Η επίδραση του πνευμοπεριτοναίου στην ενδοτοξιναιμία και φλεγμονώδη αντίδραση σε πειραματικό μοντέλο περιτονίτιδας: πειραματική μελέτη σε κονίκλους

Abstract

Introduction: It has been well documented that surgical trauma impairs immune functions. In particular, major operations are associated with an initial intense hypeinflammatory response followed by a transient immune suppression which, under specific circumstances, can progressively lead to sepsis, multiple organ dysfunction, or even death. The majority of previous experimental and clinical studies have shown a distinct superiority of laparoscopic over open surgery regarding the preservation of immune functions. This superiority is demonstrated by several observations, including less postoperative pain and faster recovery. Nevertheless, it is still unclear whether the immunologic superiority of laparoscopic techniques over conventional procedures is maintained under septic conditions. This issue is critical considering that there has been an increasing application of laparoscopic surgery in cases characterized by localized or diffuse peritonitis, such as acute appendicitis, perforated peptic ulcer, and diverticulitis. Due to the ambiguity and inconclusiveness of previous reported studies, this study was conducted to investigate the impact of pneumoperitoneum, induced in various intra-abdominal pressures and for different time exposure times, on bacteremia, endotoxemia, systemic inflammatory response, sepsis cascade, oxidative stress, local inflammation and survival in a peritonitis model. Material and Methods: In 70 New Zealand rabbits, peritonitis was induced by the cecum ligation and puncture (CLP) model. After 12 hours, animals were randomized in 7 groups (10 animals in each group): group 1; control group, groups 2, 3, 4 and 5; pneumoperitoneum of 10-15mmHg for 60-180 minutes, groups 6 and 7; laparotomy for 60 and 180 minutes, respectively. Blood samples were collected before CLP, 12 later and 1, 3 and 6 hours after pneumoperitoneum desufflation or abdominal trauma closure to evaluate bacteremia, endotoxemia (LPS), white blood cells (WBC) count, tumor necrosis factor-α (TNF-α), C-reactive protein (CRP), procalcitonin (PCT) and malondiadlehyde (MDA) levels. Next to last blood collection, each group was further divided in two subgroups, subgroup a (n=4) and subgroup b (n=6). Subgroups 1a, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a and 7a were killed immediately and specimens from diaphragmatic peritoneum were collected for histopathological assessment. Animals of subgroups 1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b and 7b were continuously observed and their mortality time was recorded. Results: Bacteremia and endotoxemia were induced in all groups. LPS levels were significantly more elevated in group with pneumoperitoneum of 15mmHg for 180 minutes in relation to other groups at 1 and 3 hours after pneumoperitoneum desufflation (p<0.05). Moreover, at 6 hours, levels of TNF-α were higher in groups with laparotomy in relation to groups with pneumoperitoneum of 15mmHg in a statistical significant level (p<0.05). WBC and CRP levels showed similar alterations among all groups. However, serum PCT reached statistically higher levels (p<0.05) in groups with laparotomy compared to groups with pneumoperitoneum and control group at 6 hours. MDA levels showed statistically significant increase in groups with pneumoperitoneum at 1 hour after CO₂ desufflation compared to control group. At 3 hours MDA levels of laparotomy groups presented a significant increase which was even more profound at 6 hours, while in groups with pneumoperitoneum MDA levels were comparable to control group. The histopathological examination of the rejected specimens from the diaphragmatic peritoneum revealed the presence of local inflammation whose severity did not differ among the groups. Finally, survival was lower in groups with laparotomy than in groups with pneumoperitoneum and control group (p<0.05). Conclusions: In the presence of peritonitis, CO₂ pneumoperitoneum applied in usual in clinical practice pressures, even for extended time intervals, attenuates severity of sepsis, thus increasing survival. Furthermore, although endotoxemia can be negatively affected by pneumoperitoneum of high pressure induced for long time intervals, this effect is transient and without implications with respect to the immune function and survival. Finally, alterations of oxidative stress induced by CO₂ pneumoperitoneun are temporary and do not aggravate sepsis severity.

Εισαγωγή: Αποτελεί πλέον κοινή γνώση το γεγονός ότι το χειρουργικό τραύμα επιδρά πάνω στη λειτουργικότητα του ανοσιακού συστήματος. Ειδικά, οι μείζονες χειρουργικές επεμβάσεις προκαλούν αρχικά μια έντονη φλεγμονώδη απάντηση, η οποία στη συνέχεια, συνήθως ακολουθείται από ανοσοκαταστολή. Αμφότερες οι κλινικές αυτές καταστάσεις μπορούν, κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις, να οδηγήσουν τον ασθενή σε σήψη, δυσλειτουργία-ανεπάρκεια πολλαπλών οργάνων και, τελικά, στο θάνατο. Η πλειονότητα των πειραματικών και κλινικών μελετών δείχνει μια σαφή υπεροχή της λαπαροσκοπικής χειρουργικής έναντι της ανοικτής, σε ότι αφορά τη διαφύλαξη των ανοσιακών μηχανισμών, γεγονός που πιθανώς να αποτελεί την εξήγηση για τα γνωστά πλεονεκτήματα της τεχνικής αυτής, όπως ο ελαττωμένος μετεγχειρητικός πόνος και η ταχύτερη ανάρρωση. Ερωτηματικό, ωστόσο, αποτελεί κατά πόσο αυτό το ανοσολογικό πλεονέκτημα της λαπαροσκοπικής χειρουργικής σε συνθήκες άσηπτες ή δυνητικά σηπτικές εξακολουθεί να υφίσταται και στις σηπτικές επεμβάσεις και να επηρεάζει θετικά ή όχι την κλινική έκβαση των πασχόντων. Το παραπάνω ερώτημα αποκτά κριτική σημασία ιδιαίτερα στις μέρες μας, που η λαπαροσκοπική χειρουργική εφαρμόζεται με αυξημένη συχνότητα σε καταστάσεις με εντοπισμένη ή και γενικευμένη περιτονίτιδα, όπως είναι η οξεία σκωληκοειδίτιδα, η διάτρηση πεπτικού έλκους και η οξεία εκκολπωματίτιδα, τόσο στις ανεπίπλεκτες όσο και στις επιπλεγμένες μορφές τους. Με δεδομένη την ύπαρξη αντικρουόμενων αποτελέσματων από τις έως σήμερα δημοσιευμένες μελέτες, η παρούσα πειραματική μελέτη σχεδιάστηκε με σκοπό να διερευνήσει την επίδραση του πνευμοπεριτοναίου εφαρμοζόμενου σε διάφορες πιέσεις και για διαφορετικά χρονικά διαστήματα στην μικροβιαιμία, την ενδοτοξιναιμία, την συστηματική φλεγμονώδη απάντηση, τις μεταβολές του οξειδωτικού stress, την τοπική αντίδραση του περιτοναίου και την επιβίωση. Υλικό και Μέθοδοι: Σε 70 αρσενικούς κονίκλους Νέας Ζηλανδίας προκλήθηκε περιτονίτιδα χρησιμοποιώντας το πρότυπο απολίνωσης και διάτρησης του τυφλού. Μετά από 12 ώρες, τα πειραματόζωα χωρίστηκαν τυχαία σε 7 ομάδες (10 πειραματόζωα σε κάθε ομάδα): ομάδα 1: ομάδα ελέγχου, ομάδες 2, 3, 4 και 5: εφαρμογή πνευμοπεριτοναίου σε πίεση 10-15mmHg για 60-180 λεπτά, ομάδες 6 και 7: λαπαροτομία και έκθεση των ενδοκοιλιακών σπλάχνων στον ατμοσφαιρικό αέρα για 60 και 180 λεπτά, αντίστοιχα. Δείγματα αίματος λήφθηκαν πριν από την απολίνωση-διάτρηση του τυφλού, 12 ώρες αργότερα και 1, 3 και 6 ώρες μετά από την κατάργηση του πνευμοπεριτοναίου ή τη σύγκλειση της κοιλίας, με σκοπό να εκτιμηθούν η βακτηριαιμία, η ενδοτοξιναιμία (LPS), ο αριθμός των λευκών αιμοσφαιρίων (WBC), ο παράγοντας νέκρωσης του όγκου-α (TNF-α), η C αντιδρώσα πρωτεΐνη (CRP), η προκαλσιτονίνη (PCT) και η μαλονική διαλδεῢδη (MDA). Μετά από την τελευταία αιμοληψία, κάθε ομάδα χωρίστηκε σε δύο υποομάδες, την υπο-ομάδα α (Ν=4) και την υπο-ομάδα β (Ν=6). Οι υποομάδες 1α, 2α, 3α, 4α, 5α, 6α και 7α θανατώθηκαν άμεσα και λήφθηκαν ιστοτεμάχια από το διαφραγματικό περιτόναιο που στάλθηκαν για ιστολογική εξέταση. Τα πειραματόζωα των υπο-ομάδων 1β, 2β, 3β, 4β, 5β, 6β και 7β τέθηκαν σε παρακολούθηση και καταγράφηκε ο χρόνος επέλευσης του θανάτου τους. Αποτελέσματα: Βακτηριαιμία και ενδοτοξιναιμία προκλήθηκε σε όλα τα πειραματόζωα. Τα επίπεδα της LPS ήταν σημαντικά πιο αυξημένα στην ομάδα με την εφαρμογή πνευμοπεριτοναίου σε πίεση 15mmHg για 180 λεπτά σε σχέση με τις άλλες ομάδες, στη 1 και 3 ώρες μετά από την κατάργηση του πνευμοπεριτοναίου (p<0.05), με εξαίρεση την ομάδα με την εφαρμογή πνευμοπεριτοναίου σε πίεση 10mmHg για 180 λεπτά. Τα επίπεδα του TNF-α βρέθηκαν αυξημένα σε όλες τις ομάδες μελέτης στις 12 ώρες μετά από την πρόκληση της περιτονίτιδας. Στις επόμενες μετρήσεις, ο ΤNF-α παρέμεινε στα ίδια επίπεδα στην ομάδα ελέγχου, ενώ παρουσίασε ακόμα μεγαλύτερη αύξηση στις υπόλοιπες ομάδες. Στατιστικά υψηλότερα επίπεδα TNF-α παρατηρήθηκαν στη 1 ώρα μετά τη σύγκλειση της κοιλίας στην ομάδα με την λαπαροτομία για 60 λεπτά, σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου, και στις 3 και 6 ώρες στις ομάδες με το πνευμοπεριτόναιο σε πίεση 10mmHg και στις ομάδες με τη λαπαροτομία, σε σχέση με την ομάδα ελέγχου (p<0.05). Επιπλέον, στις 6 ώρες τα επίπεδα του TNF-α ήταν στατιστικά υψηλότερα στις ομάδες με τη λαπαροτομία σε σχέση με τις ομάδες με την εφαρμογή πνευμοπεριτοναίου σε πίεση 15mmHg (p<0.05). Ο αριθμός των WBC και τα επίπεδα της CRP παρουσίασαν παρόμοιες μεταβολές μεταξύ των ομάδων σε όλες τις χρονικές στιγμές του πειράματος. Όμως, η προκαλσιτονίνη του ορού έφτασε σε στατιστικά υψηλότερα επίπεδα (p<0.05) στις ομάδες με τη λαπαροτομία σε σχέση με τις ομάδες του πνευμοπεριτοναίου και την ομάδα ελέγχου στις 6 ώρες. Τα επίπεδα της MDA παρουσίασαν στατιστικά σημαντικότερη αύξηση στις ομάδες με το πνευμοπεριτόναιο στη 1 ώρα μετά από την κατάργηση αυτού, σε σχέση με την ομάδα ελέγχου. Στις 3 ώρες η MDA παρουσίασε ιδιαίτερα σημαντική αύξηση στις ομάδες της λαπαροτομίας, η οποία έγινε ακόμα πιο έκδηλη στις 6 ώρες, ενώ στις ομάδες του πνευμοπεριτοναίου στα αντίστοιχα χρονικά διαστήματα τα επίπεδα της MDA ήταν συγκρίσιμα με αυτά της ομάδας ελέγχου. Η ιστολογική εξέταση των παρασκευασμάτων αποκάλυψε την παρουσία βαρειάς τοπικής φλεγμονής, της οποίας όμως ο βαθμός δε διέφερε μεταξύ των ομάδων. Τέλος, η επιβίωση ήταν χαμηλότερη στις ομάδες της λαπαροτομίας, σε σχέση με τις ομάδες του πνευμοπεριτοναίου και την ομάδα ελέγχου (p<0.05). Συμπεράσματα: Σε συνθήκες περιτονίτιδας, η εφαρμογή CO₂ πνευμοπεριτοναίου στις συνήθεις στην κλινική πράξη πιέσεις, ακόμα και για παρατεταμένο χρονικό διάστημα, ελαττώνει τη βαρύτητα της σήψης και επιμηκύνει την επιβίωση. Επιπλέον, αν και η ενδοτοξιναιμία επηρεάζεται αρνητικά από το πνευμοπεριτόναιο το οποίο εφαρμόζεται σε υψηλές πιέσεις και για μεγάλο χρονικό διάστημα, η επίδραση αυτή είναι παροδική και χωρίς συνέπειες για την ανοσιακή λειτουργία και την επιβίωση. Τέλος, οι μεταβολές του οξειδωτικού δυναμικού που προκαλούνται από το πνευμοπεριτόναιο είναι πρόσκαιρες και δεν επιδεινώνουν την εξέλιξη των σηπτικών φαινομένων.