Sepsis and AKI in ICU Patients: the role of Plasma Biomarkers

Sepsis is a primary cause of morbidity and mortality in intensive care unit (ICU) and critically ill patients. Gram-negative bacteria are implicated in 50-60% of cases of sepsis in ICU and endotoxin is considered to play an important role in the pathogenesis of septic shock. Sepsis is also a contributing factor in more than 20% of cases of acute kidney injury (AKI) in ICU patients, with cases severe enough to require renal replacement therapy. AKI occurs in 35-65% of ICU admissions and most studies show a threefold to fivefold increase in the risk of death among patients with AKI compared to patients without AKI. Given the higher mortality rate of ICU patients with sepsis and AKI, we decided to investigate the possible correlation between serum biochemical markers of organ damage, such as Neutrophil Gelatinase-Associated Lipocalin (NGAL), Advanced Oxidation Protein Products (AOPP) and Brain Natriuretic Peptide (BNP) and endotoxin activity in ICU septic patients. Moreover, comparisons of the levels of these biomarkers were made between septic and non septic patients, septic patients with or without AKI and between patients who developed AKI with or without sepsis. Ninety-eight consecutive adult patients admitted to ICU of San Bortolo Hospital, Vicenza, Italy, between October 2008 and August 2010, were enrolled in this study. Patients were divided in two groups depending on the presence of sepsis, defined as Systemic Inflammatory Response Syndrome (SIRS) associated with an infectious process. Fifty-six patients had sepsis, while forty-two patients were non septic. Among septic patients, twenty-four subjects developed AKI, defined by RIFLE criteria, while thirty-two did not. AKI occurred in fourteen patients without sepsis as well. A significant correlation (p=0.02) was found only between endotoxin activity and BNP levels of septic patients. The levels of NGAL, BNP and AOPP were significantly higher among septic patients compared with non septic subjects (p<0.001). Among septic patients, subjects who developed AKI showed significant higher levels of NGAL and AOPP (p=0.0425), and BNP (p=0.0327). Among patients who developed AKI, a significant difference was found only in terms of AOPP levels between septic and non septic patients. The correlation between endotoxin activity and BNP in septic patients and the increase in the levels of NGAL, BNP and AOPP in case of sepsis and AKI, in particular if they are associated, indicate a multiorgan involvement in these two conditions. Their evaluation can allow clinicians to individualize earlier patients at higher risk of morbidity and mortality.

La sepsi è una delle cause principali di morbidità e mortalità nei pazienti critici in Terapia Intensiva. I batteri Gram-negativi sono implicati nel 50-60% dei casi di sepsi in Terapia Intensiva e l’endotossina svolge un ruolo importante nella patogenesi dello shock settico. La sepsi è anche un fattore che contribuisce in oltre il 20% dei casi al danno renale acuto nei pazienti in terapia intensiva, e in alcuni casi vi è la necessità di una terapia renale sostitutiva. L’insufficienza renale acuta (IRA) si verifica nel 35-65% dei ricoveri in Terapia Intensiva e la maggior parte degli studi mostrano un aumento di cinque volte sul rischio di morte tra i pazienti con danno renale acuto rispetto ai pazienti senza IRA. Dato il tasso di mortalità più elevato di pazienti in Terapia Intensiva con sepsi e IRA, si è indagato nei pazienti settici della Terapia Intensiva sulla possibile correlazione tra i biomarcatori di danno d'organo (NGAL, AOPP e BNP) e l'attività dell’endotossina. Inoltre, il confronto dei livelli di questi marcatori sono stati analizzati tra i pazienti settici e non settici, pazienti settici con o senza IRA e tra i pazienti che hanno sviluppato danno renale acuto, con o senza sepsi. Novantotto pazienti adulti ricoverati in Terapia Intensiva dell'Ospedale di San Bortolo, Vicenza, Italia, tra ottobre 2008 e agosto 2010, sono stati arruolati in questo studio. I pazienti sono stati divisi in due gruppi a seconda della presenza di sepsi, definita come Sindrome da Risposta Infiammatoria Sistemica (SIRS) associata a un processo infettivo. Cinquantasei pazienti presentavano sepsi, mentre 42 pazienti non presentavano sepsi. Tra i pazienti settici, 24 soggetti hanno sviluppato IRA, definita dai criteri RIFLE, mentre 32 non hanno IRA. Una correlazione significativa tra l’attività di endotossina e i biomarcatori è stata trovata solo con i livelli di BNP dei pazienti settici (p=0,02). I livelli di NGAL, BNP e AOPP erano significativamente più alti tra i pazienti settici rispetto ai soggetti non settici (p<0,001). Tra i pazienti settici, i soggetti che hanno sviluppato IRA hanno mostrato livelli più alti di NGAL e AOPP (p=0,0425), e BNP (p=0,0327). La correlazione tra l'attività dell’endotossina e i livelli di BNP nei pazienti settici, e l'aumento dei livelli di NGAL, BNP e AOPP in caso di sepsi e IRA, in particolare se sono associati, indicano un coinvolgimento multiorgano in queste condizioni. La loro valutazione può permettere ai medici di individuare prima i pazienti a maggior rischio di morbidità e mortalità.