hæmmende effekt på NK-celle-aktiviteten. Eventuelt blodtab udøver en selvstændig suppression af NK-c elle-aktiviteten. Mens NK-celle-aktiviteten i de fleste studier kun er hæmmet i nogle få dage efter kirurgi for benigne sygdomme, er NK-celle-aktiviteten reduceret 2-4 uger efter forbrændingsskade. NK-cellerne er den vigtigste kilde til endogen produktion af IFN-gamma, som inducerer udvikling af Th1-lymfocytter på bekostning af Th2-lymfocytterne.

Konklusion

Det systemiske inflammatoriske respons på accidentelt traume er karakteriseret ved refordeling af aktiverede granulocytter til vævene og øger produktion af pro- såvel som antiinflammatoriske cytokiner.

Palle Toft , anæstesiologisk-intensiv afdeling, Århus Universitetshospital, Århus Kommunehospital, DK-8000 Århus C.
E-mail: palletoft@aaa.dk

Antaget den 7. august 2002.

Århus Universitetshospital, Århus Kommunehospital, anæstesiologisk-intensiv afdeling.