패혈증 증후군환자에서 성인성 호흡곤란 증후군 발생의 예측 지표서의 혈중 Tumor Necrosis Factor-$\alpha$와 Interleukin-$1{\beta}$에 관한 연구

The Role of Tumor Necrosis Factor-$\alpha$ and Interleukin-$1{\beta}$ as Predictable Markers for Development of Adult Respiratory Distress Syndrome in Septic Syndrome

연구배경: ARDS발생 기전에 있어 TNF-$\alpha$나 IL-$1{\beta}$의 역할은 이들이 폐혈관 내피세포에 작용하여 모세혈관의 투과성을 증가시키는 것으로 추정되나 ARDS환자 발생 예측 지표로서의 TNF-$\alpha$ 및 IL-$1{\beta}$의 임상적 유용성에 대한 지금까지의 연구결과는 부정적이다. 이는 기존연구들이 다양한 질환들을 대상으로 함으로써 ARDS 발생기전의 다양성이 ARDS환자 발생 예측지표로서의 TNF-$\alpha$의 유용성을 부정적으로 나타나게하였을 가능성을 배제할 수 없다. 이에 저자들은 ARDS 발생이 내독소와 cytokines등에 의한 작용인 것으로 알려지고 있는 패혈증 증후군 환자들을 대상으로 TNF-$\alpha$와 IL-$1{\beta}$의 ARDS 발생의 예측 표지자로서 임상적 효용성을 검토하고자 본 연구를 시행하였다. 방법: 패혈증 증후군환자들을 대상으로 ARDS발생군(이하 ARDS군, 16명)과 호흡부전 상태에서 ARDS로는 진행하지않은 급성호흡 부전군(Acute hypoxemic respiratory failure group, 이하 AHRF군, 20명)으로 분류하여 등록시, 24시간 및 72시간후에 채혈하여 ARDS군은 ARDS 발생시에, AHRF군은 동맥혈 산소분압에 대한 폐포 산소분압의 비가 가장 낮은 시점의 TNF-$\alpha$와 IL-$1{\beta}$의 농도를 비교하였다. 또한 ARDS 및 AHRF군에서 쇽 발생군과 비발생군으로 분류하고 쇽 발생시에 측정된 TNF-$\alpha$와 IL-$1{\beta}$를 비발생군의 TNF-$\alpha$ 및 IL-$1{\beta}$의 값과 비교하였다. 대조군은 건강 대조군으로서 1회만 채혈하였다. 결과: 1) 혈중 TNF-$\alpha$의 농도: 본 연구에 사용한 Predicta kit의 TNF-$\alpha$ 농도 측정의 민감도는 평균${\pm}2$표준편차의 하한값이 10pg/mL이며, 특이도는 100%로, ARDS군 16명중 8명이, AHRF군 20명중 12명이 10pg/mL 이상으로 측정되어 두 군사이에서 혈중 TNF-$\alpha$가 10pg/mL 이상 발현된 비율의 차이는 없었다. ARDS 및 AHRF군의 혈중 TNF-$\alpha$의 중앙값 농도는 각각 10.26pg/mL(<10-16.99pg/mL, 사분위수범위, interquartile range), 10.82pg/mL(<10-20.38pg/mL)로서 두 군 사이에는 유의한 차이가 없었으며 (Fig. 1), ARDS 발생 전후의 혈중 TNF-$\alpha$의 농도도 중앙값이 10pg/mL미만(<10-15.32)pg/mL 및 10pg/mL미만(<10-10.22)pg/mL로서 유의한 차이가 없었고 6명중 2명만이 ARDS 발생 전에 비하여 TNF-$\alpha$의 값이 증가되었다. ARDS 및 AHRF군에서 패혈성 쇽이 발생한 환자들(26명)의 TNF-$\alpha$의 농도는 12.53(<10-20.82)pg/mL로서 비발생군(10명) <10pg/mL에 비해 유의하게 높았으나(p<0.01)(Fig. 2), 전체 생존군(<10, <10-12.92pg/mL)과 사망군(11.80, <10-20.8pg/mL)사이에는 유의한 차이가 없었다(P=0.28). 2) 혈중 IL-$1{\beta}$의 농도: 본 연구에 사용한 Quantikine kit의 최저 측정치는 0.3ng/mL로서 건강 대조군 10명중 1명을 제외한 모두에서 IL-$1{\beta}$측정치가 0.3pg/mL이하였다. ARDS 및 AHRF군의 검체 중 0.3ng/mL 이하로 측정된 경우는 ARDS, AHRF군에서 각각 1예가 있었다 ARDS 및 AHRF군의 혈중 IL-$1{\beta}$의 농도는 각각 2.22(1.37-8.01)ng/mL, 2.13(0.83-5.29)ng/mL으로서 두 군사이에는 유의한 차이가 없었으며(Fig. 3), ARDS 발생전(2.53, 0.3-8.38ng/mL)과 발생후(5.35, 0.66-11.51ng/mL)에서도 차이가 없었다. 패혈성 쇽 발생군(2.51, 1.28-8.34ng/mL)과 비발생군(1.46, 0.15-2.13ng/mL)사이에서는 통계적인 유의한 차이는 없었으나 비발생군에서 낮은 경향을 보였다(각각 P=0.44, P=0.054)(Fig. 4). 생존군과 사망군의 비교에 있어서는 각각 1.37(0.4-2.36), 2.84(1.46-8.34)ng/mL로서 생존군에서 유의하게 낮았다(p<0.05). 결론: 혈중내 TNF-$\alpha$의 농도는 패혈증증후군 환자들에서 패혈성 쇽의 발생과는 연관성이 있으나 혈중내 TNF-$\alpha$ 및 IL-$1{\beta}$의 농도 측정이 ARDS 발생의 예측 지표로서는 임상적 효용성이 적은 것으로 사료 되었다.

Background: Tumor necrosis factor(TNF)-$\alpha$ and Interleukin(lL)-$1{\beta}$ are thought to play a major role in the pathogenesis of the septic syndrome, which is frequently associated with adult respiratory distress syndrome(ARDS). In spite of many reports for the role of TNF-$\alpha$ in the pathogenesis of ARDS, including human studies, it has been reported that TNF-$\alpha$ is not sensitive and specific marker for impending ARDS. But there is a possibility that the results were affected by the diversity of pathogenetic mechanisms leading to the ARDS because of various underlying disorders of the study group in the previous reports. The purpose of the present study was to evaluate the roles of TNF-$\alpha$ and IL-$1{\beta}$ as a predictable marker for development of ARDS in the patients with septic syndrome, in which the pathogenesis is believed to be mainly cytokine-mediated. Methods: Thirty-six patients of the septic syndrome hospitalized in the intensive care units of the Asan Medical Center were studied. Sixteens suffered from ARDS, whereas the remaining 20 were at the risk of developing ARDS(acute hypoxemic respiratory failure, AHRF). In all patients venous blood samples were collected in heparin-coated tubes at the time of enrollment, at 24 and 72 h thereafter. TNF-$\alpha$ and IL-$1{\beta}$ was measured by an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). All data are expressed as median with interquartile range. Results: 1) Plama TNF-$\alpha$ levels: Plasma TNF-$\beta$ levels were less than 10pg/mL, which is lowest detection value of the kit used in this study within the range of the $mean{\pm}2SD$, in all of the normal controls, 8 of 16 subjects of ARDS and in 8 in 20 subjects of AHRF. Plasma TNF-$\alpha$ levels from patients with ARDS were 10.26pg/mL(median; <10-16.99pg/mL, interquartile range) and not different from those of patients at AHRF(10.82, <10-20.38pg/mL). There was also no significant difference between pre-ARDS(<10, <10-15.32pg/mL) and ARDS(<10, <10-10.22pg/mL). TNF-$\alpha$ levels were significantly greater in the patients with shock than the patients without shock(12.53pg/mL vs. <10pg/mL) (p<0.01). There was no statistical significance between survivors(<10, <10-12.92pg/mL) and nonsurvivors(11.80, <10-20.8pg/mL) (P=0.28) in the plasma TNF-$\alpha$ levels. 2) Plasma IL-$1{\beta}$ levels: Plasma IL-$1{\beta}$ levels were less than 0.3ng/mL, which is the lowest detection value of the kit used in this study, in one of each patients group. There was no significant difference in IL-$1{\beta}$ levels of the ARDS(2.22, 1.37-8.01ng/mL) and of the AHRF(2.13, 0.83-5.29ng/mL). There was also no significant difference between pre-ARDS(2.53, <0.3-8.34ngfmL) and ARDS(5.35, 0.66-11.51ng/mL), and between patients with septic shock and patients without shock (2.51, 1.28-8.34 vs 1.46, 0.15-2.13ng/mL). Plasma IL-$1{\beta}$ levels were significantly different between survivors(1.37, 0.4-2.36ng/mL) and nonsurvivors(2.84, 1.46-8.34ng/mL). Conclusion: Plasma TNF-$\alpha$ and IL-$1{\beta}$ level are not a predictable marker for development of ARDS. But TNF-$\alpha$ is a marker for shock in septic syndrome. These result could not exclude a possibility of pathophysiologic roles of TNF-$\alpha$ and IL-$1{\beta}$ in acute lung injury because these cytokine could be locally produced and exert its effects within the lungs.