Sepsis is a common diagnose in the intensive care population, burdened with a high mortality. The systemic inflammatory reaction underlying the development of septic organ dysfunction can be modeled using Gram-negative bacterial lipopolysaccharide, endotoxin. This thesis used a porcine endotoxemic experimental sepsis model to address clinical questions difficult to answer in clinical trials; furthermore a model of secondary sepsis was developed. No additional effect on the development of renal dysfunction by tobramycin was found, indicating that a single dose of tobramycin does not further compromise renal function in inflammatory-induced acute kidney injury. Antiendotoxin treatment had no measurable effect on TNF-α-mediated toxicity once the inflammatory cascade was activated. There was an effect on the leukocyte response that was associated with improvements in respiratory function and microcirculation, making it impossible to rule out fully the beneficial effect of this strategy. However, the effects were limited in relation to the magnitude of the endotoxin concentration reduction and the very early application of the antiendotoxin measure. The lungs stood out compared to the other organ systems as having a threshold endotoxin dose for the protective effect of endotoxin tolerance. As to the development of circulatory and renal dysfunction, tolerance to endotoxin was evident regardless of the endotoxin pre-exposure and challenge dose. There was a temporal variation of endotoxin tolerance that did not follow changes in plasma TNF-α concentrations and maximal tolerance was seen very early in the course. More pronounced endotoxin tolerance at the time of maximum tolerance was associated with a more marked hyperdynamic circulation, reduced oxygen consumption and thrombocytopenia eighteen hours later. It might be of interest to use the experimental model of long-term endotoxemia followed by a second hit, which has been designed to resemble an intensive care setting, for the study of treatment effects of immunomodulating therapies in secondary sepsis. / Paper 3, previous title as submitted: "Compartmentalization of organ endotoxin tolerance in a porcine model of secondary sepsis"

Apesar de uma diversidade de estudos científicos, em que dezenas de milhares de pacientes foram analisados e tratados, a sepse continua sendo um grande desafio para a medicina contemporânea. Investigações bem conduzidas levaram a uma reavaliação do modelo clássico da sepse, tradicionalmente vista como um processo descontrolado de hiperinflamação sistêmica, uma vez que se observou a existência de uma atividade antiinflamatória ao longo do seu curso evolutivo. Nesse contexto, o comportamento do sistema imune inato se assemelha ao de indivíduos idosos submetidos ao fenômeno da imunossenescência, interseção ainda mais relevante ao considerarmos o crescente incremento na faixa etária média dos pacientes internados em UTI. O presente estudo visou a estabelecer a epidemiologia da sepse em um hospital público de um país de renda media, como é o caso do Brasil. Ademais, através de citometria de fluxo, buscamos definir a cinética da expressão monocitária de moléculas HLA-DR e CD64 ao longo do processo de envelhecimento humano. Comparamos essas observações com o comprometimento do sistema imune inato visto na sepse visando discriminar as alterações da senescência do sistema imune associada ao envelhecimento daquelas associadas ao fenômeno da imunoparalisia da sepse. Na investigação epidemiológica, nós encontramos uma taxa de ocorrência de 5,9 casos de sepse por 100 pacientes e uma densidade de incidência de 6,4 casos por 1000 pacientes-dia. Documentamos ainda sua associação com uma elevada incidência de sepse e documentamos sua associação com uma elevada taxa de comordidades crônicas. A sepse foi diagnosticada tardiamente (72% dos casos após 12 horas de evolução) e em estágio avançado como atestado pelos elevados escores de gravidade de doença e de disfunção orgânica. O presente estudo identificou vários obstáculos à efetiva implementação das recomendações da Surviving Sepsis Campaign. No segundo estudo, observamos correlações negativas significativas entre idade e intensidade de expressão dos biomarcadores avaliados. Durante a sepse, a expressão de mHLA-DR foi ainda mais reduzida, enquanto a expressão de CD64 foi majorada. Para melhor discriminar imunossenescência de imunoparalisia, valores de cutoff de 9.700 m/c para mCD64 e de 7.000 m/c para mHLA-DR forneceram as melhores combinações de sensibilidade e especificidade. / Despite a multiplicity of trials enrolling several thousands of treated patients, sepsis still represents a major challenge to contemporary medicine. Since several well-conducted investigations have consistently indicated the existence of an anti-inflammatory activity during sepsis evolution, there has been a reappraisal of the classic sepsis model in which the condition was traditionally seen as an uncontrolled systemic hyper-inflammatory process. During sepsis, the innate immune system behavior has some similarities to the immunosenescence process experienced by elderly people; something that is even more relevant when considering the progressive increase of the mean age of the patients admitted to ICUs along the last decades. This study investigated the epidemiology of sepsis in a public university hospital from a middle-income country, as is the case of Brazil. Also, applying a flow cytometry methodology, we tried to establish the kinetics of the molecular expression of HLA-DR and CD64 on monocytes during human aging. To put it in context, we compared such findings with those obtained from septic patients aiming at the discrimination between changes related to the normal aging process from those of the immunoparalysis phenomenon seen in sepsis. In the epidemiological arm of this study, we found an occurrence rate of 5.9 cases of sepsis per 100 patients, and an incidence density of 6.4 cases per 1000 patient-days. We documented the association of sepsis with an elevated rate of chronic comorbid conditions. Sepsis was detected late (72% evolving for more than 12 hours) and in advanced stages as indicated by severity and organ failure scores. The study detected several obstacles to the effective implementation of the Surviving Sepsis Campaign recommendations. In the second study, we observed significant negative correlations between age and the levels of HLA-DR and of CD64 expression on monocytes. During sepsis, HLA-DR expression decreased further while CD64 expression was upregulated. To better discriminate immunosenescence from immunoparalysis, cutoff values of 9,700 m/c for mCD64 and of 7,000 m/c for HLA-DR provided the best combination of sensitivity and specificity.

Apesar de uma diversidade de estudos científicos, em que dezenas de milhares de pacientes foram analisados e tratados, a sepse continua sendo um grande desafio para a medicina contemporânea. Investigações bem conduzidas levaram a uma reavaliação do modelo clássico da sepse, tradicionalmente vista como um processo descontrolado de hiperinflamação sistêmica, uma vez que se observou a existência de uma atividade antiinflamatória ao longo do seu curso evolutivo. Nesse contexto, o comportamento do sistema imune inato se assemelha ao de indivíduos idosos submetidos ao fenômeno da imunossenescência, interseção ainda mais relevante ao considerarmos o crescente incremento na faixa etária média dos pacientes internados em UTI. O presente estudo visou a estabelecer a epidemiologia da sepse em um hospital público de um país de renda media, como é o caso do Brasil. Ademais, através de citometria de fluxo, buscamos definir a cinética da expressão monocitária de moléculas HLA-DR e CD64 ao longo do processo de envelhecimento humano. Comparamos essas observações com o comprometimento do sistema imune inato visto na sepse visando discriminar as alterações da senescência do sistema imune associada ao envelhecimento daquelas associadas ao fenômeno da imunoparalisia da sepse. Na investigação epidemiológica, nós encontramos uma taxa de ocorrência de 5,9 casos de sepse por 100 pacientes e uma densidade de incidência de 6,4 casos por 1000 pacientes-dia. Documentamos ainda sua associação com uma elevada incidência de sepse e documentamos sua associação com uma elevada taxa de comordidades crônicas. A sepse foi diagnosticada tardiamente (72% dos casos após 12 horas de evolução) e em estágio avançado como atestado pelos elevados escores de gravidade de doença e de disfunção orgânica. O presente estudo identificou vários obstáculos à efetiva implementação das recomendações da Surviving Sepsis Campaign. No segundo estudo, observamos correlações negativas significativas entre idade e intensidade de expressão dos biomarcadores avaliados. Durante a sepse, a expressão de mHLA-DR foi ainda mais reduzida, enquanto a expressão de CD64 foi majorada. Para melhor discriminar imunossenescência de imunoparalisia, valores de cutoff de 9.700 m/c para mCD64 e de 7.000 m/c para mHLA-DR forneceram as melhores combinações de sensibilidade e especificidade. / Despite a multiplicity of trials enrolling several thousands of treated patients, sepsis still represents a major challenge to contemporary medicine. Since several well-conducted investigations have consistently indicated the existence of an anti-inflammatory activity during sepsis evolution, there has been a reappraisal of the classic sepsis model in which the condition was traditionally seen as an uncontrolled systemic hyper-inflammatory process. During sepsis, the innate immune system behavior has some similarities to the immunosenescence process experienced by elderly people; something that is even more relevant when considering the progressive increase of the mean age of the patients admitted to ICUs along the last decades. This study investigated the epidemiology of sepsis in a public university hospital from a middle-income country, as is the case of Brazil. Also, applying a flow cytometry methodology, we tried to establish the kinetics of the molecular expression of HLA-DR and CD64 on monocytes during human aging. To put it in context, we compared such findings with those obtained from septic patients aiming at the discrimination between changes related to the normal aging process from those of the immunoparalysis phenomenon seen in sepsis. In the epidemiological arm of this study, we found an occurrence rate of 5.9 cases of sepsis per 100 patients, and an incidence density of 6.4 cases per 1000 patient-days. We documented the association of sepsis with an elevated rate of chronic comorbid conditions. Sepsis was detected late (72% evolving for more than 12 hours) and in advanced stages as indicated by severity and organ failure scores. The study detected several obstacles to the effective implementation of the Surviving Sepsis Campaign recommendations. In the second study, we observed significant negative correlations between age and the levels of HLA-DR and of CD64 expression on monocytes. During sepsis, HLA-DR expression decreased further while CD64 expression was upregulated. To better discriminate immunosenescence from immunoparalysis, cutoff values of 9,700 m/c for mCD64 and of 7,000 m/c for HLA-DR provided the best combination of sensitivity and specificity.

O presente estudo avaliou a ocorrência de imunoparalisia e sua associação com pior prognóstico em pacientes pediátricos internados em uma UTI de hospital terciário. Para determinar a presença de imunoparalisia procedeu-se a dosagem da expressão de mHLA-DR usando o QuantiBRITE TM Anti HLA-DR/ Anti- Monocyte, um novo reagente que padroniza os valores da citometria de fluxo para o mHLA-DR. Determinamos a expressão de mHLA-DR em 30 pacientes com sepse grave ou choque sépticos admitidos na UTI Pediátrica no período do estudo, mHLA-DR foi quantificado por duas vezes: entre os dias 3 a 5 (mHLA-DR1) e 5 a 7 (mHLA-DR2) após o inicio do quadro séptico. Também foi calculado o deltamHLA-DR (mHLA-DR2 - mHLA-DR1). Dosamos, ainda, o mHLA-DR em vinte e um controles hígidos. O objetivo do estudo foi determinar se a expressão de mHLA-DR correlaciona-se com a mortalidade em pacientes sépticos pediátricos. Os resultados mostram que o mHLA-DR foi significativamente menor nos pacientes sépticos do que nos controles (p = 0.0001). A mortalidade foi de 46% nos pacientes com valores negativos ou < 1000 mAb/cell de deltaHLA-DR, e 7% em pacientes com valores positivos ou > 1000 mAb/cell de deltaHLADR. O deltamHLA-DR médio foi significativamente diferente entre sobreviventes e pacientes que foram a óbito (p = 0.023). Dessa forma, após a análise estatística dos resultados concluímos que o deltaHLA-DR correlaciona-se com a mortalidade em pacientes pediátricos com sepse grave e choque séptico / This study analysis the presence of Immunoparalysis and its association with prognosis in pediatric septic patients of a Tertiary Intensive Care Unit. To determine the presence of immunoparalysis we performed the mHLA-DR dosage using the QuantiBRITE TM Anti HLA-DR/ Anti- Monocyte, a novel reagent that standardizes flow cytometry values. We determined mHLA-DR expression in 30 patients with severe sepsis or septic shock admitted to PICU, mHLA-DR expression was quantified between days 3-5 and 5-7 after the onset of sepsis and calculated the deltamHLA-DR (mHLA-DR2 - mHLADR1). We also measured mHLA-DR levels in twenty-one healthy patients. The objective of this study was to determine if mHLA-DR values correlate with mortality in pediatric septic patients. The results showed that the mean mHLA-DR expression was significantly lower in septic patients compared with controls (p = 0.0001). Mortality was 46% in patients with negative deltaHLA-DR or < 1000 mAb/cell and 7% in patients with positive deltaHLA-DR or > 1000 mAb/cell. Mean deltamHLA-DR levels were significantly different between survivors and non-survivors (p = 0.023). After statistical analysis we concluded that deltaHLA-DR correlates with mortality in pediatric patients with septic shock or severe sepsis

O presente estudo avaliou a ocorrência de imunoparalisia e sua associação com pior prognóstico em pacientes pediátricos internados em uma UTI de hospital terciário. Para determinar a presença de imunoparalisia procedeu-se a dosagem da expressão de mHLA-DR usando o QuantiBRITE TM Anti HLA-DR/ Anti- Monocyte, um novo reagente que padroniza os valores da citometria de fluxo para o mHLA-DR. Determinamos a expressão de mHLA-DR em 30 pacientes com sepse grave ou choque sépticos admitidos na UTI Pediátrica no período do estudo, mHLA-DR foi quantificado por duas vezes: entre os dias 3 a 5 (mHLA-DR1) e 5 a 7 (mHLA-DR2) após o inicio do quadro séptico. Também foi calculado o deltamHLA-DR (mHLA-DR2 - mHLA-DR1). Dosamos, ainda, o mHLA-DR em vinte e um controles hígidos. O objetivo do estudo foi determinar se a expressão de mHLA-DR correlaciona-se com a mortalidade em pacientes sépticos pediátricos. Os resultados mostram que o mHLA-DR foi significativamente menor nos pacientes sépticos do que nos controles (p = 0.0001). A mortalidade foi de 46% nos pacientes com valores negativos ou < 1000 mAb/cell de deltaHLA-DR, e 7% em pacientes com valores positivos ou > 1000 mAb/cell de deltaHLADR. O deltamHLA-DR médio foi significativamente diferente entre sobreviventes e pacientes que foram a óbito (p = 0.023). Dessa forma, após a análise estatística dos resultados concluímos que o deltaHLA-DR correlaciona-se com a mortalidade em pacientes pediátricos com sepse grave e choque séptico / This study analysis the presence of Immunoparalysis and its association with prognosis in pediatric septic patients of a Tertiary Intensive Care Unit. To determine the presence of immunoparalysis we performed the mHLA-DR dosage using the QuantiBRITE TM Anti HLA-DR/ Anti- Monocyte, a novel reagent that standardizes flow cytometry values. We determined mHLA-DR expression in 30 patients with severe sepsis or septic shock admitted to PICU, mHLA-DR expression was quantified between days 3-5 and 5-7 after the onset of sepsis and calculated the deltamHLA-DR (mHLA-DR2 - mHLADR1). We also measured mHLA-DR levels in twenty-one healthy patients. The objective of this study was to determine if mHLA-DR values correlate with mortality in pediatric septic patients. The results showed that the mean mHLA-DR expression was significantly lower in septic patients compared with controls (p = 0.0001). Mortality was 46% in patients with negative deltaHLA-DR or < 1000 mAb/cell and 7% in patients with positive deltaHLA-DR or > 1000 mAb/cell. Mean deltamHLA-DR levels were significantly different between survivors and non-survivors (p = 0.023). After statistical analysis we concluded that deltaHLA-DR correlates with mortality in pediatric patients with septic shock or severe sepsis

Les états septiques demeurent un réel problème de santé publique. Depuis 20 ans, leur mortalité est restée globalement constante en dépit d'une meilleure prise en charge initiale des patients et de nombreux essais cliniques. Parmi les défaillances d'organes provoquées par les états septiques, une profonde immunodépression se met en place après la phase initiale de la maladie. Son amplitude et sa persistance dans le temps, variables d'un patient à l'autre, semblent associées à un risque accru d'infections nosocomiales et de décès secondaire. Aussi, un des challenges actuels est d'explorer de nouvelles pistes thérapeutiques immunostimulantes pour les patients septiques les plus immunodéprimés. En l'absence de signe clinique de cet état, l'identification et la validation de nouveaux biomarqueurs contribuera sans doute à la mise en place de thérapies ciblées et individualisées. Notre travail s'inscrit dans ce contexte. L'objectif était d'utiliser le niveau d'expression génique comme outil de monitorage clinique et de recherche en physiopathologie. Nous avons donc conduit un travail de recherche translationnelle alliant études cliniques (lymphopénie, apoptose) et expérimentales basées sur un modèle de tolérance à l'endotoxine dans lequel nous avons testé différentes options thérapeutiques. Nous avons validé l'hypothèse de travail en montrant qu'un panel d'ARNm, mesurable dans le sang total des patients, devrait permettre à la fois d'identifier les patients qui pourraient bénéficier de thérapeutiques immunostimulantes et d'en contrôler l'efficacité dans la restauration des fonctions immunitaires / Septic syndromes remain a real public health issue. For 20 years, despite improvements in early management of patients and despite a number of clinical trials, the rate of mortality due to septic syndrome has remained broadly constant. After the initial phase of sepsis, patients rapidly exhibit profound immunodepression. Amplitude and duration of this state vary between patients and appear to be associated with increased risk of nosocomial infections and secondary deaths. One of the current challenges is to develop novel immunostimulant therapeutics for the most immunocompromised septic patients. Development of biomarkers will allow patient stratification and will undoubtedly contribute to the development of appropriately targeted and individualized therapies. The goal of our study was to evaluate the potential of gene expression level for clinical monitoring and for research in pathophysiology. We conducted translational research by combining experimental data with clinical studies (lymphopenia, apoptosis). We used endotoxin tolerance as a model to test different therapeutic options. Our data confirmed that expression levels of a panel of mRNAs, measured in the whole blood of patients, is a powerful tool for patient stratification and the monitoring of the effect of immunostimulant therapy on the immune system