LIBERACION PRECOZ DE LA CITOKINA ANTIINFLAMATORIA IL10
EN EL TRAUMA SEVERO DE CRANEO*

BERNARDO MASKIN1, DANIEL GAMMELLA2, LILIANA SOLARI2, WALTER VIDETA1, M. FERNANDA BARBOZA1, LIBARDO GELIZ1, CARLOS RONDINA3

1Unidad de Terapia Intensiva, 2Laboratorio, Hospital A. Posadas, Ramos Mejía, Buenos Aires; 3Unidad de Terapia Intensiva, Hospital C. Alvarez, Rosario, Santa Fe

* Presentado en parte en el 13° Congreso de la Sociedad Europea de Cuidados Intensivos (ESICM), octubre 2000, Roma, Italia

Resumen

Los pacientes que sobreviven a la injuria inicial de un trauma severo presentan con elevada frecuencia complicaciones infecciosas, sépticas y disfunción multiorgánica. Los mecanismos causales estarían relacionados a una alteración de la inmunidad celular inducida por el trauma y mediada en parte por la a expresión de citokinas antinflamatorias. Se evaluaron los niveles plasmáticos de la citokina antinflamatoria IL-10 y de la citokina proinflamatoria TNF-a en 15 pacientes ingresados con traumatismo encefalocraneano (TEC) severo predominante. Ninguno de los pacientes había recibido corticoides ni catecolaminas; 13 voluntarios normales se utilizaron como controles. Al ingreso los niveles plasmáticos de IL-10 fueron significativamente mayores en los pacientes que en los controles: 41.8 (17.3-265.4) pg/mL vs. 2.2 (1.4-2.7) pg/mL, p<0.001 (test de Mann-Withney). Los niveles de IL-10 no fueron diferentes entre la primera (menos de 6 horas post-trauma) y la segunda muestra (4 horas después) (test de Wilcoxon). Los niveles plasmáticos de TNF-a fueron semejantes en los pacientes respecto a los controles. Estos resultados muestran que los pacientes con TEC severo desarrollan precozmente una respuesta con elevación significativa de los niveles plasmáticos de IL-10 y que podría explicar, por lo menos en parte, la situación de inmunodepresión inducida por el TEC.

Palabras clave:citokinas, traumatismo de cráneo, inmunodepresión, interleukina-10

Abstract

Early release of the antinflammatory cytokine IL-10 in traumatic brain injury. It has been reported that upwards of 50% of patients who survive an initial brain traumatic insult subsequently die due to infection and multiple organ failure. A paralysis of cell-mediated immunity following trauma, partially induced by anti-inflammatory cytokine release, appears to be responsible for the increased susceptibility to infections. We determined the plasma levels of the anti-inflammatory cytokine IL-10 and the pro-inflamatory TNF-a in 15 patients admitted with severe traumatic brain injury (TBI). None of the patients had received glucocorticoid or catecholamine treatment. Thirteen volunteers served as controls. At study entry the IL-10 plasma levels were significantly higher than in controls: 41.8 (17.3-265.4) pg/mL vs. 2.2 (1.4-2.7) pg/mL, p<0.001 (Mann-Whitney test). There was no difference between the first (at study entry) and second sample (4 hours later) (Wilcoxon test). TNF-a plasma levels were similar in patients and controls at study entry and 4 hours later. We conclude that severe TBI patients present an early response, with a significant increase of IL-10 plasma levels. These results could partially explain the immunodepression following TBI.

Key words:cytokine, interleukin-10, inmmunodepression, traumatic brain injury

Dirección postal: Dr. Bernardo Maskin, Camargo 120, 1414 Buenos Aires, Argentina
FAX: (54-11) 4951-6325 e-mail: Bermask@datamarkets.com.ar 

Recibido: 124-I-2001 Aceptado: 14-VI-2001

La mortalidad que se observa en las primeras horas post-trauma de cráneo severo se relaciona fundamentalmente al daño neurológico irreversible o a la hemorragia. Si los pacientes sobreviven a la injuria inicial presentan con mucha frecuencia complicaciones infecciosas, sepsis y disfunción multiorgánica (SDMO). Se ha comunicado que más del 50% de los pacientes traumatizados muere a consecuencia de infección o SDMO en los días o semanas posteriores al trauma1. Debido a esto se han diseñado investigaciones para evaluar la relación causal entre el trauma y la predisposición de estos pacientes para desarrollar complicaciones infecciosas y sépticas2. Algún tipo de “parálisis” de la inmunidad celular inducida por el trauma pareciera ser responsable de esta situación.
Además, se ha demostrado que el traumatismo de cráneo (TEC), per se, puede ser un factor de riesgo independiente respecto a las complicaciones infecciosas que aparecen en los pacientes politraumatizados3, y un estudio ha mostrado que el 41% de los pacientes con trauma cerrado de cráneo desarrollan neumonía en la primera semana después del trauma4.
El mecanismo de la inmunosupresión en el TEC no está totalmente aclarado. Se ha planteado que los mecanismos neuroendocrinos están involucrados en la inmunodepresión post injuria y que existe correlación entre una severa estimulación del sistema nervioso simpático y del eje hipotálamo-hipófiso-adrenal y la severidad de la injuria cerebral y extracerebral5, 6.
La interleukina 10 (IL-10) es una citokina pleiotrópica producida por los macrófagos y las células T. Su acción principal es la de disminuir la función accesoria de los macrófagos7 y por ello se le atribuye propiedades antinflamatorias e inmunosupresoras. La producción endógena de IL-10 o su administración exógena induce disfunción de células T, disminuye su apoptosis y reduce la función antimicrobiana. Se ha planteado que IL-10 es una citokina clave en el desarrollo del proceso de inmunosupresión inducida por injuria cerebral de diferentes tipos8.
Este estudio prospectivo se realizó en pacientes con TEC severo predominante, previo a la administración de catecolaminas exógenas, para analizar la respuesta antinflamatoria, evaluada por la determinación de los niveles plasmáticos de la citokina IL-10. También se determinaron los niveles plasmáticos de la citokina proinflamatoria factor de necrosis tumoral alfa (TNF-a). Se correlacionaron estos niveles con la incidencia de infección nosocomial (neumonía asociada al respirador). La presencia de reacción inflamatoria sistémica fue evaluada por parámetros clínicos.

Material y métodos

Pacientes y definiciones

Se estudiaron 15 pacientes consecutivos, con diagnóstico de trauma severo de cráneo (TEC) predominante, ingresados dentro de las 6 horas posteriores al trauma a las Unidades de Cuidados Intensivos de los Hospitales Posadas (Buenos Aires) y Clemente Álvarez (Rosario). Se consideró TEC severo (de acuerdo a la clasificación de la OMS)9 cuando después de la resucitación inicial con líquidos los pacientes presentan un nivel £ 8 de acuerdo a la clasificación de la escala de pronóstico de Glasgow. Ninguno de los pacientes presentaba otra lesión significativa agregada. Trece voluntarios normales se utilizaron como controles, para la optimización y estandarización de los procedimientos y para la determinación de los rangos normales de IL-10 y TNF-a.
Se definió reacción inflamatoria sistémica (SIRS) por la presencia de dos o más de los siguientes elementos: 1) temperatura > 38°C o < 36°C; 2) taquicardia: > de 90 latidos por minuto; 3) taquipnea: más de 20 respiraciones por minuto o una PCO2 < 32 mmHg; 4) leucocitosis: (> 12000/mm3) o leucopenia (< 4000/mm3) o más de 10% de formas inmaduras10.
Se define neumonía asociada al respirador por la aparición de nuevos infiltrados en la radiografía de tórax asociados a un estudio bacteriológico positivo efectuado en el material obtenido por técnica broncoscópica (> 104 ufc/mL en el lavado broncoalveolar [BAL] o > de 103 ufc/mL en el material obtenido por cepillo protegido)11.
Se utilizaron los siguientes criterios de exclusión: 1) menores de 14 años; 2) embarazo; 3) tratamiento concomitante con corticoides o drogas inmunosupresoras; 4) tratamiento concomitante con catecolaminas; 5) sospecha de SIDA; 6) politrauma.
Se excluyeron los pacientes que recibieron corticoides y catecolaminas previo al ingreso, por el efecto de esas drogas sobre la secreción de IL-10 y TNF-a.
Este protocolo fue aprobado por los Comités de Docencia e Investigación y Ética de los Hospitales participantes.
Se utilizaron dos muestras de 5 mL de sangre extraídas al ingreso del paciente a la Unidad (M1) y 4 horas después de la primera extracción (M2) para la determinación plasmática de TNF-a e IL-10. La muestra M1 se extrajo dentro de las 2 y 6 horas de ocurrido el trauma. Las muestras fueron inmediatamente centrifugadas (a 4°C) durante 15 minutos a 2200 G. El plasma fue congelado a –70°C hasta efectuar las determinaciones de las citokinas.

Determinaciones de los niveles plasmáticos de citokinas

Las determinaciones de IL-10 y TNF-a se realizaron utilizando un ELISA tipo sandwich cuantitativo que utiliza anticuerpos específicos monoclonales en la fase sólida (Quantikine. R&D System. Minneapolis, MN, USA), según instrucciones del fabricante. Las mediciones se efectuaron por duplicado. El límite inferior de detección de nuestro laboratorio para IL-10 es de 1.4 pg/mL y para TNF-a de 2.4 pg/mL.

Método estadístico

Los valores plasmáticos de las citokinas se expresan como mediana y percentil 25-75% del rango. Una p<0.05 se consideró significativa. Los datos se analizaron por el test de Mann-Whitney y el de Wilcoxon. Para evaluar la correlación entre los niveles de las citokinas con la incidencia de neumonía se utilizó el índice de correlación de Spearman.

Resultados

Las edades tuvieron una media de: 28.6±13.7 años; promedio de Escala de Glasgow: 6.8/15; promedio de tensión arterial media (TAM): 88.73±22 mmHg. El promedio de la presión intracraneana (PIC) fue de: 22±10.7 mmHg. El 43% de los pacientes (7/15) presentaban SIRS al ingreso. En 10 pacientes la primera extracción de sangre se efectuó dentro de las 4 horas de ocurrido el trauma y en los 5 restantes entre la cuarta y sexta hora. Siete pacientes (46.6%) desarrollaron neumonía nosocomial. La mortalidad global fue: 40%. Al ingreso los niveles plasmáticos de IL-10 fueron significativamente mayores en los pacientes que en los controles: 41.8 (17.3-265.4) pg/mL. vs. 2.2 (1.4-2.7) pg/mL. p<0.001 (test de Mann-Whitney) Los niveles plasmáticos de IL-10 (Figura 1) no fueron diferentes entre la primera y la segunda muestra (test de Wilcoxon).
No se detectaron niveles plasmáticos de TNF-a en la mayoría de los controles y de los pacientes. En los que se encontraron niveles plasmáticos mensurables de TNF-a no se encontró diferencia significativa entre los pacientes y los controles, p= 0.628 (test de Mann-Whitney)
La correlación entre los niveles de IL-10 con la incidencia de neumonía no mostró significación: r = 0.477 (índice de Spearman).

Discusión

Ha sido demostrada una significativa depresión de la inmunidad mediada por células después del trauma o de la cirugía mayor, la que puede asociarse a un incremento de la mortalidad por sepsis en estos pacientes traumatizados12, 13.
Diversos factores, entre los que se cuentan las citokinas con acciones antinflamatorias como IL-10, parecen ser responsables de esta alteración inmunitaria8, 14.
La IL-10 no sólo regula en menos la expresión del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) clase II en los monocitos, sino que también inhibe la producción por esas células de las citokinas pro inflamatorias TNF-a, interleukinas 1,2 y 8 (IL-1, IL-2, IL-8) e interferón gama (IFN-g)15, 16, a la vez que induce secreción del antagonista del receptor de IL-1 (IL-1ra), un inhibidor competitivo de la actividad de IL-1.
Se han encontrado niveles elevados de citokinas pro-inflamatorias inmediatamente después del trauma y shock en animales de experimentación17 y en estudios con pacientes18, 19. Se insiste, sobre todo, en el incremento precoz de la citokina pro-inflamatoria TNF-a. En contraste se ha planteado que la aparición en plasma de las citokinas antinflamatorias, como el transforming growth factor beta (TGF b), es más tardío y no sería detectable hasta 24 horas después de la injuria20.
Recientemente se ha comunicado que en los pacientes con daño cerebral agudo la respuesta sería diferente. Se desencadena rápidamente una reacción antinfla-matoria e inmunosupresora8, 21, sin elevación de los niveles de las citokinas pro-inflamatorias. Nuestros resultados confirman estos estudios. Pudimos demostrar que en los pacientes con TEC severo se desarrollaría una respuesta antinflamatoria precoz (elevación significativa de los niveles plasmáticos de IL-10) sin aumento significativo de los niveles plasmáticos de la citokina pro inflamatoria TNF-a. No tenemos elementos para explicar los mecanismos por los cuales se produce esta reacción antinflamatoria. Se ha planteado que sería parte de una reacción neuroendocrina generada a partir de la injuria cerebral aguda y mediada por catecolaminas. Como una prueba mas de la conexión entre la injuria cerebral, los mecanismos neuroendocrinos y la inmunidad, se ha demostrado que las catecolaminas estimulan la liberación de IL-10 por las células inmunes humanas22.
Pero esto no es fácilmente demostrable. La descripta “tormenta simpática” no se encuentra en todos los pacientes. En el grupo estudiado no pudimos demostrar hipertensión arterial, salvo en pacientes aislados y el promedio de TAM registrado (alrededor de 90 mmHg) está dentro de los rangos normales.
En la mayor parte de los procesos agudos, fundamentalmente en sepsis, se ha descrito que la secreción de las citokinas antinflamatorias se produce por el efecto de las citokinas pro inflamatorias sobre las células inmunes, como un proceso de regulación de la reacción inflamatoria14. No parece ser el mecanismo en el grupo estudiado. Solo pudimos demostrar la existencia de SIRS, por parámetros clínicos, en menos del 50% de los pacientes al ingreso y los niveles plasmáticos de TNF-a fueron similares a los de los controles en los pacientes en los que fue detectada.
No pudimos certificar la correlación entre los valores plasmáticos elevados de IL-10 con la incidencia de neumonía nosocomial, aunque debemos destacar que al analizar los resultados de la correlación se marca una tendencia. El tamaño de la muestra podría ser insuficiente para el análisis adecuado de la correlación.
Los resultados obtenidos muestran la precocidad de los mecanismos que inducirían la inmunosupresión que acompaña al TEC severo. Todas las muestras iniciales fueron obtenidas antes de la sexta hora del trauma y en diez de los quince pacientes antes de la cuarta hora del traumatismo. De cualquier manera no parecen ser los únicos mecanismos y quedan pendientes muchos interrogantes. En respuesta a la injuria cerebral varias moléculas con efecto inmunosupresor son liberadas además de las citokinas antinflamatorias, sobre todo los corticosteroides, inhibidores naturales de la producción de citokinas pro-inflamatorias. Todavía no se ha determinado como se relacionan los corticosteroides con la producción de IL-10 y otros mediadores antinflamatorios como el IL-1ra y el receptor soluble de TNF.
Otro elemento que se debe tener en cuenta es que el TEC induce una reacción inflamatoria intracerebral con aumento de los niveles de citokinas pro y antinflamatorias en el líquido cefalorraquídeo. No se conoce como se relacionaría esta respuesta local con los niveles que registramos en la sangre.
Como conclusión podemos plantear que este estudio aporta evidencias sobre la aparición precoz de una respuesta antinflamatoria mediada por la liberación de la interleukina IL-10, lo que podría favorecer la aparición de un estado de inmunodepresión relativa en los pacientes con TEC severo.

Agradecimiento: Se agradece la colaboración del Dr. Mario Eposto, Jefe de la Sección Serología del Laboratorio del Hospital A. Posadas.

Bibliografía

1. Goris RJA. Sepsis and multiple organ failure: the result of whole body inflammation. In Faist E, Meakins J, Schilberg FW (eds) Host Defense Dysfunction in Trauma, Shock and Sepsis. Berlin: Springer Verlag 1993, pp 161-70.
2. Stephan RN, Ayala A, Chaudry IH. Monocyte and lymphocyte responses following trauma. In:Schlag R, Redl H (eds) Pathophysiology of Shock, Sepsis and Organ Failure. Heidelberg: Springer Verlag 1993, pp 131-44.
3. Rodriguez J.L, Gibbons KJ, Bitler LG, Dechert RE, Steimberg SM. Pneumonia. Incidence, risk factor and outcome in injured patients. J Trauma.1991; 31: 907-12
4. Hsieg A.H, Bishop M.Jkubilis PS, Newell DH, Pierson DJ. Pneumonia following closed head injury. Am Rev Resp Dis.1992;146: 290-4.
5. Chiolero R, Berger M. Endocrine response in brain injury. New Horiz 1994; 2: 432-42.
6. Rothwell PM, Lawler PJ. Prediction of outcome in intensive care patients using endocrine parameters. Crit Care Med, 1995; 23: 78-83.
7. Fiorentino DF, Zlotnik A, Vieira P, et al. IL-10 acts on the antigen-presenting cells to inhibit cytokine production by Th1 cells. J Immunol 1991;146: 3444-51.
8. Woiciecowsky C, Asadullah K, Nestler D, et al. Mecanism of brain injury-induced immunodepression: simpathetic activation trigger systemic interleukin-10 release. Nature Med 1998; 4: 808-13.
9. Murillo Cabezas F, Muñoz Sanches A. Traumatismo encefalocraneano grave. En: Terapia Intensiva. Pacín J (ed). Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana 2000, pp 224-44.
10. Consensus Conference Committee. Definitions for sepsis and organ failure and guidelines for the use of innovative therapies in sepsis. Crit Care Med 1992; 208: 64-74.
11. Meduri GU. Diagnosis anf differencial diagnosis of ventilator-associated pneumonia. Clin Chest Med 1995; 16: 61-93.
12. Levy EM, Albary SA, Grindlinger G, Blac PH, Changes in mitogen responsiveness lymphocyte subsets after traumatic injury: relation to development of sepsis. Clin Immunol Immunopathol 1984; 32: 224-33.
13. Keane RM, Birmingham W, Shatney CM, Winchurch RA, Munster AM. Prediction of sepsis in the multitraumatic patient by assays of lymphocyte responsiveness. Surg Gynecol Obstet 1983; 156: 163-7.
14. Calandra T, Heumann D. Inhibitory cytokines in immune response in the critically ill. Marshall JC, Cohen J (eds). Berlin: Springer, 2000, pp 67-83.
15. de Waal Malefyt R, Abrams J, Bennett B, Figdor CG, de Vries Je. Interleukin 10 (IL-10) inhibits cytokine syn-tesis by human monocytes: An autoregulatory role of IL-10 produced by monocytes. J Exper Med 1991;174: 1209-20
16. Fuchs AC, Granowitz EV, Shapiro L, et al. Clinical, hematological and immunologic effects of interleukin-10 in humans. J Clin Immunol 1996;16: 291-303.
17. Ayala A, Wang P. Ba ZF, Perrin MM, Ertel W, Chaundry IH. Diferential alterations in plasma IL-6 and TNF levels following trauma and hemorrhage. Am J Physiol 1991; 260: R167-171.
18. Roumen RM, Hendriks T, van der Ven-Jongekrijg J, et al. Cytokine patterns in patients after major surgery, hemorrhagic shock, and severe blunt trauma. Ann Surg 1993: 218: 769-76.
19. Martin C, Boisson C, Haccoun M, Thomachot L, Mege JL. Patterns of cytokine evolution (tumor necrosis factor an interleukin-6) after septic shock, hemorrhagic shock and severe trauma. Crit Care Med 1997; 25: 1813-9.
20. Miller-Graciano Cl, Szabo G, Griffey K, Metha B, Kodys K, Catalano D. Role of elevated monocyte transforming growth factor beta (TGF-beta) production in posttrauma immunosuppression. J Clin Immunol 1991; 11: 95-102.
21. Asadullah K, Woiciechowsky C, Docke WD, et al. Immunodepression following neurosurgical procedures. Crit Care Med 1995; 23: 1976-83.
22. van der Poll T, Coyle SM, Barboza K, Braxton C, Lowry SF. Epinephrine inhibits tumor necrosis factor a and potentiates interleukin-10 production during human endotoxemia. J Clin Invest 1996; 97: 713-9.