Acute Kidney Injury and Sepsis in Intensive Care Unit: Clinical, Biochemical, Instrumental Evaluation and the role of Emerging treatments

Sepsis is a primary cause of morbidity and mortality in intensive care unit (ICU) and critically ill patients. Acute Kidney Injury (AKI), a frequent complication in critically ill septic patients, occurs in 35-65% of ICU admissions and is an independent risk factor for increased mortality. Sepsis is also a contributing factor in more than 20% of cases of AKI in ICU patients, with cases severe enough to require renal replacement therapy. The higher mortality of these patients required an accurate and early diagnosis of AKI-Septic status as soon as an accurate prevention of kidney failure main complications: fluid overload and acidosis. At the same time we need new extracorporeal treatments not only by offering renal replacement with AKI-related treatments, but also by providing multi-organ support therapies for other organs involved in septic shock. We conduct a series of studies to investigate the role of new technologies for clinical, instrumental and biochemical evaluation in Septic and Non septic-AKI patients; we also analyzed which extracorporeal treatments can allow improve patients clinical patterns and outcome. Biochemical Markers of Acute Kidney Injury We investigate the possible correlation between serum biochemical markers of organ damage, such as Neutrophil Gelatinase-Associated Lipocalin (NGAL), Advanced Oxidation Protein Products (AOPP) and Brain Natriuretic Peptide (BNP) in ICU-AKI patients with or without sepsis. Ninety-eight consecutive adult patients admitted to ICU, divided in two groups depending on the presence of sepsis were enrolled. In Ninety-eight adult patients admitted to ICU the levels of NGAL, BNP and AOPP were significantly higher among septic patients compared with non septic subjects (p<0.001). Among septic patients, subjects who developed AKI showed significant higher levels of NGAL and AOPP (p=0.0425), and BNP (p=0.0327). Fluid status management: BIVA and SVV Bioelectrical Impedance Vector Analysis (BIVA) could be useful the assessment of tissue hydration status in critically patients. A cross-sectional study of 34 patients admitted to the Intensive Care Unit on mechanical ventilation was performed: patients were classified by resistance(Rz) / height(H) ratio (Ω/m): >200Ω/m = dry, ≤200Ω/m = wet . Patients categorized by Rz/H as wet showed a weak but clinically congruent association with a higher CVP (13.0 vs 9.9 mmHg, p=0.065) and higher BNP (882 vs 352 pg/ml, p=0.083). Stroke Volume Variations (SVV) is a dynamic cardiac preload parameter, and its wide variations are described in the literature as a predictor of volume responsiveness in several populations of mechanically ventilated patients. We conducted a pilot study in patients who undergo surgical interventions of abdominal aortic aneurysm (AAA) surgery to assess if with wide variations of SVV before and after clamping of the aorta are correlated with an higher risk of AKI development than those with lesser variations. As compared to patients without AKI, AKI patients had a significantly larger SVV after aortic clamping (13.25 vs. 24.5, p=0.01). The increase in SVV at aortic declamping time, as compared to SSV at clamping time, was also significantly higher in AKI patients (-3.75 vs. 12.5, p=0.04). Management and Detection Of Acidosis Acid-base disorders are common in the ICU and are indications for Renal Replacement Therapies (RRT). The Stewart Approach may be superior for acid-base analysis in the critically ill. We enrolled 19 consecutive adult patients on CVVH and mechanical ventilation. We calculated [HCO-3] and SBE with the Henderson- Hasselbach and Siggaard-Andersen equations. Physicochemical analysis was performed using the Stewart equations modified by Figge et al. The apparent strong ion difference (SIDa) and the effective strong ion difference (SIDe) were then calculated. The prevalence of acidosis after CVVH, as assessed by pH vs. SIDe, was [36.8% vs. 94.7% (p<0.001)] at 6h, 21.1% vs. 73.7% (p<0.05)] at 12h, and [21.1% vs. 98.6% (p<0.001)] at 24h. The prevalence of acidosis after CVVH, as assessed by SBE vs.SIDe, was [57.9%vs.94.7%(p<0.05)] at 6h,[63.2% vs.73.7% (p=NS)]at 12 h,and [63.2% vs.98.6%(p<0.05] at 24h. News Extracorporeal Treatments for AKI and Sepsis High Volume Hemofiltration (HVHF) and Coupled Plasma Filtration Adsorption (CPFA) have shown potential improvements in septic animals, but actually there are no studies that compare these two types of treatments in human. Our aim was to compare the hemodynamic effects of HVHF and CPFA in septic shock patients with Acute Kidney Injury (AKI) undergoing Continuous Renal Replacement therapies(CRRT). We performed a cross-over study enrolling patients with septic shock and AKI who were receiving CRRT. The primary endpoints were changes in mean arterial pressure, vasopressors requirement (expressed as Vasopressor Score, VS) and changes in noradrenaline dose after pHVHF and CPFA. There was a trend for reduction in VS with HVHF and CPFA (HVHF p= 0.13, CPFA p< 0.05) There was not a significant difference between the two treatments in terms of percentage change in VS score (p=0.22). New Technologies, New Biochemical parameters and new treatments can improve early diagnosis, monitoring and treatment in AKI septic and Non-Septic patientsLa Sepsi rappresenta una delle principali cause di morbilità e mortalità nelle Unità di Terapia Intensiva (ICU): l’insufficienza renale acuta (Acute Kidney Injury AKI) è una frequente complicanza nel 35-65 % dei pazienti in ICU è qualora presente, comporta un incremento della mortalità, ancora più evidente qualora vi sia la necessità di instaurare una Terapia di Supporto della Funzione Renale (Renal Replacement Therapy RRT). La Sepsi rappresenta il fattore eziopatogenetico principale in più del 20% dei casi di AKI: la sua repentina presentazione clinica e la elevata mortalità richiedono una diagnosi precoce e una altrettanto rapida individuazione di AKI nel paziente con sepsi, nonché una adeguata valutazione delle principali complicazioni della insufficienza renale acuta: il sovraccarico idrico (Volume Overload) e l’acidosi. Allo stesso tempo si rende indispensabile la attuazione di nuovi trattamenti depurativi, atti non solo a ripristinare la funzionalità renale, ma anche a fornire una funzione di supporto ad altri organi e apparati coinvolti nella Sepsi. Abbiamo condotto una serie di studi clinici con lo scopo di investigare le nuove tecnologie per la diagnosi precoce della insufficienza renale acuta nei pazienti con e senza sepsi, nonché la valutazione di nuove metodiche nella identificazione e nel management del sovraccarico idrico e della acidosi; infine abbiamo analizzato il potenziale ruolo dei trattamenti emergenti nei pazienti con AKI e Sepsi. Markers Precoci di Insufficienza Renale Acuta Abbiamo analizzato la correlazione tra indicatori precoci di danno d’organo come la Neutrophil Gelatinase-Associated Lipocalin (NGAL), i Prodotti di Avanzata Ossidazione delle Proteine (Advanced Oxidation Protein Products AOPP) e il Peptide Natriuretico Atriale (Brain Natriuretic Peptide BNP) in 98 pazienti in ICU con AKI, studiando il diverso comportamento di questi marcatori in pazienti con o senza sepsi. I livelli di NGAL,BNP e AOPP erano significativamente più elevati nei pazienti con sepsi rispetto ai pazienti senza sepsi (p<0.001); inoltre i pazienti con sepsi che sviluppavano AKI presentavano valori ancora più elevati di NGAL, AOPP (p=0.0425 e BNP (p=0.0327) rispetto ai pazienti con sepsi senza AKI. Valutazione del “Fluid Status”: BIVA and SVV La Bioimpedenza (Bioelectrical Impedance Vector Analysis BIVA), metodica da tempo utilizzata nel paziente cronico, potrebbe essere utile nella valutazione dello stato di idratazione nel paziente critico: in tal senso ne abbiamo valutato il ruolo in 34 pazienti in ICU. I pazienti sono stati classificati utilizzando il rapporto Resistenza (Rz) / Altezza (H) (Ω/m): se superiore a 200Ω/m = ipoidratati, se inferiore o uguale a ≤200Ω/m = Iperidratati. I pazienti classificati come iperdiratati mostravano una correlazione positiva con elevati valori di Pressione Venosa Centrale (Central Venous Pressure CVP) (13.0 vs 9.9 mmHg, p=0.065) ed elevati valori di BNP (882 vs 352 pg/ml, p=0.083). Lo Stroke Volume Variations (SVV) è un indice indiretto di “preload” ed è descritto in letteratura come un indice predittivo “dinamico” dello stato di idratazione. Abbiamo condotto uno studio pilota in pazienti sottoposti ad intervento di Aneurisma dell’Aorta Addominale (Abdominal Aortic Aneurysm AAA) analizzando se le variazioni dello SVV prima e dopo il clamp aortico sovra renale potessero essere correlate ad AKI. I pazienti che presentavano AKI dopo l’intervento avevano valori di SVV più elevati dopo il clampaggio dell’ aorta (13.25 vs. 24.5, p=0.01) e un maggiore incremento dei valori di SVV dopo il declampaggio (-3.75 vs. 12.5, p=0.04). Valutazione e Management dell’Acidosi I disturbi dell’equilibrio acido-base sono molto diffusi in ICU e rappresentano una comune indicazione alla Terapia Renale Sostitutiva (RRT) In diversi studi clinici l’approccio di Stewart sembra essere superiore all’approccio “tradizionale” nel paziente critico. In 19 pazienti con AKI e trattati con Emofiltrazione Veno-Venosa Continua (Continuous Veno-Venous Hemofiltration CVVH) abbiamo valutato la concentrazione di Bicarbonato [HCO-3] e lo Standard Base Excess [SBE] con le equazioni di Henderson- Hasselbach e Siggaard-Andersen e le abbiamo paragonate con le equazioni di Stewart, valutandone le differenze. Per l’analisi fisico-chimica di Stewart abbiamo calcolato la “Apparente Differenza tra ioni forti “ (Apparent Strong Ion SIDa e la “Effettiva Differenza Tra gli Ioni Forti” (Effective Strong Ion Difference SIDe). La prevalenza di acidosi durante la CVVH, valutata come pH vs. SIDe era [36.8% vs. 94.7% (p<0.001)] nelle prime 6 ore, 21.1% vs. 73.7% (p<0.05)] a 12h, e [21.1% vs. 98.6% (p<0.001)] a 24h. La prevalenza di acidosi durante la CVVH intesa come SBE vs.SIDe era 57.9%vs.94.7%(p<0.05)] a 6h, [63.2% vs.73.7% (p=NS)] e 12 h, e [63.2% vs.98.6%(p<0.05] a 24h. Tale approccio appare più sensibile rispetto al tradizionale nella diagnosi di acidosi nel paziente critico in CVVH. Trattamenti Extracorporei Emergenti per AKI e Sepsi: La Emofiltrazione ad alti volume di Reinfusione (High Volume Hemofiltration HVHF) e la Coupled Plasma Filtration Adsorption (CPFA) hanno mostrato incoraggianti risultati in modelli animali e nei primi studi sperimentali sull’uomo. Scopo del nostro studio è stato comparare questi due trattamenti nei pazienti con sepsi e AKI. Dai dati in nostro possesso entrambi i trattamenti permettono un miglioramento dei parametri emodinamici e del fabbisogno di vasopressori espresso come Vasopressor Score VS, (HVHF p= 0.013, CPFA p< 0.05) senza sostanziali differenze tra i due. I nuovi indici biochimici, le nuove metodiche strumentali, invasive e non invasive permettono una diagnosi precoce e ottimizzano la gestione del paziente con AKI e Sepsi. I trattamenti emergenti sembrano rappresentare una valida alternativa all’attuale standard terapeutico e potrebbero in futuro migliorarne la prognos