20 maja 2019

Prokalcytonina – dziesięcioboista wśród biomarkerów stanów zapalnych i zakażeń

Prokalcytonina (PCT) w ostatnich 20 latach zyskała status najbardziej wszechstronnego i precyzyjnego, wczesnego wskaźnika stanów zapalnych i zakażeń, spełniającego wymogi stawiane biomarkerom przez Medycynę Opartą na Faktach, EBM (ang. evidence-based medicine). Gama zastosowań PCT obejmuje diagnostykę i różnicowanie zapaleń; diagnostykę i stratyfikację zakażeń bakteryjnych (sepsy, ciężkiej sepsy i szoku septycznego wg rekomendacji FDA, ang. Food and Drug Administration); prognozowanie ich nasilenia i rokowań dla chorego. Niezwykle obiecujący, odrębnym polem zastosowań PCT jest monitorowanie efektywności antybiotykoterapii zakażeń.

 

Czy PCT dorosła do miana markera doskonałego w diagnostyce i leczeniu chorób zapalnych i zakażeń?

Szereg czynników szkodliwych: zakażenia bakteryjne, grzybicze i wirusowe, urazy mechaniczne, rozrost nowotworowy etc., wywołuje niespecyficzny odczyn obronny organizmu zwany reakcją ostrej fazy, poprzedzający odpowiedź swoistą układu odpornościowego. Oba procesy prowadzą do odczynu zapalnego. Miejscowy odczyn zapalny może rozwinąć się w bardziej niebezpieczną reakcję uogólnioną. Zaangażowane w odczyny zapalne, powstające de novo białka i istniejące (preformowane) lub indukowane w odpowiedzi komórki odpornościowe starają się przywrócić w organizmie porządek zwany homeostazą. Elementy reakcji zapalnej powstające w ilościach proporcjonalnych do jej natężenia uznawane są za kandydatów do roli diagnostycznego biomarkera zapalenia. Ranga markera wzrasta gdy dynamika zmian jego stężenia jest charakterystyczna dla przyczyny zapalenia: infekcji bakteryjnej, wirusowej etc.

Wskaźniki stanu zapalnego

Podstawowymi nieswoistymi wskaźnikami stanu zapalnego jest wzrost liczby białych ciałek krwi (ang. WBC) i szybkość sedymentacji erytrocytów w próbce krwi, tzw. opad (OB). Podstawowym biomarkerem zapalenia, natomiast, jest stężenie we krwi białka C-reaktywnego, CRP (ang. C-reactive protein), typowego białka ostrej fazy.

CRP posiada ugruntowaną pozycję wczesnego markera zapalenia mimo ograniczonej swoistości utrudniającej, choć nie wykluczającej, określenia przyczyny zapalenia. Wzrost stężenia CRP bywa dramatyczny – nawet 1000-krotny ciągu doby. Przyjęto, że przy stężeniu prawidłowym < 5 mg/l wzrost do poziomu 10-40 mg/l wiąże się z łagodnym zapaleniem i zakażeniami wirusowymi; wzrost do 200 mg/l świadczy o zakażeniach bakteryjnych; do 500 mg/l obserwowany jest w ciężkich zakażeniach bakteryjnych i rozległych oparzeniach. Miernie podniesiony poziom CRP towarzyszy m.in. ciąży, chorobom nowotworowym i autoimmunizacyjnym oraz ostrym epizodom sercowym.

W rutynowej diagnostyce zapalenia nie znalazły dotychczas zastosowania białka o działaniu prozapalnym – cytokiny prozapalne: TNF-α, IL-1, IL-6 i IL-8, pojawiające się wcześnie, lecz bez wystarczającej specyficzności dla określonych stanów klinicznych.

Paradoksalnie, rola PCT, kandydata na idealny marker zapalenia, w samym mechanizmie zapalenia nie jest jasna… Wiadomo, że należy do szerokiej grupy immunomodulatorów, co odróżnia ją od innych biomarkerów zapalenia traktowanych jako czynniki wzmagające reakcję zapalną.

 

Biochemicznie, PCT jest prekursorem kalcytoniny, hormonu produkowanego głównie przez neuroendokrynne komórki C tarczycy, odpowiedzialnego za przyswajanie i regulację wapnia i fosforu w organizmie. Regulowany hormonalnie, fizjologiczny szlak produkcji kalcytoniny stanowi tzw. klasyczną, neuroendokrynną, ścieżkę syntezy PCT. PCT kodowana jest przez gen CALC-1 na 11 chromosomie. Powstaje na drodze potranslacyjnej modyfikacji prekursora – preprokalcytoniny. Modyfikacje polegają na odcinaniu fragmentów łańcucha peptydowego. PCT zawiera jeszcze 116 aminokwasów, cząsteczka dojrzałej kalcytoniny już tylko 33. Kalcytonina i PCT powstałe w szlaku neuroendokrynnym obecne są w osoczu zdrowego człowieka, PCT w stężeniu nie przekraczającym 0,05 ng/ml (0,05 μg/l).

 

Laboratoryjna diagnostyka zakażeń i stanów zapalnych opiera się na pomiarach we krwi PCT powstającej w tzw. szlaku alternatywnym. Prace nad tymi zagadnieniami przypadały na przełom XX i XXI w. W szlak alternatywny angażowane są komórki wszystkich tkanek miąższowych w odpowiedzi na bodźce stymulujące zapalenie: mediatory reakcji zapalnej oraz endotoksyny bakteryjne, odpowiednio: produkowane przez komórki układu odpornościowego cytokiny prozapalne: interleukinę 1b (IL-1 b), czynnik martwicy nowotworu, TNF – α (ang. tumor necrosis factor) i interleukinę-6 (IL-6) oraz elementy ścian bakterii: LPS (lipopolisacharyd, endotoksynę) i peptydo-gilkany.

Odkrycie drogi alternatywnej opierało się na identyfikacji mRNA kodowanego przez gen CALC-11 w tkankach osób chorych na sepsę. Sepsa jest odpowiedzią gospodarza na zakażenie bakteryjne, mającą postać uogólnionego stanu zapalnego prowadzącego do zaburzenie czynności organów wewnętrznych. Precyzyjniej, jest zakażeniem bakteryjnym spełniającym co najmniej dwa (z czterech) kryteriów dla tzw. zespołu ogólnoustrojowej reakcji zapalnej, SIRS (ang. systemic inflammatory response syndrome). mRNA PCT zidentyfikowano w krwinkach białych i makrofagach otrzewnowych, komórkach śledziony, płuc, nerek i nadnerczy, komórkach nerwowych mózgu i rdzenia kręgowego, komórkach trzustki i wątroby, przewodu pokarmowego, jądra oraz w komórkach tłuszczu trzewnego (adipocytach), skórze i mięśniach. W komórkach takich dochodzi do kumulacji PCT ze względu na zablokowanie przemian prowadzących do powstania kalcytoniny.

Alternatywny szlak syntezy PCT w odpowiedzi na zakażenie ma dwa etapy. W pierwszym, do dwóch godzin od „dostrzeżenia” przez układ odpornościowy ogniska zakażenia, PCT uwalniana jest w małych ilościach przez komórki odpornościowe stymulowane cytokinami. Etap pierwszy włącza etap drugi: „masową” produkcję PCT przez wspomniane komórki magazynujące. Olbrzymia ilość takich komórek powoduje, że po 18 godzinach stężenie PCT we krwi może wzrosnąć nawet 100 000 razy. Okres konieczny dla osiągnięcia mierzalnego wzrostu PCT, krótszy niż okres wzrostu CRP, jest niezwykle atrakcyjny diagnostycznie. Co istotne, wzrost PCT utrzymuje się tak długo, jak długo działa czynnik stymulujący. Po opanowaniu zakażenia stężenie PCT spada z prędkością 30 – 50% na dobę, dającą się wykazywać w pomiarach wykonywanych raz na dobę.

Kolejnym, ważnym diagnostycznie atutem PCT jest blokada szlaku alternatywnego przez INF-g, cytokinę aktywną wyłącznie w zakażeniach wirusowych. PCT staje się w ten sposób narzędziem różnicowania zakażeń wirusowych od nie wirusowych – bakteryjnych i grzybiczych. Rozpoznanie tych ostatnich umożliwia ocena amplitudy wzrostu. U chorych na ciężką sepsę obserwuje się stężenia PCT dochodzące do 100 ng/ml, a wyjątkowo nawet 1000 ng/ml, podczas gdy u osób z fungemią (ogólnym zakażeniem grzybami) stężenie PCT dochodzi do zaledwie do kliku ng/ml. W przykładowej grupie chorych na kandydemię (uogólnione zakażenie grzybem kandida) mediana stężenia PCT wyniosła 0,6 ng/ml, podczas gdy w grupie chorych na bakteremię 9,7 ng/ml!

Korelacja stężenia PCT i stanu klinicznego w przypadku zakażenia jest na tyle mocna, by stanowić podstawę dla zniuansowanej interpretacji zwiększającej trafność decyzji klinicznych. W skrócie: prawidłowe stężenie PCT w surowicy/osoczu < 0,05 ng/ml wyklucza obecność reakcji zapalnej; stężenie < 0,5 ng/ml świadczy o słabej lub nieznaczącej uogólnionej reakcji zapalnej, nie wykluczając zakażenia miejscowego i miejscowego stanu zapalnego; w przypadku potwierdzonego zakażenia, stężenie ≥0,5-2,0 ng/ml wskazuje na sepsę, a w przypadkach aseptycznych może być skutkiem urazu, operacji czy szoku kardiogennego; stężenie ≥2,0-10,0 ng/ml świadczy o silnej, septycznej (w przypadku potwierdzonego zakażenia), uogólnionej reakcji zapalnej, z możliwymi zaburzeniami czynności organów wewnętrznych; stężenie ≥10,0 ng/ml łączy się z silną, uogólnioną reakcją zapalną spowodowaną ciężką sepsą.

Podniesione stężenie PCT obserwowane jest również po ciężkim oparzeniu i u chorych na niektóre nowotwory. Wysokie, bo przekraczające w 18-30 godz. życia 20,0 ng/ml stężenia PCT są prawidłowe w pierwszych 48 godzinach życia. W okresie tym wyróżnia się aż 7 kolejnych, znacznie się od siebie różniących, zakresów wartości prawidłowych!

W antybiotykoterapii, zwłaszcza ciężkich przypadków szpitalnych w oddziałach intensywnej opieki lekarskiej, istotne jest uzależnianie długości terapii od momentu opanowania zakażenia, a nie od schematu dawkowania przewidywanego przez arbitralną procedurą leczniczą. Seryjne oznaczenia PCT w trakcie leczenia pozwalają na: sterowanie długością terapii w zależności od efektu, na obniżenie przyjętej dawki leku, na skrócenie średniego czas terapii i pobytu w oddziałach szpitalnych, w sumie na redukcję kosztów leczenia.

Co interesujące, terapia kierowana przez PCT (ang. PCT-guided therapy) nie tylko redukuje liczbę i natężenie efektów niepożądanych, lecz wpływa także na efekty samego leczenia. Postępowanie takie jest jednym z wariantów strategii objętej terminem „zarządzanie antybiotykami”. W dłuższej perspektywie, zarządzanie antybiotykami w oparciu o pomiary PCT powinno ograniczyć dramatyczny wzrost liczby szczepów bakteryjnych opornych na antybiotyki. Innym, wspomnianym wcześniej, aspektem zarządzania antybiotykami jest ograniczanie przypadków kwalifikowanych do antybiotykoterapii.

Wczesny pomiar PCT w zakażeniach dolnych dróg oddechowych pozwala na rozróżnienie infekcji wirusowej i znacznie rzadszej bakteryjnej (przebiegającej ze wzrostem PCT), ograniczając antybiotykoterapię wyłącznie do bakteryjnej. W przypadku chorób płuc pomiary PCT, pozwalają na rozróżnienie zapalenia płuc o etiologii bakteryjnej i wirusowej i przewlekłej choroby obturacyjnej płuc (POChP).

Czy PCT zasługuje na miano doskonałego markera diagnostycznego? Na miano wszechstronnego…. na pewno!

dr Tomasz Ochałek

Laboratoria Medyczne Diagnostyka 

Piśmiennictwo:

  1. Ashitha L. i wsp. Procalcitonin: a promising diagnostic marker for sepsis and antibiotic therapy. J Intensive Care. 2017; 5: 51. Published online 2017 Aug 3. doi: 10.1186/s40560-017-0246-8.
  2. Dymicka-Piekarska V., Wasiluk A. Prokalcytonina (PCT), współczesny wskaźnik infekcji i stanów zapalnych. Postepy Hig Med Dosw (online), 2015; 69: 723-728; e-ISSN 1732-2693.
  3. Meisner M.: Procalcitonin – Biochemistry and Clinical Diagnosis. Uni-Med Verlag AG, Bremen-London-Boston.
  4. Meisner, M.: Update on Procalcitonin Measurements. Ann Lab Med. 2014 Jul;34(4):263-273; Published online June 19, 2014. https://doi.org/10.3343/alm.2014.34.4.263.
  5. Samsudin I., Vasikaran S.D.: Clinical Utility and Measurement of Procalcitonin. Clin Biochem. 38: 59–68, 2017
  6. Stocker M. i wsp.: Use of procalcitonin-guided decision-making to shorten antibiotic therapy in suspected neonatal early-onset sepsis: prospective randomized intervention trial. Neonatology, 97, 165-174, 2010.