Biomarkery synoviální tekutiny u kloubních infekcí a odhad referenčních intervalů vybraných biomarkerů

Mgr. Iveta BYSTROŇOVÁ

Disertační práce

Biomarkers of synovial fluid in joint infections and estimation of reference intervals of selected biomarkers

Anotace:

Úvod: V posledních desetiletích došlo v ortopedii k významnému pokroku jak v konzervativní, tak operační léčbě kloubních onemocnění. Jednou z nejzávažnějších komplikací těchto léčebných postupů jsou kloubní infekce, které jsou často doprovázeny komplikacemi s potenciálně vážnými dlouhodobými následky, včetně rizika trvalé invalidity nebo dokonce úmrtí pacienta. Z tohoto důvodu je klíčové zajistit rychlou diagnostiku s dostatečnou senzitivitou a specificitou za účelem zahájení adekvátní léčby s minimalizací rizik možných komplikací. Cíle: Pomocí vhodných biomarkerů stanovit charakter a intenzitu lokální zánětlivé odpovědi u pacientů s kloubní infekcí; identifikovat perspektivní biomarkery, jejichž stanovení by bylo realizovatelné v běžné klinické praxi a současně přínosné pro diagnostiku a další léčebné postupy. Metodika: Vzorky synoviální tekutiny (ST) a séra byly odebrány od 92 pacientů z Ortopedického oddělení Fakultní nemocnice Ostrava. Byly rozděleny do čtyř skupin: nezánětlivá ST (73 %), zánětlivé-nepyogenní (12 %), zánětlivé-pyogenní (10 %) nebo hemoragické (5 %). Byla stanovena hladina glukózy (GLU), laktátu (LAC), laktátdehydrogenázy (LDH), celkové bílkoviny (CB), cholesterolu (CHOL), kyseliny močové (KM), C-reaktivního proteinu (CRP), počet bílých krvinek (WBC), procentuální zastoupení mononukleárních (MNP) a polymorfonukleárních (PMN) buněk, interleukinu (IL)-1 beta, IL-6, prokalcitoninu (PCT), presepsinu (PRES), lipokalinu spojeného s neutrofilní gelatinázou (NGAL), lidského neutrofilního defensinu 1-3 (HNP1-3), proteinu oligomerní matrice chrupavky, laktoferinu (HLF2), polymorfonukleární elastázy (PMNE), matrixové metaloproteinázy (MMP)-1, MMP-3, kalprotektinu (KALP) a miR-146a-5p, miR-223-3p a miR-23a-3p v synoviální tekutině. Výsledky: Diskriminační analýza predikovala klasifikaci jednotlivých vzorků ST do příslušných skupin ST s přesností 94,4 %. Byl zjištěn statisticky významný rozdíl mezi WBC, PMN, MNP, CRP, IL-1?, IL-6, HNP1-3, HLF2, PMNE a jednotlivými skupinami ST (P<0,0001). Byla nalezena statisticky významná korelace mezi WBC a PMN, MNP a CRP; PMN a HNP1-3 a PMNE; IL-6 a PMNE; IL-1? a NGAL, HLF2 a PMNE; HNP1-3 a NGAL, HLF2 a PMNE; NGAL a HLF2 a PMNE; a HLF2 a PMNE koncentrací (rs>0,6; P<0,0001) ve všech skupinách ST, mezi WBC a MNP; IL-1? a NGAL a MMP-3; HNP1-3 a PMNE; a NGAL a HLF2 koncentrací ve skupině nezánětlivé ST (rs>0,6; P<0,0001) a mezi PMN a MNP ve skupinách zánětlivých-nepyogenních a zánětlivýchpyogenních ST (rs= -1,000; P<0,0001). Současně byla nalezena statisticky významná negativní korelace mezi miR-146-5p a miR-223-3p, WBC, IL-1?, IL-6 a CRP (P<0,05) ve všech skupinách; byla zjištěna statisticky významná pozitivní korelace mezi miR-223-3p a miR-23a-3p, WBC, PMN, IL-1?, IL-6 a HNP1-3, stejně jako pozitivní korelace mezi miR-23a-3p s IL-1?, IL-6 a HNP1-3. Statisticky významný rozdíl byl nalezen mezi miR-146a-5p, miR-223-3p a miR-23a-3p a jednotlivými skupinami ST, P=0,006, P<0,001. Klinická relevance miRNA molekul vyjádřená velikostí účinku byla nejsilnější u miR-223-3p mezi nezánětlivou a zánětlivě-pyogenní skupinou. Závěr: PMN, MNP, WBC, CRP, LAC, LDH, IL-6, IL-1?, NGAL, HLF2, PMNE, KALP a HNP1-3 v ST predikovaly zánětlivé procesy s vynikající diagnostickou účinností (AUC>0,8). Kombinace těchto biomarkerů ST může přispět k časnější diagnostice zánětlivých procesů v kloubní dutině.

Abstract:

Introduction: Over the past few decades, orthopaedics has witnessed considerable advancement in both conservative and operative treatment of joint diseases. One of the most serious complications of these treatments is the development of joint infections, which are often accompanied by complications with potentially serious long-term consequences. These may include the risk of permanent disability or even death of the patient. It is therefore imperative to ensure that diagnosis is rapid and accurate in order to initiate appropriate treatment while minimising the risk of potential complications. Aims: To determine the nature and intensity of the local inflammatory response in patients with joint infection using appropriate biomarkers; to identify promising biomarkers whose determination would be feasible in routine clinical practice and at the same time useful for diagnosis and further therapeutic procedures. Methods: Synovial fluid (SF) and serum samples were collected from 92 patients from the Orthopaedic Department of the University Hospital Ostrava. They were divided into four groups: non-inflammatory ST (73%), inflammatory-non-pyogenic (12%), inflammatory-pyogenic (10%) or hemorrhagic (5%). The levels of glucose (GLU), lactate (LAC), lactate dehydrogenase (LDH), total protein (TP), cholesterol (CHOL), uric acid (UA), C-reactive protein (CRP), white blood cell (WBC) count, percentual representation of mononuclear (MNP) and polymorphonuclear (PMN) cells, interleukin (IL)-1 beta, IL-6, procalcitonin (PCT) were determined, presepsin (PRES), neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL), human neutrophil defensin 1-3 (HNP1-3), cartilage oligomeric matrix protein, lactoferrin (HLF2), polymorphonuclear elastase (PMNE), matrix metalloproteinase (MMP)-1, MMP-3, calprotectin (CALP) and miR-146a-5p, miR-223-3p and miR-23a-3p in synovial fluid. Results: Discriminant analysis predicted the classification of individual SF samples into their respective SF groups with 94.4% accuracy. There was a statistically significant difference between WBC, PMN, MNP, CRP, IL-1?, IL-6, HNP1-3, HLF2, PMNE and individual SF groups (P<0.0001). A statistically significant correlation was found between WBC and PMN, MNP and CRP; PMN and HNP1-3 and PMNE; IL-6 and PMNE; IL-1? and NGAL, HLF2 and PMNE; HNP1-3 and NGAL, HLF2 and PMNE; NGAL and HLF2 and PMNE; and HLF2 and PMNE concentrations (rs>0.6; P<0.0001) in all SF groups, between WBC and MNP; IL-1? and NGAL and MMP-3; and HNP1-3 and PMNE; and NGAL and HLF2 concentrations in the non-inflammatory SF group (rs>0.6; P<0.0001) and between PMN and MNP in the inflammatory-non-pyogenic and inflammatory-pyogenic SF groups (rs= -1.000; P<0.0001). At the same time, a statistically significant negative correlation was found between miR-146-5p and miR-223-3p, WBC, IL-1?, IL-6, and CRP (P<0.05) in all groups; statistically significant positive correlation was found between miR-223-3p and miR-23a-3p, WBC, PMN, IL-1?, IL-6 and HNP1-3, as well as positive correlation of miR-23a-3p with IL-1?, IL-6 and HNP1-3. And statistically significant difference was found between miR-146a-5p, miR-223-3p and miR-23a-3p and individual SF groups, P=0.006, P<0.001. The clinical relevance of miRNA molecules expressed by effect size was strongest for miR-223-3p between the non-inflammatory and inflammatorypyogenic groups. Conclusion: PMN, MNP, WBC, CRP, LAC, LDH, IL-6, IL-1?, NGAL, HLF2, PMNE, CALP and HNP1-3 in SF predicted inflammatory processes with excellent diagnostic performance (AUC>0.8). The combination of these SF biomarkers may contribute to earlier diagnosis of inflammatory processes in the joint cavity.

Klíčová slova

synoviální tekutina, biomarkery, kloubní onemocnění, osteoartróza, periprotetické kloubní infekce, zánět

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 31. 8. 2024

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. RNDr. Pavlína Kušnierová, Ph.D., doc. RNDr. Pavlína Kušnierová, Ph.D.

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA

Lékařská fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Hygiena, preventivní lékařství a epidemiologie / Hygiena, preventivní lékařství a epidemiologie