Μελέτη της βλάβης του νωτιαίου μυελού και του παγκρέατος μετά από αποκλεισμό της θωρακοκοιλιακής αορτής σε χοίρους

Abstract

Background: Ischemia and reperfusion of spinal cord and pancreas during operations that require occlusion of the thoracoabdominal aorta may lead to the development of paraplegia/paraparesis, subclinical pancreatic damage or, rarely, acute pancreatitis. In this study we investigated the nature, severity and progress of these injuries after 45 minutes of thoracoabdominal aortic occlusion in pigs.Materials and Methods: A total of 24 market pigs (27-32 Kgr) were used. The animals were divided into two groups: group I (n=6) which underwent sham operation and was the control group and group II (n=18) which underwent thoracoabdominal aortic occlusion for 45 minutes. According to the time point of sacrifice during reperfusion, group II animals were further divided into three subgroups: group IIa (10 hours), group IIb (48 hours) and group IIc (120 hours). The aortic occlusion was accomplished intravascularly with two occlusion-balloon catheters under fluoroscopic guidance. Neurologic evaluation was performed by an independent observer according to Tarlov scale. After sacrifice the lower thoracic and lumbar spinal cords were harvested for histological study. The same groups of pigs were used for the study of pancreatic injury: group A (sham operation), group B (aortic occlusion) and subgroups: group B1 (10hours), group B2 (48 hours) and group B3 (120 hours). After sacrifice the pancreas of each animal was surgically exposed and macroscopically evaluated for any sign of acute pancreatitis according to several specific criteria. In each study the histologic evaluation consisted of haematoxylin & eosin staining and TUNEL reaction, in order to assess the nature, severity and progress of injuries based on several histologic patterns (number of motor neurons, grade of spinal cord inflammation, neuronal apoptosis, pancreatic injury (edematous or necrotic/hemorrhagic) severity score and acinar cell apoptotic index). The results were statistically analyzed for their significance.Results: With regard to spinal cord, immediate paraplegia was observed. Histological analysis detected an approximately 55% reduction in motor neurons between 0 and 10 hours (P=0.004) and an additional 25% reduction between 48 and 120 hours, without any neuronal loss between 10 and 48 hours. Furthermore, a gradually developed inflammatory reaction was observed in spinal cord gray matter, reaching a pick at 48 hours and remaining at these levels until 120 hours. TUNEL staining was negative for neuronal apoptosis at any time point of reperfusion. With regard to pancreas, the occurrence of acute pancreatitis was not statistically significant. The injury severity score was found to be mildly elevated at 10 hours of reperfusion, only in trems of edematous features (P=0.001) and restored to normal levels thereafter. Apoptotic index, was found to be constantly elevated to mild levels at 10 and 48 hours after reperfusion (P=0.003) with a tendency to decrease towards sham levels by the fifth day (P=0.009).Conclusions: In spinal cord, 45 minutes of thoracoabdominal aortic occlusion, which is a prolonged ischemic stimulus for this organ, leads to a severe, biphasic motor neuron loss with development of significant inflammatory reaction in gray matter. The latter may be a major contributor of delayed neuronal death. TUNEL staining failed to detect apoptotic neuronal loss at any time of reperfusion. In pancreas, the same type of aortic occlusion does not seem to induce acute pancreatitis, but only a subclinical, mild, edematous injury of the gland, which occurs in the early phases of reperfusion and is abolished later. An important event in pancreas during reperfusion is the development of a constant apoptotic acinar cell injury of mild degree.

Εισαγωγή: Η ισχαιμία και επαναιμάτωση του νωτιαίου μυελού και του παγκρέατος μετά από επεμβάσεις που απαιτούν αποκλεισμό της θωρακοκοιλιακής αορτής μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση παραπληγίας/παραπάρεσης, υποκλινικής βλάβης του παγκρέατος ή σπανιότερα οξείας παγκρεατίτιδας. Η παρούσα μελέτη ερευνά τη βαρύτητα, φύση και εξέλιξη αυτών των βλαβών μετά από εφαρμογή 45 λεπτών θωρακοκοιλιακού αορτικού αποκλεισμού σε χοίρους.Υλικό και Μέθοδος: Xρησιμοποιήθηκαν συνολικά 24 χοίροι εμπορίου (27-32Kgr). Οι χοίροι χωρίστηκαν σε δύο ομάδες, την ομάδα Ι(n=6), η οποία υποβλήθηκε σε ψευδή επέμβαση και αποτέλεσε την ομάδα ελέγχου και την ομάδα ΙΙ(n=18), η οποία υποβλήθηκε σε θωρακοκοιλιακό αορτικό αποκλεισμό για 45 λεπτά. Ανάλογα με τη χρονική στιγμή της θανάτωσης μετά την επαναιμάτωση η ομάδα ΙΙ χωρίστηκε σε τρεις ίσες υποομάδες: ΙΙa(10 ώρες), ΙΙb(48 ώρες) και ΙΙc(120 ώρες). Ο αορτικός αποκλεισμός πραγματοποιήθηκε ενδαγγειακά με χρήση ειδικών καθετήρων-μπαλονιών υπό ακτινοσκοπικό έλεγχο. Η νευρολογική εκτίμηση των πειραματόζωων έγινε από ανεξάρτητο παρατηρητή με βάση την κλίμακα Tarlov. Μετά τη θανάτωση ελήφθησαν ιστοτεμάχια της κατώτερης θωρακικής και οσφυϊκής μοίρας του νωτιαίου μυελού για ιστολογική μελέτη. Οι ίδιοι χοίροι χρησιμοποιήθηκαν και για τη μελέτη του παγκρέατος, και οι αντίστοιχες πειραματικές ομάδες ήταν: ομάδα Α(n=6, ομάδα ελέγχου), ομάδα Β(n=18, ομάδα αορτικού αποκλεισμού) και υποομάδες Β1(10 ώρες), Β2(48 ώρες) και Β3 (120 ώρες). Μετά τη θανάτωση γινόταν χειρουργική αποκάλυψη του παγκρέατος και έλεγχος αυτού για σημεία οξείας παγκρεατίτιδας βάση μακροσκοπικών κριτηρίων. Ταυτόχρονα λαμβάνονταν ιστοτεμάχια για περαιτέρω ιστολογική εκτίμηση. Σε κάθε μελέτη η ιστολογική εκτίμηση έγινε με χρώση αιματοξυλίνης/ηωσίνης και χρώση TUNEL, ώστε να προσδιοριστεί η βαρύτητα, φύση και εξέλιξη της κάθε βλάβης χρησιμοποιώντας συγκεκριμένες ιστολογικές παραμέτρους (αριθμός κινητικών νευρώνων, βαθμός φλεγμονώδους αντίδρασης νωτιαίου μυελού, απόπτωση κινητικών νευρώνων, βαθμός ιστολογικής (οιδηματώδους ή νεκρωτικής/αιμορραγικής) βλάβης παγκρέατος και αποπτωτικός δείκτης λοβιακών κυττάρων παγκρέατος). Τα αποτελέσματα αναλύθηκαν στατιστικά για την σημαντικότητά τους.Αποτελέσματα: Όσον αφορά στο νωτιαίο μυελό παρατηρήθηκε άμεση παραπληγία. Ιστολογικά διαπιστώθηκε περίπου 55% απώλεια κινητικών νευρώνων μεταξύ 0 και 10 ωρών (P=0.004) και επιπλέον 25% μεταξύ 48 και 120 ωρών (P<0.001), χωρίς απώλεια νευρώνων μεταξύ 10 και 48 ωρών. Επίσης διαπιστώθηκε σταδιακή ανάπτυξη φλεγμονώδους αντίδρασης στη φαιά ουσία, η οποία έφτανε στο μέγιστο επίπεδο στις 48 ώρες και διατηρούταν σε αυτό στη συνέχεια (P<0.001). Η χρώση TUNEL ήταν αρνητική για απόπτωση στους κινητικούς νευρώνες σε όλες τις χρονικές φάσεις. Όσον αφορά στο πάγκρεας δεν παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική ανάπτυξη οξείας παγκρεατίτιδας. O βαθμός ιστολογικής βλάβης βρέθηκε ελαφριά αυξημένος στις 10 ώρες μετά την επαναιμάτωση μόνο όσον αφορά τους οιδηματώδεις χαρακτήρες (P=0.001), ενώ ήταν φυσιολογικός στη συνέχεια. Ο αποπτωτικός δείκτης ήταν ελαφριά, αλλά σταθερά συξημένος στις 10 και 48 ώρες μετά την επαναιμάτωση (P=0.003), με τάση υποχώρησης προς το φυσιολογικά επίπεδα στις 120 ώρες (P=0.009). Συμπεράσματα: Στο νωτιαίο μυελό, τα 45 λεπτά θωρακοκοιλιακού αορτικού αποκλεισμού, τα οποία για το όργανο αυτό αποτελούν παρατεταμένο ισχαιμικό ερέθισμα, οδηγούν σε μεγάλη, διφασική απώλεια κινητικών νευρώνων και σημαντική ανάπτυξη φλεγμονώδους αντίδρασης στη φαιά ουσία, η οποία πιθανότατα να επάγει σε έναν βαθμό τον όψιμο θάνατο των νευρώνων. Με τη χρώση TUNEL δεν αναδείχθηκε αποπτωτικός θάνατος νευρώνων σε καμία φάση της επαναιμάτωσης. Στο πάγκρεας, ο ίδιος αποκλεισμός, δεν φαίνεται να οδηγεί σε ανάπτυξη οξείας παγκρεατίτιδας παρά σε μια ελαφριάς μορφής, υποκλινική οιδηματώδη βλάβη του αδένα, η οποία αναπτύσσεται πρώιμα και υποχωρεί στη συνέχεια. Επίσης σημαντικό γεγονός κατά την επαναιμάτωση του παγκρέατος είναι η εμφάνιση σχετικά μικρού βαθμού απόπτωσης των λοβιακών κυττάρων.