Objectives: To provide an appraisal of the evolving paradigms in the pathophysiology of sepsis and propose the evolution of a new phenotype of critically ill patients, its potential underlying mechanism, and its implications for the future of sepsis management and research. Design: Literature search using PubMed, MEDLINE, EMBASE, and Google Scholar. Measurements and Main Results: Sepsis remains one of the most debilitating and expensive illnesses, and its prevalence is not declining. What is changing is our definition(s), its clinical course, and how we manage the septic patient. Once thought to be predominantly a syndrome of over exuberant inflammation, sepsis is now recognized as a syndrome of aberrant host protective immunity. Earlier recognition and compliance with treatment bundles has fortunately led to a decline in multiple organ failure and in-hospital mortality. Unfortunately, more and more sepsis patients, especially the aged, are suffering chronic critical illness, rarely fully recover, and often experience an indolent death. Patients with chronic critical illness often exhibit “a persistent inflammation-immunosuppression and catabolism syndrome,” and it is proposed here that this state of persisting inflammation, immunosuppression and catabolism contributes to many of these adverse clinical outcomes. The underlying cause of inflammation-immunosuppression and catabolism syndrome is currently unknown, but there is increasing evidence that altered myelopoiesis, reduced effector T-cell function, and expansion of immature myeloid-derived suppressor cells are all contributory. Conclusions: Although newer therapeutic interventions are targeting the inflammatory, the immunosuppressive, and the protein catabolic responses individually, successful treatment of the septic patient with chronic critical illness and persistent inflammation-immunosuppression and catabolism syndrome may require a more complementary approach.

We hypothesized that after sepsis in humans, MDSCs will be persistently increased, functionally immunosuppressive, and associated with adverse clinical outcomes.Cancer and sepsis have surprisingly similar immunologic responses and equally dismal long term consequences. In cancer, increased myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) induce detrimental immunosuppression, but little is known about the role of MDSCs after sepsis.Blood was obtained from 74 patients within 12 hours of severe sepsis/septic shock (SS/SS), and at set intervals out to 28 days, and also in 18 healthy controls. MDSCs were phenotyped for cell surface receptor expression and enriched by cell sorting. Functional and genome-wide expression analyses were performed. Multiple logistic regression analysis was conducted to determine if increased MDSC appearance was associated with in-hospital and long-term outcomes.After SS/SS, CD33CD11bHLA-DR MDSCs were dramatically increased out to 28 days (P < 0.05). When co-cultured with MDSCs from SS/SS patients, antigen-driven T-cell proliferation and TH1/TH2 cytokine production were suppressed (P < 0.05). Additionally, septic MDSCs had suppressed HLA gene expression and up-regulated ARG1 expression (P < 0.05). Finally, SS/SS patients with persistent increased percentages of blood MDSCs had increased nosocomial infections, prolonged intensive care unit stays, and poor functional status at discharge (P < 0.05).After SS/SS in humans, circulating MDSCs are persistently increased, functionally immunosuppressive, and associated with adverse outcomes. This novel observation warrants further studies. As observed in cancer immunotherapy, MDSCs could be a novel component in multimodality immunotherapy targeting detrimental inflammation and immunosuppression after SS/SS to improve currently observed dismal long-term outcomes.

Abstract Background Severe trauma is associated with systemic inflammation and organ dysfunction. Preclinical rodent trauma models are the mainstay of postinjury research but have been criticized for not fully replicating severe human trauma. The aim of this study was to create a rat model of multicompartmental injury which recreates profound traumatic injury. Methods Male Sprague–Dawley rats were subjected to unilateral lung contusion and hemorrhagic shock (LCHS), multicompartmental polytrauma (PT) (unilateral lung contusion, hemorrhagic shock, cecectomy, bifemoral pseudofracture), or naïve controls. Weight, plasma toll‐like receptor 4 (TLR4), hemoglobin, spleen to body weight ratio, bone marrow (BM) erythroid progenitor (CFU‐GEMM, BFU‐E, and CFU‐E) growth, plasma granulocyte colony‐stimulating factor (G‐CSF) and right lung histologic injury were assessed on day 7, with significance defined as p values <0.05 (*). Results Polytrauma resulted in markedly more profound inhibition of weight gain compared to LCHS ( p = 0.0002) along with elevated plasma TLR4 ( p < 0.0001), lower hemoglobin ( p < 0.0001), and enlarged spleen to body weight ratios ( p = 0.004). Both LCHS and PT demonstrated suppression of CFU‐E and BFU‐E growth compared to naïve ( p < 0.03, p < 0.01). Plasma G‐CSF was elevated in PT compared to both naïve and LCHS ( p < 0.0001, p = 0.02). LCHS and PT demonstrated significant histologic right lung injury with poor alveolar wall integrity and interstitial edema. Conclusions Multicompartmental injury as described here establishes a reproducible model of multicompartmental injury with worsened anemia, splenic tissue enlargement, weight loss, and increased inflammatory activity compared to a less severe model. This may serve as a more effective model to recreate profound traumatic injury to replicate the human inflammatory response postinjury.

ABSTRACT Background Previous preclinical studies have demonstrated a pathobiome after traumatic injury; however, the impact of post-injury sepsis on gut epithelial permeability and bacterial translocation remains unknown. We hypothesized that polytrauma with post-injury pneumonia would result in impaired gut permeability leading to specific blood microbiome arrays. Methods Male and proestrus female Sprague-Dawley rats were subjected to either polytrauma (PT), PT plus 2-hours daily chronic restraint stress (PT/CS), PT with postinjury day 1 inoculation with pseudomonas pneumonia (PT + PNA), PT/CS + PNA, or naive controls. Whole blood microbiome was measured serially using high-throughput 16S rRNA sequencing and QIIME2 bioinformatics analyses. Microbial diversity was assessed using Chao1/Shannon indices and principle coordinate analysis. Intestinal permeability was evaluated by plasma occludin and lipopolysaccharide-binding protein (LBP) assays. Results PT/CS + PNA had increased intestinal permeability compared to uninfected counterparts (PT/CS) with significantly elevated occludin (p < 0.01). Bacteria was not detected in the blood of naïve controls, PT or PT/CS, but was present in both PT + PNA and PT/CS + PNA on days two and seven. The PT/CS + PNA blood biome showed dominance of Streptococcus compared to PT + PNA at day two (p < 0.05). Females PT/CS + PNA had a significant abundance of Staphylococcus at day two and Streptococcus at day seven in the blood biome compared to male counterparts (p < 0.05). Conclusions Multicompartmental trauma with post-injury pneumonia results in increased intestinal permeability and bacteremia with a unique blood biome, with sexual dimorphisms evident in the blood biome composition. These findings suggest that post-injury sepsis has clinical significance and could influence outcomes after severe trauma and critical illness.

Despite continued improvement in post-sepsis survival, long term morbidity and mortality remain high. Chronic critical illness (CCI), defined as persistent inflammation and organ injury requiring prolonged intensive care, is a harbinger of poor long-term outcomes in sepsis survivors. Current dogma states that sepsis survivors are immunosuppressed, particularly in CCI. Investigation of this immune suppression in heterogeneous immune populations across distinct clinical trajectories and outcomes, along with limited sampling access, is accessible via single-cell RNA sequencing (scRNA-seq).

Objective: To evaluate the persistence of intestinal microbiome dysbiosis and gut-plasma metabolomic perturbations following severe trauma or sepsis weeks after admission in patients experiencing chronic critical illness (CCI). Summary: Trauma and sepsis can lead to gut dysbiosis and alterations in the plasma and fecal metabolome. However, the impact of these perturbations and correlations between gut dysbiosis and the plasma metabolome in chronic critical illness have not been studied. Methods: A prospective observational cohort study was performed with healthy subjects, severe trauma patients, patients with sepsis residing in an intensive care unit (ICU) for 2-3 weeks. A high-throughput multi-omics approach was utilized to evaluate the gut microbial and gut-plasma metabolite responses in critically ill trauma and sepsis patients 14-21 days after ICU admission. Results: Patients in the sepsis and trauma cohorts demonstrated strikingly depleted gut microbiome diversity, with significant alterations and specific pathobiome patterns in the microbiota composition compared to healthy subjects. Further subgroup analyses based on sex revealed resistance to changes in microbiome diversity among female trauma patients compared to healthy counterparts. Sex-specific changes in fecal metabolites were also observed after trauma and sepsis, while plasma metabolite changes were similar in both males and females. Conclusions: Dysbiosis induced by trauma and sepsis persists up to 14-21 days after onset and is sex-specific, underscoring the implication of pathobiome and entero-septic microbial-metabolite perturbations in post-sepsis and post-trauma CCI. This indicates resilience to infection or injury in females’ microbiome and should inform and facilitate future precision/personalized medicine strategies in the intensive care unit.

Sarcopenia is a known risk factor for adverse outcomes across multiple disease states, including severe trauma. Factors such as age, hyperinflammation, prolonged immobilization, and critical illness may not only exacerbate progression of this disease but may also contribute to the development of induced sarcopenia, or sarcopenia secondary to hospitalization. This study seeks to (1) determine the effects of severe traumatic injury on changes in skeletal muscle mass in older adults; (2) test whether changes in skeletal muscle mass are associated with clinical frailty, physical performance, and health-related quality of life; and (3) examine trauma-induced frailty and temporal changes in myokine and chemokine profiles.