The use of protein biomarkers in the evaluation of neurologic damage in the case of carbon monoxide poisoning

Wśród substancji wnikających do organizmu drogą inhalacyjną tlenek węgla(II) jest najczęstszą przyczyną zatruć przypadkowych. Zatrucia te występują powszechnie i wiążą się z dużą śmiertelnością, a w przypadku osób, które przeżyły istnieje ryzyko uszkodzenia mózgu i serca w wyniku niedotlenienia. Celem pracy był pomiar poziomu białka tau oraz S-100B dla potrzeb oceny diagnostycznej uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego (OUN) na skutek działania tlenku węgla(II). Białka te występują we krwi zdrowych ludzi w niskich stężeniach. Markerem ciężkości zatrucia był oznaczony poziom karboksyhemoglobiny (HbCO).Białko tau, znajdujące się głównie w aksonach mózgu, w warunkach fizjologicznych wiąże się ze strukturami mikrotubuli. Uszkodzone białka nie stabilizują mikrotubul prawidłowo. Główna różnica między białkiem tau występującym w ośrodkowym układzie nerwowym w warunkach fizjologicznych a uszkodzonym białkiem tau polega na zaburzeniu fosforylacji reszt aminokwasowych. Białko S-100B stosowane jest w diagnostyce uszkodzeń ośrodkowego układu nerwowego. Najnowsze wyniki podjętych badań wykazują, że białko S-100B może być markerem uszkodzenia mózgu w takich stanach jak niedotlenienie, encefalopatia czy wylewy dokomorowe u noworodków (wcześniaków i donoszonych). Ta izoforma białka S-100 występuje głównie w astrocytach OUN. Uwalnianie białka S-100B do krwi ma miejsce, gdy zostanie naruszona bariera krew-mózg. Komórki astrogleju są tak czułe na niedotlenie jak neurony, dlatego też białko to może pośrednio odzwierciedlać uszkodzenia neuronów.W badaniach wykorzystano metodę immunologiczną ELISA oznaczania białka tau oraz metodę elektrochemiluminescencji ECLIA dla białka S-100B. Stężenie karboksyhemoglobiny wyznaczono spektrofotometrycznie. Grupę badaną stanowiło dwudziestu sześciu pacjentów Oddziału Toksykologii Szpitala Uniwersyteckiego w Krakowie oraz 9 osób niezatrutych CO, stanowiących grupę kontrolną.Przed przystąpieniem do badań wyznaczono podstawowe parametry walidacyjne metody oznaczania karboksyhemoglobiny i białka tau, a w przypadku metody oznaczania białka S-100B oparto się na załączonych do testu informacjach producenta.Średnie stężenie karboksyhemoglobiny wynosiło 19,2% i zawierało się w zakresie od 4,1 do 38,0%. Otrzymane wyniki oznaczeń białka tau i S-100B cechowały się dużą zmiennością zarówno w grupie badanej, jak i kontrolnej. W przypadku białka tau grupa badana wykazała istotną statystycznie wyższą wartość w porównaniu z grupą kontrolną (test U Manna-Whitneya p = 0,000173). Nie stwierdzono różnic istotnych statystycznie dla białka S-100B pomiędzy grupą kontrolną i badaną (test U Manna-Whitneya p = 0,061727). Wyniki dla białka S-100B nie potwierdziły korelacji stężenia tego białka ze stężeniem karboksyhemoglobiny, natomiast wyniki dla białka tau wskazały na wyraźną dodatnią korelację stężenia tego białka ze stężeniem HbCO. Współczynnik korelacji rang Spearmana wyniósł w tym przypadku 0,740.

Among the substances which enter the body by inhalation carbon monoxide is the leading cause of accidental poisoning. These poisoning are common and they are associated with a high mortality rate, and in the case of survivors it exists the risk of brain and heart injury as a result of hypoxia.The aim of the study was to measure the level of tau and S-100B protein for the diagnostic assessment of damage to the central nervous system (CNS) by the action of carbon monoxide. These proteins are found in the blood of healthy people in low concentrations. Measured level of carboxyhemoglobin (HbCO) was a marker of the severity of the poisoning.Tau protein is located mainly in axons of the brain and under physiological conditions is associated with microtubule structures. Damaged proteins do not stabilize microtubules properly. The main difference between the tau protein present in the central nervous system under physiological conditions, and affected tau protein is a disorder of phosphorylation of amino acid residues. The S-100B protein is used in the diagnosis of damage to the central nervous system. The latest results of the study show that the S-100B protein may be a marker of brain damage in states such as hypoxia, encephalopathy or intraventricular hemorrhages in infants, especially premature and full-term infants. This isoform of S-100 protein occurs mainly in the CNS astrocytes. The release of S-100B protein into the blood takes place when it is damaged blood-brain barrier. Astroglial cells are so sensitive to hypoxia as neurons, and therefore this protein can indirectly reflect neuronal damage.In the study it was used an immunological method ELISA for the determination of tau protein level and an electrochemiluminescence method ECLIA for the protein S-100B. Carboxyhemoglobin concentration was determined by spectrophotometry. The study group consisted of twenty-six patients of Toxicology at the University Hospital in Kraków. Nine not poisoned people was a control group.Prior to testing there were measured the basic parameters of validation for both methods of determination carboxyhemoglobin concentration and tau protein level. In the case of S-100B protein it was used the information from the producer attached to the test.The average concentration of carboxyhemoglobin was 19.2% and it was included in the range from 4.1 to 38.0%. The obtained results for tau protein and S-100B protein were characterized by high variability in both the test and the reference group. In the case of tau protein test group showed a statistically significant higher value compared to the control group (U Mann-Whitney test, p = 0.000173). There were no statistically significant differences for protein S-100B between the control and the test group (U Mann-Whitney test, p = 0.061727). Results for the S-100B protein did not confirm a correlation between the concentration of the protein and the concentration of carboxyhemoglobin, while results for the tau protein showed a clear positive correlation between the concentration of the protein and the concentration of HbCO. Spearman's rank correlation coefficient in this case was equal to 0.740.