Hintergrund: Trotz fortschreitendem Verständnis der Pathophysiologie der Sepsis wird die weltweite Mortalität septischer Patienten auf 30 bis 50 % geschätzt. Aufgehobene zirkadiane Rhythmen konnten mit verschiedenen pathologischen Zuständen, die zu tödlichen Entzündungen und Immunschwäche führten, in Verbindung gebracht werden. Im Mausmodell korrelierten aberrante Rhythmen mit einer erhöhten Entzündungsreaktion bei experimenteller Sepsis. Gestörte zirkadiane Rhythmen von 3 Clock Genes (BMAL1, PER2 und PER3) konnten bereits bei Patienten mit schwerem Trauma nachgewiesen werden. Da für Patienten mit septischem Schock keine Daten verfügbar sind, war das Ziel dieser Arbeit, mögliche gestörte Rhythmen in dieser Patientengruppe zu identifizieren. Methodik: Es wurden 20 Patienten mit septischem Schock in die prospektive Kohortenstudie eingeschlossen, deren Monozyten über einen Zeitraum von 24 Stunden alle 4 Stunden isoliert wurden. Mittels NanoString–Technologie erfolgte die Quantifizierung von 17 Clock Genes. 3 Patienten, deren Proben weniger als 8 Gene exprimierten, wurden von der endgültigen Analyse ausgeschlossen. Die Vergleichsgruppe bestand aus 12 jungen, gesunden Männern. Zur statistischen Auswertung der Daten erfolgte eine harmonische Regressionsanalyse mit einem Zeitintervall von 24 Stunden. Ein anschließend durchgeführtes Bootstrapping–Verfahren errechnete Konfidenzintervalle, anhand derer die Gene in rhythmisch, arrhythmisch und nicht zuordnungsbar eingeteilt wurden. Zusätzlich wurde ein Rhythmizitätswert definiert, welcher Werte zwischen -1 (arrhythmisch) und 1 (rhythmisch) umfasst. Sepsis–Patienten wurden anhand des Rhythmizitätswertes in 2 Gruppen eingeteilt und das Outcome verglichen. Das Ergebnis wurde mit einem Chi–Quadrat Test auf Signifikanz überprüft. Ergebnisse: Die Rhythmizitätswerte der Patienten mit septischem Schock (0,23 ± 0,26) waren im Vergleich zur Kontrollgruppe (0,70 ± 0,18) signifikant (p < 0,0001) niedriger. Die Gene NR1D1, NR1D2 und CRY2 waren am rhythmischsten exprimiert, die am wenigsten rhythmisch exprimierten Gene waren CLOCK und ARNTL. 77 % der bestimmten Clock Genes wurden als nicht rhythmisch oder arrhythmisch eingestuft. Im Vergleich zur Kontrollgruppe war die Expression der Gene CRY1, NR1D1, NR1D2, DBP und PER2 vermindert, die Expression von CRY2 hingegen signifikant hochreguliert. Schlussfolgerung: Die molekularen Rhythmen in Immunzellen von Patienten mit septischem Schock waren im Vergleich zu jungen, gesunden Männern deutlich verringert. Eine Herunterregulierung der Expression von Clock Genes und der Verlust der Rhythmizität könnte durch Sepsis verursacht werden und die Immunantwort verschlechtern. Zum Verständnis dieser Pathophysiologie sind weitere Studien notwendig.
Background: Despite the increasing understanding of the pathophysiology of sepsis, the worldwide mortality of septic patients is still estimated at 30–50 %. Aberrant circadian rhythms have been linked to various pathological conditions that lead to fatal inflammation and immunodeficiency. In the mouse model, aberrant rhythms correlated with an increased inflammatory reaction in experimental sepsis. Disturbed circadian rhythms of three clock genes (BMAL1, PER2 and PER3) have already been demonstrated in severe trauma patients. Since no study has investigated the circadian clock in patients with septic shock, the aim of this study was to identify possible aberrant rhythms in this patient group. Methods: 20 patients with septic shock were included in this prospective cohort study, whose monocytes were isolated every 4 hours over a period of 24 hours. Using NanoString technology, 17 clock genes were quantified. 3 patients whose samples expressed fewer than 8 genes were excluded from the final analysis. The comparison group consisted of 12 young, healthy men. A harmonic regression analysis with a time interval of 24 hours was carried out for statistical evaluation of the data. A bootstrapping procedure that was carried out afterwards calculated confidence intervals on the basis of which the genes were divided into rhythmic, arrhythmic and non assignable. In addition, a rhythmicity value was defined, which comprises values between -1 (arrhythmic) and 1 (rhythmic). Sepsis patients were divided into 2 groups based on the rhythmicity value and the outcome compared. The result was checked for significance with a chi–square test. Results: The rhythmicity scores of the patients with septic shock (0.23 ± 0.26) were significantly (p < 0.0001) lower than in the control group (0.70 ± 0.18). The genes NR1D1, NR1D2 and CRY2 were most rhythmic, the least rhythmic clock genes were CLOCK and ARNTL. 77 % of the measured clock genes were classified as neither rhythmic nor arrhythmic. Compared to the control group, the expression of the genes CRY1, NR1D1, NR1D2, DBP and PER2 was suppressed, while the expression of CRY2 was significantly upregulated. Conclusion: The molecular rhythms in immune cells of patients with septic shock were significantly decreased compared to young healthy men. Downregulation of the expression of clock genes and the loss of rhythmicity could be caused by sepsis and worsen the immune response. Further studies are necessary to understand this pathophysiology.
