Metoder för att minska ischemi och reperfusionsskador i levern
2015-06-22 / Svensk Kirurgi / Volym 73 / Nr 3 / 2015
I oktober 2014 försvarade Bergthór Björnsson sin avhandling Methods to Reduce Liver Ischemia/Reperfusion Injury vid institutionen för klinisk och experimentell medicin, Linköpings universitet. Huvudhandledare var docent Per Sandström och opponent professor Styrbjörn Friman från Sahlgrenska akademin i Göteborg. Avhandlingen undersö- ker traditionella och nya metoder för att skydda levern mot ischemi/reperfusionsskador.
BERGTHOR BJÖRNSSON
bergthor.bjornsson@regionostergotland.se
Linköping
Leverkirurgi har ökat under de senaste decennierna, både antal operationer och storleken på dessa har ökat med utvidgning av indikationer för resektioner. Denna ökning har i Sverige, i likhet med övriga västvärlden, inneburit en femfaldig ökning av antal operationer på 14 år1-3 (bild 1).
Ischemi-reperfusion
Eftersom komplikationer efter leverresektioner har visat sig vara kopplade till blodförlust under operation och ev behov av blodtransfusion, tillgrips ibland temporär avstängning av levercirkulationen (Pringles manöver) vilket oundvikligen leder till ischemi/reperfusion (I/R) (bild 2). Vid långvarig avstängning resulterar detta i ischemia/reperfusion injury (IRI) vilket ökar risken för postoperativ leversvikt. De metoder som använts för att undersöka IRI har varit blodprover och vävnadsprover. För att få en mer kontinuerlig bild av vad som händer i levern under I/R kan mikrodialys användas. Tekniken bygger på tunna katetrar som förs in i levervävnaden och perfunderas. I kateterspetsen sitter en hinna som släpper igenom små molekyler som samlas i perfusionsvätskan och som kan mätas.
Ischemisk prekonditionering
Ischemisk perkonditionering (IPC) är den mest kända metoden som har prövats i syftet att motverka IRI. Metoden innebär en kortvarig avstängning av cirkulationen till levern följt av påsläpp innan den långvariga avstängningen används. Tidigare studier har visat viss skyddande effekt av detta förfarande jämfört med avstängning utan prekonditionering4-5. Ett nyare alternativ till IPC är remote ischemisk prekonditionering (R-IPC) där annan kroppsdel utsätts för avstängning av cirkulationen innan leveravstängning. Djurexperiment har visat att denna metod skyddar levern jämfört med ingen prekonditionering men någon jämfö- relse mellan IPC och R-IPC har inte gjorts6-8. I vår studie där råttor utsattes för lever I/R jämfördes ingen prekonditionering med IPC och R-IPC9 . Studien visade att båda metoderna skyddar levern även om effekten förefaller större av IPC (Bild 3).
Parallellt med mindre utsöndring av leverenzymer med IPC än utan prekonditionering och med R-IPC, visade resultat från mikrodialysvätska att glycerol-nivåer steg mindre i IPC gruppen än de andra (Bild 4.) Glycerol förekommer i cellmembranen och denna stegring tolkas som tecken på cellsönderfall.
Bild 1. Antal leverresektioner per år utförda i Sverige 1998-2012, data från slutenvårdsregistret (www.socialstyrelsen.se)
Bild 2. Pringles manöver: band eller kärlklämmare används för att stänga hepatoduodenala ligamentet och därmed inflödet till levern.
Skyddar IPC vid intervallavstängning?
Tidigare kliniska studier har undersökt effekten av IPC i samband med långvarig kontinuerlig avstängning av levercirkulationen. På senare år har det framkommit resultat som tyder på att kortare avstängningar med påsläppt flöde emellan kan ha skonsammare effekt än den långvariga avstängningen IPC har provats för. För att undersöka om IPC har skyddande effekt när denna ges tillsammans med kortare intervaller av avstängning utfördes en prospektiv randomiserad studie där patienter opererade med intervall avstängning av levercirkulationen fick IPC innan eller inte10. Studien visade inte på några kliniska skillnader i mellan dessa grupper även om IPC förefaller förbättra aerob metabolism i levern.
Ska IPC användas kliniskt?
Det kliniska värdet av IPC kan betraktas som minimalt när det gäller leverresektioner och det är osannolikt att denna metod förbättrar resultaten av leverkirurgi i någon större utsträckning11. Kväveoxid har visat sig vara central i många sammanhang, inklusive vid IRI och IPC. Den skyddande effekten som kväveoxid har visat sig kunna ha mot IRI har kopplas till endotelial Nitric oxide syntase (eNOS) men den skadande effekten till inducible nitric oxide syntase (iNOS). Eftersom IPC hade visat sig ha större skyddande effekt än R-IPC jämfördes genuttryck för iNOS efter I/R med dessa olika metoder. Det visade sig att iNOS transkription var ökad vid R-IPC jämfört med IPC12. Studien visade även att nitrit och nitrat nivåer i levern sjönk kraftigt under den ischemiska perioden. En möjlig förklaring till sjunkande nitrit och nitrat nivåer i levern med avstängd cirkulation är att dessa ämnen som har tills nyligen betraktas som nedbrytningsprodukter vid kväveoxidmetabolism kan bilda kväveoxid. Således skulle tillförsel av nitrit kunna höja kvävoxid nivåerna under ischemi och därmed minska aktiveringen av iNOS transkription vilket skulle leda till lägre kvävoxid nivåer under reperfusion. För att testa denna hypotes gavs nitrit intravenöst till en grupp råttor före I/R och leverskadan jämfördes med en grupp som utsattes för I/R utan förbehandling med nitrit13. Resultaten visade mindre utsöndring av transaminaser efter förbehandling med nitrit än utan. Detta är i linje med resultat från studier på möss där nitrit har givits i bukhålan före reperfusion och då visat sig ha skyddande effekt14.
Bild 3. ASAT nivåer hos råttor utsatta för I/R utan prekonditionering (IRI), med ischemisk prekonditionering (R-IPC) eller med ”remote” prekonditionering (R-IPC). Gråzonen visar perioden för avstängning av levercirkulationen. *Statistiskt signifikant skillnad mellan IRI och IPC samt IRI och R-IPC.
Bild 4. Glycerol i mikrodialysvätska (lever) från hos råttor utsatta för I/R utan prekonditionering (IRI), med ischemisk prekonditionering (R-IPC) eller med ”remote” prekonditionering (R-IPC). Gråzonen visar perioden för avstängning av levercirkulationen. **Statistiskt signifikant skillnad mellan IRI och IPC samt IPC och R-IPC.
Framtida studier – tillförsel av nitrit?
Dessa resultat kan i framtiden ha kliniska implikationer då nitrit är ett relativt ofarligt ämne med en hanterbar halveringstid jämfört med kväveoxid som är mycket instabilt. Av intresse i detta sammanhang är också det faktum att nitrit ges till en del patienter i samband med leverresektioner i form utav nitroglycerin i syfte att sänka ventryck intraoperativt. Nitroglycerin bryts ner till nitrit och således är det inte omöjligt att nitroglycerin som ges för att kontrollera centrala ventrycket har en skyddande effekt mot I/R15. En studie som jämför resultat hos patienter som når lågt centralt ventryck utan nitroglycerin mot de som får nitroglycerin i detta syfte skulle kunna förstärka denna hypotes. Eftersom nitrit går att mäta i blod skulle observationsstudie som undersöker relationen mellan nitrithalterna preoperativt och utfallet efter leverresektion också kunna bidra till ökad förståelse. Vid design av framtida forskning på eventuella skyddande effekter av nitrit i kliniskt sammanhang är det dock viktigt att komma ihåg att syftet med cirkulationsavstängning är att minska blödning och att nitrit har hämmande effekt på trombocyter vilket skulle kunna öka blödningsbenägenheten. Således är det i dagsläget oklart vilken netto effekt kan förväntas av att ge nitrit till människor före leverresektioner.
Sammanfattning
Vi har i denna avhandling visat att i djurmodell är IPC effektivare mot IRI än R-IPC men denna effekt har dock tveksamt kliniskt värde. NOx sjunker i levern under ischemi och tillförsel av nitrit före ischemi minskar IRI i råttlever.
Referenser
1. Morris EJ, Forman D, Thomas JD, Quirke P, Taylor EF, Fairley L, et al. Surgical management and outcomes of colorectal cancer liver metastases. Br J Surg. 2010;97(7):1110-8.
2. Abdalla EK. Resection of colorectal liver metastases. J Gastrointest Surg. 2011;15(3):416-9.
3. Nordlinger B, Rougier P. Liver metastases from colorectal cancer: the turning point. J Clin Oncol. 2002;20(6):1442-5.
4. Clavien PA, Selzner M, Rudiger HA, Graf R, Kadry Z, Rousson V, et al. A prospective randomized study in 100 consecutive patients undergoing major liver resection with versus without ischemic preconditioning. Ann Surg. 2003;238(6):843-50; discussion 51-2.
5. Clavien PA, Yadav S, Sindram D, Bentley RC. Protective effects of ischemic preconditioning for liver resection performed under inflow occlusion in humans. Ann Surg. 2000;232(2):155-62.
6. Kanoria S, Jalan R, Davies NA, Seifalian AM, Williams R, Davidson BR. Remote ischaemic preconditioning of the hind limb reduces experimental liver warm ischaemia-reperfusion injury. Br J Surg. 2006;93(6):762-8.
7. Lai IR, Chang KJ, Chen CF, Tsai HW. Transient limb ischemia induces remote preconditioning in liver among rats: the protective role of heme oxygenase-1. Transplantation. 2006;81(9):1311-7.
8. Gustafsson BI, Friman S, Wallin M, Heiman J, Delbro DS. Effect of remote preconditioning on mild or severe ischemia-reperfusion injury to rat liver. Transplant Proc. 2006;38(8):2708-9.
9. Bjornsson B, Winbladh A, Bojmar L, Trulsson LM, Olsson H, Sundqvist T, et al. Remote or conventional ischemic preconditioning–local liver metabolism in rats studied with microdialysis. J Surg Res. 2012;176(1):55-62.
10. Winbladh A, Bjornsson B, Trulsson L, Offenbartl K, Gullstrand P, Sandstrom P. Ischemic preconditioning prior to intermittent Pringle maneuver in liver resections. J Hepatobiliary Pancreat Sci. 2012;19(2):159-70.
11. Scatton O, Zalinski S, Jegou D, Compagnon P, Lesurtel M, Belghiti J, et al. Randomized clinical trial of ischaemic preconditioning in major liver resection with intermittent Pringle manoeuvre. Br J Surg. 2011;98(9):1236-43.
12. Björnsson B, Winbladh A, Bojmar L, Sundqvist T, Gullstrand P, Sandström P. Conventional, but not remote ischemic preconditioning, reduces iNOS transcription in liver ischemia/reperfusion. World J Gastroenterol. 2014;In Press.
13. Bjornsson B, Bojmar L, Olsson H, Sundqvist T, Sandstrom P. Nitrite, a novel method to decrease ischemia/reperfusion injury in the rat liver. World J Gastroenterol. 2015;21(6):1775-83.
14. Duranski MR, Greer JJ, Dejam A, Jaganmohan S, Hogg N, Langston W, et al. Cytoprotective effects of nitrite during in vivo ischemia-reperfusion of the heart and liver. J Clin Invest. 2005;115(5):1232-40.
15. Govoni M, Tocchetti P, Lundberg JO. Metabolism and pathways for denitration of organic nitrates in the human liver. J Pharmacol Exp Ther. 2013;346(1):96-104.