DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39202-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41688545
تاريخ النشر: 2026-02-13
المؤلف: Hanneke Pierre Franciscus Xaverius Moonen وآخرون
الموضوع الرئيسي: تشخيص وعلاج الإنتان
نظرة عامة
تستقصي هذه الدراسة التغيرات في وظيفة الميتوكوندريا في خلايا الدم المحيطية الوحيدة النواة (PBMCs) خلال المرحلة المبكرة من الإنتان في مرضى وحدة العناية المركزة، مع تسليط الضوء على ارتباطها بفشل الأعضاء المتعددة والوفيات. أجريت كدراسة جماعية رصدية مستقبلية في مركز واحد، وشملت مرضى الإنتان (عدد=25) وضوابط متطابقة في العمر والجنس (عدد=24). تم تقييم وظيفة الميتوكوندريا ثلاث مرات خلال الأسبوع الأول في وحدة العناية المركزة، باستخدام RT-qPCR للتحليل شبه الكمي للجينات المتعلقة بالفوسفوريلت الأكسيدي.
كشفت النتائج أن مرضى الإنتان أظهروا زيادة في التنفس الأساسي، المرتبط بـ ATP، الأقصى، والتنفس المرتبط بتسرب البروتون مقارنة بالضوابط في جميع النقاط الزمنية. ومن الجدير بالذكر أن هذه النشاطات التنفسية المتزايدة ارتبطت بزيادة تعبير الجينات SDBH (المجمع II) وATP5F1A (المجمع V). علاوة على ذلك، كانت الزيادة في التنفس الأساسي مرتبطة بشكل كبير بالوفيات بعد 3 أشهر (HR 3.794، 95% CI 1.018-14.149، p=0.047)، مما يشير إلى أن خلل الميتوكوندريا قد يعمل كعلامة تنبؤية في الإنتان. بشكل عام، تؤكد الدراسة على التغيرات الديناميكية في وظيفة الميتوكوندريا في PBMC خلال المراحل المبكرة من الإنتان وتأثيراتها المحتملة على نتائج المرضى.
مقدمة
الإنتان هو حالة حرجة تتميز باستجابة غير منظمة للعدوى، مما يؤدي إلى خلل كبير في الأعضاء ومعدلات وفيات مرتفعة، خاصة في وحدات العناية المركزة (ICUs). في عام 2017، كان الإنتان مسؤولاً عن حوالي 20% من الوفيات العالمية، مع معدل وفيات لمدة 30 يومًا يصل إلى 35% في حالات صدمة الإنتان. غالبًا ما يواجه الناجون تحديات صحية طويلة الأمد، بما في ذلك زيادة المراضة وانخفاض جودة الحياة. تساهم غياب الأهداف العلاجية الفعالة في هذه النتائج السلبية، مع ظهور أدلة جديدة تسلط الضوء على دور خلل الميتوكوندريا في متلازمة خلل الأعضاء المتعددة المرتبطة بالإنتان.
تم تحديد تنفس الميتوكوندريا، وهو عملية رئيسية في إنتاج الطاقة من خلال الفوسفوريلت الأكسيدي، كعلامة محتملة لوظيفة الميتوكوندريا. تشير الدراسات إلى انخفاض تنفس الميتوكوندريا في أنواع خلايا مختلفة من مرضى الإنتان في وحدة العناية المركزة، بما في ذلك الأنسجة العضلية والصفائح الدموية. ومع ذلك، فإن النتائج المتعلقة بوظيفة الميتوكوندريا في خلايا الدم المحيطية الوحيدة النواة (PBMCs) – الضرورية للاستجابة الالتهابية في الإنتان – غير متسقة. بينما تشير بعض الدراسات إلى انخفاض وظيفة الميتوكوندريا في PBMCs خلال الإنتان، تشير دراسات أخرى إلى زيادة، مع ملاحظة دراسة واحدة زيادة في التنفس جنبًا إلى جنب مع فك ارتباط الميتوكوندريا الذي يقلل من التنفس المرتبط بـ ATP. قد تعزى الاختلافات المنهجية، مثل الاختلافات في مجموعات التحكم وتقنيات القياس، إلى هذه التناقضات. بالإضافة إلى ذلك، قامت العديد من الدراسات بتقييم وظيفة الميتوكوندريا في نقطة زمنية واحدة فقط، مما يحد من الرؤى حول تقدمها خلال الإقامات في وحدة العناية المركزة وارتباطها بالنتائج السريرية. الدراسات القليلة التي أجرت قياسات متعددة قد أسفرت عن نتائج متضاربة بشأن العلاقة بين تنفس الميتوكوندريا ونتائج المرضى.
الطرق
توضح قسم “المواد والطرق” التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتناول المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي كواشف، معدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى مصادرها وطرق تحضيرها. كما يصف القسم المنهجيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مما يضمن إمكانية تكرار النتائج.
تُبرز التقنيات والبروتوكولات الرئيسية، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير البيانات. يؤكد القسم على الالتزام بالإرشادات والمعايير المعمول بها لضمان صحة وموثوقية النتائج. بشكل عام، يعمل هذا القسم كدليل شامل للإطار التجريبي الذي يدعم نتائج البحث.
النتائج
في هذه الدراسة، تم الحصول على موافقة مستنيرة من 46 مريضًا مصابًا بالإنتان و30 ضابطًا متطابقين في العمر والجنس، مما أسفر عن ثلاثين زوجًا متطابقًا مع بيانات كاملة. كانت المجموعة المصابة بالإنتان تتكون في الغالب من الذكور (72%، عدد=33) بمتوسط عمر 68 عامًا (± 13 SD) ومتوسط BMI قدره 27 كجم/م² (± 6 SD). تم تحديد الالتهاب الرئوي كأهم سبب للإنتان في هذه المجموعة (52%، عدد=24)، تليه المصادر البطنية (37%، عدد=17). تضمنت الدرجات السريرية الأساسية للمرضى المصابين بالإنتان متوسط درجة mNUTRIC قدرها 5 (IQR 3-6) ومتوسط درجة SOFA قدرها 8.
خلال تحليل البيانات، تم استبعاد قياسات التنفس الفردية من خمسة مرضى مصابين بالإنتان بسبب مشكلات الجودة، مع ملاحظات محددة حول الفشل عبر نقاط زمنية مختلفة (T1 عدد=1، T2 عدد=1، T3 عدد=2، وT1-3 عدد=1). بالإضافة إلى ذلك، تم اعتبار أربع قياسات تحكم (13%) غير ناجحة، وأظهر مريض واحد فشلًا جزئيًا في القياسات. مع انتهاء مرحلة الإدراج، لم يتم إجراء أي استبدالات لهذه الخسائر في البيانات. يتم تفصيل الخصائص السريرية للمرضى في وقت أخذ عينات الدم في الجدول 1.
المناقشة
في هذه الدراسة الرصدية المستقبلية، هدفنا إلى معالجة الفجوات المعرفية المتعلقة بوظيفة الميتوكوندريا في خلايا الدم المحيطية الوحيدة النواة (PBMCs) لمرضى الإنتان. قمنا بإعادة تعليق PBMCs في وسط موحد وأجرينا قياسات متكررة لتنفس الميتوكوندريا خلال الأسبوع الأول من دخول وحدة العناية المركزة، جنبًا إلى جنب مع تحليل تعبير الجينات الرئيسية المتعلقة بالفوسفوريلت الأكسيدي (OXPHOS). كشفت نتائجنا عن زيادة كبيرة في التنفس الأساسي، المرتبط بـ ATP، الأقصى، والتنفس المرتبط بتسرب البروتون في مرضى الإنتان مقارنة بالضوابط، وهو ما كان غير متوقع حيث افترضنا انخفاضًا في تنفس الميتوكوندريا خلال الإنتان. ومن الجدير بالذكر أن غير الناجين أظهروا زيادة أكثر وضوحًا في هذه المعلمات مع مرور الوقت، مما يشير إلى ارتباط محتمل بين وظيفة الميتوكوندريا والنتائج السريرية السلبية.
شملت الدراسة ضوابط متطابقة في العمر والجنس واستخدمت معايير استبعاد صارمة لتقليل العوامل المربكة التي تؤثر على وظيفة الميتوكوندريا. تتماشى نتائجنا مع بعض الدراسات السابقة التي أفادت بزيادة تنفس الميتوكوندريا في مرضى الإنتان، على الرغم من أنها تتناقض مع أخرى وجدت انخفاضًا في التنفس. قد تنشأ التناقضات من اختلافات منهجية، بما في ذلك تكوين مجموعات التحكم وتوقيت القياسات. من المهم أن يشير نهجنا إلى أن PBMCs في مرضى الإنتان قد لا تكون غير وظيفية ولكنها قادرة على وظيفة تنفسية معززة، قد تتأثر بمكونات البلازما. تستدعي هذه النتائج مزيدًا من التحقيق لتوضيح الآليات الكامنة وراء استجابات الميتوكوندريا في الإنتان وتأثيراتها على نتائج المرضى.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود قد تؤثر على صحة نتائجها. أولاً، يحد التصميم في مركز واحد من إمكانية تعميم النتائج، على الرغم من أن قرب المستشفى من مختبر جامعي مزود بجهاز Oroboros كان حاسمًا لضمان نضارة العينات. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال التأثير المحتمل للأدوية المعطاة على وظيفة الميتوكوندريا عاملًا مربكًا غير محسوب، مما قد يؤثر على النتائج.
علاوة على ذلك، أشارت تحليلات الانحدار المتعدد باستخدام نموذج كوكس، التي أجريت على حجم عينة محدود، إلى وجود ارتباط بين تنفس القاعدة دلتا ووفيات وحدة العناية المركزة و3 أشهر، بدلاً من الارتباط مع درجة شدة المرض (APACHE II). قد تنشأ هذه التناقضات من الارتباك المتبقي أو التعدد الخطي، على الرغم من وجود عامل تضخم تباين منخفض (VIF < 2). علاوة على ذلك، اعتمد تقييم التغيرات مع مرور الوقت على قيم دلتا بين T1 وT3، مما قد لا يلتقط الديناميات الكاملة للبيانات. أخيرًا، قد يكون فترة التوظيف التي استمرت خمس سنوات قد أدت إلى إدخال تباين في ممارسات الرعاية القياسية، مما قد يقوض كل من الصحة الداخلية والخارجية لاستنتاجات الدراسة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39202-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41688545
Publication Date: 2026-02-13
Author(s): Hanneke Pierre Franciscus Xaverius Moonen et al.
Primary Topic: Sepsis Diagnosis and Treatment
Overview
This study investigates the alterations in mitochondrial function in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) during the early phase of sepsis in ICU patients, highlighting its association with multiorgan failure and mortality. Conducted as a single-centre prospective observational cohort study, it involved sepsis patients (n=25) and age- and sex-matched controls (n=24). Mitochondrial function was assessed three times during the first week in the ICU, utilizing RT-qPCR for the semi-quantitative analysis of genes related to oxidative phosphorylation.
The findings revealed that sepsis patients exhibited increased basal, ATP-linked, maximal, and proton leak-associated respiration compared to controls at all time points. Notably, this heightened respiratory activity correlated with increased expression of genes SDBH (complex II) and ATP5F1A (complex V). Furthermore, increased basal respiration was significantly associated with 3-month mortality (HR 3.794, 95% CI 1.018-14.149, p=0.047), indicating that mitochondrial dysfunction may serve as a prognostic marker in sepsis. Overall, the study underscores the dynamic changes in PBMC mitochondrial function during the early stages of sepsis and their potential implications for patient outcomes.
Introduction
Sepsis is a critical condition characterized by a dysregulated response to infection, leading to significant organ dysfunction and high mortality rates, particularly in Intensive Care Units (ICUs). In 2017, sepsis was responsible for approximately 20% of global deaths, with a 30-day mortality rate of up to 35% in septic shock cases. Survivors often face long-term health challenges, including increased morbidity and diminished quality of life. The absence of effective therapeutic targets contributes to these adverse outcomes, with emerging evidence highlighting the role of mitochondrial dysfunction in sepsis-related multiple organ dysfunction syndrome.
Mitochondrial respiration, a key process in energy production through oxidative phosphorylation, has been identified as a potential marker for mitochondrial function. Studies indicate decreased mitochondrial respiration in various cell types from septic ICU patients, including muscle tissue and blood platelets. However, findings regarding mitochondrial function in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs)—crucial for the inflammatory response in sepsis—are inconsistent. While some studies report decreased mitochondrial function in PBMCs during sepsis, others suggest an increase, with one study noting increased respiration alongside mitochondrial uncoupling that reduces ATP-linked respiration. Methodological variations, such as differences in control groups and measurement techniques, may account for these discrepancies. Additionally, many studies have only assessed mitochondrial function at a single time point, limiting insights into its progression during ICU stays and its correlation with clinical outcomes. The few studies that conducted multiple measurements have yielded conflicting results regarding the relationship between mitochondrial respiration and patient outcomes.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as their sources and preparation methods. The section also describes the methodologies applied for data collection and analysis, ensuring reproducibility of the results.
Key techniques and protocols are highlighted, including any statistical analyses performed to interpret the data. The section emphasizes adherence to established guidelines and standards to ensure the validity and reliability of the findings. Overall, this section serves as a comprehensive guide to the experimental framework that underpins the research outcomes.
Results
In this study, informed consent was obtained from 46 septic patients and 30 age- and sex-matched controls, resulting in thirty matched pairs with complete data. The septic cohort was predominantly male (72%, n=33) with a mean age of 68 years (± 13 SD) and a mean BMI of 27 kg/m² (± 6 SD). Pneumonia was identified as the leading cause of sepsis in this population (52%, n=24), followed by abdominal sources (37%, n=17). Baseline clinical scores for the septic patients included a mean mNUTRIC score of 5 (IQR 3-6) and a mean SOFA score of 8.
During data analysis, single respirometry measurements from five septic patients were excluded due to quality issues, with specific failures noted across different time points (T1 n=1, T2 n=1, T3 n=2, and T1-3 n=1). Additionally, four control measurements (13%) were deemed unsuccessful, and one patient exhibited partial failure in measurements. As the inclusion phase had concluded, no replacements were made for these data losses. Clinical characteristics of the patients at the time of blood sampling are detailed in Table 1.
Discussion
In this prospective observational study, we aimed to address knowledge gaps regarding mitochondrial function in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of septic patients. We resuspended PBMCs in a standardized medium and conducted repeated mitochondrial respiration measurements during the first week of ICU admission, alongside gene expression analysis of key oxidative phosphorylation (OXPHOS) genes. Our findings revealed a significant increase in basal, ATP-linked, maximal, and proton leak respiration in septic patients compared to controls, which was unexpected as we hypothesized a decrease in mitochondrial respiration during sepsis. Notably, non-survivors exhibited a more pronounced increase in these parameters over time, suggesting a potential association between mitochondrial function and adverse clinical outcomes.
The study included age- and sex-matched controls and utilized stringent exclusion criteria to minimize confounding factors affecting mitochondrial function. Our results align with some previous studies that reported increased mitochondrial respiration in septic patients, although they contrast with others that found decreased respiration. The discrepancies may stem from methodological differences, including the composition of control groups and timing of measurements. Importantly, our approach indicates that PBMCs in septic patients may not be dysfunctional but rather capable of enhanced respiratory function, potentially influenced by plasma components. These findings warrant further investigation to clarify the mechanisms underlying mitochondrial responses in sepsis and their implications for patient outcomes.
Limitations
The study presents several limitations that may affect the validity of its findings. Firstly, the single-centre design restricts the generalizability of the results, although the proximity of the hospital to a university laboratory equipped with an Oroboros was crucial for ensuring the freshness of samples. Additionally, the potential impact of administered medications on mitochondrial function remains an unaccounted confounder, which could influence the outcomes.
Moreover, the multivariate Cox regression analyses, conducted on a limited sample size, indicated an association between delta basal respiration and both ICU and 3-month mortality, rather than correlating with the severity-of-disease score (APACHE II). This discrepancy may arise from residual confounding or multicollinearity, despite a low variance inflation factor (VIF < 2). Furthermore, the assessment of changes over time relied on delta values between T1 and T3, which may not capture the full dynamics of the data. Lastly, the five-year recruitment period may have introduced variability in standard care practices, potentially undermining both the internal and external validity of the study's conclusions.