Circulating proteoglycans and glycosaminoglycans during critical illness

Abstract

The endothelial glycocalyx is the carbohydrate rich inner layer of the blood vessels. Important components of the glycocalyx are the proteoglycans with their attached glycosaminoglycans. At this location these molecules contribute to the adhesion and transport of leucocytes to inflamed tissue, the anticoagulation as well as the transport of fluid across the vessel wall. All these functions are disturbed during severe sepsis.



The present thesis aims at determining if these molecules are increased in concentration of septic patients and/or if the blood levels provide additional information useful in the management of these patients.



We found that circulating levels of glycosaminoglycans, and in particular heparan sulphate and hyaluronic acid, main glycosaminoglycans on the vessel wall, were higher in in septic shock patients compared to control patients. Furthermore, the concentration was higher in the patients that did not survive the disease. These results indicate that analysis may be useful and that the increased level is probably due to shedding from the glycocalyx.



Severe haemorrhage is accompanied with development of a systemic inflammatory reaction. We found increased plasma levels of heparan sulphate during haemorrhagic shock in the rat, indicating damage to the glycocalyx. Treatment of the blood loss with fresh frozen plasma, albumin or Ringer’s acetate had no significant difference in the release of heparan sulphate. Transcapillary escape rate for albumin was not affected by bleeding, indicating that the induced damage to the glycocalyx was insufficient to affect the permeability.



In a mixed cohort of intensive care patients circulating levels of the proteoglycans syndecan-1 was increased compared to controls. No difference was detected between patients with different underlying conditions. This indicates that syndecan-1 release is a general consequence of critical illness that probably has limited value as a marker in clinical practice.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Blodförgiftning är en spridd och svår infektion och har en hög dödlighet. Skador på blodkärlen är en viktig del i sjukdomsutvecklingen. Glykosaminoglykaner (GAG) är negativt laddade kolhydrater som bland annat förekommer på blodkärlens insida och här utgör gränsskiktet mot blodbanan. På denna plats är GAG betydelsefullt för blodkärlens blodproppshämmande effekt, för transport av vita blodkroppar ut i vävnaden samt bidrar till blodkärlens täthet – funktioner som är gravt störda vid svår blodförgiftning.



Denna avhandling undersöker om GAG bidrar till blodförgiftning och om det har någon nytta att mäta dessa ämnen i blodet på sjuka patienter i syfte att optimera vården.



Vi kunde visa att halten GAG är högre i blodet på patienter med svår blodförgiftning än hos kontrollpatienter. De patienter som sedermera avled hade de högsta GAG koncentrationerna. Detta talar för att en högre halt av GAG i blodet kan vara ett tecken på svår sjukdom. I syfte att ytterligare belysa denna upptäckt analyserades olika typer av GAG patienternas blod. Koncentrationerna av heparan sulfat och hyaluronsyra var förhöjda. Eftersom detta är de typer av GAG som normalt återfinns i högst halt på blodkärlens yta så tror vi att patienterna med blodförgiftning får en ökning av GAG i blodet via en frisättning av GAG från kärlväggen och att det därför är möjligt att detta återspeglar kärlskada.



För att studera GAG-frisättning på ett mer kontrollerat och isolerat sätt än man kan göra på patienter så mätte vi även GAG i en djurmodell på råtta. Vi kunde då inte se någon ökning av GAG-nivån, troligen på grund av att försökstiden var för kort. Försöket visar trots detta att försöksdjuren kan utveckla ett tillstånd som liknar blodförgiftning utan att GAG-nivåerna stiger. Detta talar emot att GAG i blodet aktivt påverkar själva sjukdomsutvecklingen vid blodförgiftning.



Stora blodförluster medför liksom blodförgiftning en aktivering av immunförvaret. I en djurmodell för stor blodförlust på råtta såg vi att heparansulfatnivån var ökad vilket talar för att djuren fått skador på blodkärlen. Vi testade om olika typer av vätskeersättning kunde lindra denna förmodade kärlskada men tyvärr hade de olika typerna av behandling likvärdig påverkan på GAG-frisättningen.



Eftersom vi också kunde se en GAG-ökning i blodet på djur som fått blodförlust så undrade vi om GAG-stegring förekommer även vid andra typer av svår sjukdom. Vi utnyttjade då att GAG i regel är bundet till en proteinmolekyl och kallas tillsammans för en proteoglykan. Syndekaner är exempel på proteoglykaner som förekommer på blodkärlen. Analys visade att blodnivån av syndekan-1 är stegrat vid blodförgiftning men tyvärr även vid flera andra svåra sjukdomstillstånd. Det går därför inte att använda syndecan-1 som en indikator på blodförgiftning.



Sammantaget visar avhandlingen att glykosaminoglykaner och syndekan, komponenter som normalt sett finns på blodkälens insida, ökar i koncentration i blodet vid svår sepsis men att den direkta kliniska nyttan av analys på intensivvårdspatienter sannolikt är låg.

• author: Nelson, Axel
• supervisor: Mikael Bodelsson; Peter Bentzer
• opponent: Professor Tønnesen, Else, Anaesthesiology and Intensive Care Department, Aarhus University Hospital
• organization: Anesthesiology and Intensive Care
• publishing date: 2014
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Other Clinical Medicine
• keywords: heparan sulphate, glycocalyx, hyaluronic acid, syndecan, permeability, antimicrobial
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2014:150
• pages: 30 pages
• defense location: Segerfalkssalen, Wallenberg Neurocentrum, Sölvegatan 17, Lund
• defense date: 2014-12-22 09:15:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-7619-079-1
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 9e911bb1-ce22-4083-a994-c373409d2007 (old id 4820833)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:21:39
• date last changed: 2019-05-22 05:07:12