Bästa kirurgiska avhandling 2014 – Small bowel obstruction and toxicity of a new model of adhesion prevention

KAROLIN ISAKSSON
karolin.isaksson@med.lu.se
lund

Svensk Kirurgisk Förenings utbildningskommitté har som bästa avhandling 2014 valt en som behandlar ett av våra allra vanligaste kirurgiska problem, adherensileus. Den fina kombinationen av kliniska arbeten och forskning i djurmodeller ger en mycket tydlig röd tråd i arbetet som här presenteras i kondenserad form av författaren.

För snart två år sedan, närmare bestämt den 14 mars 2014, för svarade jag min avhandling, en avhandling som föregåtts av era års intressant arbete men även en tid där jag inte alltför sällan ifrågasatte om det någonsin skulle komma att bli en ”bok”. Men det blev ju trots allt det till slut och att den dessutom skulle föräras med ett pris var ju minst sagt en överraskning för mig. Att få ett sådant erkännande för något som man själv i omgångar varit så rysligt självkritisk till är ju en riktig hög vinst. För drygt en vecka sedan såg min ena son mitt inramade diplom, som står på min sekretär, och han läste högt: ”Bästa kirurgiska avhandling 2014…”, fick du det mamma? Ja, kan du tänka dig, svarade jag. Hans nästa replik var: Fick du pengar? Nej, svarade jag och log, jag ck detta na diplom och äran förstås. Han tänkte några sekunder och sade sedan, du kunde ju i alla fall ha fått en skraplott! Vad svarar man på det? Jag skrattade förstås och förklarade att jag var mer än nöjd som det var. Den här utmärkelsen var ju just en ”akademisk skraplott” med vinst dessutom till skillnad från de flesta skraplotter som min son avsåg. Tänker att han förstår bättre när han blir äldre än sina nu tio. Jag vill framföra mitt stora tack till Svensk Kirurgisk Förening och dess Forskningskommitté för denna utmärkelsen.

Inledning/bakgrund

”En 45årig manlig patient söker akutmottagningen för akut påkomna intervallartade buksmärtor, uppdriven buk, kräkningar, avsaknad av avföring och gasavgång. Han läggs in på kirurgisk vårdavdelning under misstanke om tunntarmsileus. Radio logisk utredning konfirmerar diagnosen. Han har inga tecken på strangulation och jourhavande beslutar om konservativ behandling och ventrikel sond, intravenös vätska och passage röntgen ordineras. I patientens journal framgår det att han genomgått en öppen appendektomi för tio år sedan på grund av misstänkt appendicit. Appendix bedömdes såväl makroskopiskt som mikroskopiskt som frisk och man fann vid det vårdtillfället inte någon förklaring till patientens buksmärtor. Ungefär ett år senare insjuknade han för första gången med ileus och blev då laparotomerad på grund av en brid. Förra året blev han åter inlagd för ileus och utebliven framgång med konservativ behandling ledde till ytterligare en kirurgisk åtgärd. operationen var tidskrävande, adherenserna uttalade och tre iatrogena enterotomier resulterade i en kortare tunntarmsresektion. Postoperativt utvecklade patienten en långdragen paralytisk ileus men kunde slutligen skrivas ut tio dagar efter ingreppet.

Ovanstående fiktiva patientfall är vardagens verklighet för många patienter och kirurger. Tunntarmsileus är en vanlig akutkirurgisk diagnos och om inga tecken på strangulation finns kan majoriteten av patienterna behandlas konservativt, men en del kommer att behöva kirurgisk åtgärd. Det finns därför ett behov av att identifiera tidiga parametrar som kan prediktera behov av operativ intervention för dessa patienter. Etiologin vid tunntarmsileus är i de flesta fall adherenser som resultat av tidigare bukkirurgi. Postoperativa adherenser är en konsekvens av det kirurgiska traumat och problemet med kvarstående adherenser med risk för komplikationer är mest frekvent efter kirurgi i nedre delen av buken såsom kolorektal och gynekologisk kirurgi men även appendektomi. Laparoskopisk kirurgi genererar mindre trauma än öppen kirurgi och därmed möjligen mindre adherensutveckling och minskad risk för tunntarmsileus. Postoperativa adherenser orsakar, utöver tunntarmsileus, även kroniska buk/bäckensmärtor, kvinnlig infertilitet men ökar även risken för komplikationer vid framtida kirurgi med risk för iatrogena tarmskador vid adherenslösning.

Vidare orsakar adherenser ett stort hälsoproblem med hög morbiditet och utgör även en stor hälsoekonomisk börda. i Sverige är den årliga kostnaden kalkylerad till circa 500 miljoner kronor(1). Den bästa behandlingen för adherenser är dess prevention. Det finns ett starkt behov en optimal adherenspreventiv behandling som kan användas i alla kliniska situationer och som kan administreras såväl vid öppen som vid laparoskopisk kirurgi och som dessutom signikant kan reducera de adherensrelaterade komplikationerna. Tidigare experimentella studier i vår forskningsgrupp har visat på lovande antiadhesiv effekt av intraabdominellt installerade olikladdade polypeptider(2). Dock observerades toxicitet av den positivt laddade polypeptiden (α-polylysin) när den administrerades ensamt.

Syftet med avhandlingen

I min avhandling ingår fem delarbeten varav två är kliniska och de tre övriga är experimentella djurstudier. Syftena med de två retrospektiva kliniska studierna var att

Identifiera tidiga kliniska och radiologiska parametrar som kan prediktera kirurgisk intervention hos patienter med tunntarmsileus (delarb i)
Studera om det föreligger någon skillnad i risk för återinläggning pga tunntarmsileus efter öppen jämfört med laparoskopisk kirurgi för misstänkt appendicit (delarb II).

I de experimentella arbetena var målen att

Identifrera lägsta effektiva antiadhesiva dos av αpolylysin (Pl) i kombination med polyglutamat (PG) och bestämma den möjliga toxiska dosen för α-Pl (delarb III)
Undersöka den möjliga antiadhesiva effekten av ytterligare fyra andra katjoniska polypeptider i kombination med PG (delarb iV)
Utforska mekanismen av toxicitet samt biodistribution av αPl, ensamt och i kombination med PG, efter intraabdominell men även intravenös administration (delarb V).

Nedan presenteras de olika delarbetena i korthet.

Delarbete I(3)

I denna retrospektiva journalstudie inkluderades patienter, >16 år, som erhållit slutlig diagnos tunntarmsileus och som alla hade genomgått tunn tarmspassage vid kirurgiska kliniken, SUS lund, mellan 2005 och 2006. De patienter som hade genomgått bukkirurgi inom fyra veckor innan inläggningen exkluderades.

Patienterna delades in i två grupper, en operativ grupp (oG) där patienterna blivit kirurgiskt åtgärdade för sitt ileus, och en icke operativ grupp (NoG) där patienterna blivit konservativt behandlade.

Etthundranio patienter inkluderades, varav 44 genomgick operation och 65 behandlades konservativt. Vi kunde identifiera fem tidiga parametrar, kliniska och radiologiska, som var och en var signifikant mer frekvent förekommande i den opererade gruppen och alla dessa parametrar var möjliga att erhålla inom fyra timmar från ankomst till sjukhuset. De aktuella parametrarna som skiljde grupperna åt visas i tabell 1. Förekomst av två eller er parametrar predikterade kirurgisk intervention signifikant medan avsaknad av alla parametrar signifikant predikterade konservativ behandling. Förekomst av en parameter skiljde inte grupperna åt. Den parameter som kanske behöver för klaras är förekomst av differentierade gas/vätske nivåer (differentiated airfluid levels) på buköversikt. Det är ett specifikt radiologiskt fynd med gas/vätskenivåer på olika nivåer inom en och samma dilaterad tarmslynga och indikerar på mer signifikant obstruktion(4).

Tabell 1. Frequency of the most significant factors.

Tabell 2. Analysis of patient factors on SBO (small bowel obstruction) outcome.

Av de opererade patienterna var den klart dominerande orsaken till obstruktionen adherenser (59%), 20 patienter rapporterades ha ischemiskt påverkad tarm vid operation varav tio blev föremål för tarmresektion och hos de övriga tio återhämtade sig tarmen peroperativt. Mediantiden från ankomst till sjukhus till operation var 60 timmar.

Sammanfattningsvis kan ovan stående tidiga parametrar möjligen vara till hjälp att tidigare i förloppet selektera ut de patienter som behöver operativ åtgärd av sitt ileus.

Delarbete II(5)

I detta delarbete, som också är en retrospektiv journalstudie, inkludera des patienter ( >16 år) som opererats för misstänkt appendicit mellan 1992 och 2007 vid Universitetssjukhuset i lund och Malmö. Från lund inkluderades de patienter som opererats primärt öppet och från Malmö de som opererats laparoskopiskt. I den senare gruppen ingår laparoskopisk appendektomi, konverterade till öppen appendektomi och diagnostisk laparoskopi där en frisk appendix lämnades kvar. I den primärt öppna kohorten från lund utfördes appendektomi på samtliga.

Alla patienters kirurgjournaler granskades från och med indexoperationen till och med mitten av 2012 och återinläggningar under diagnosen tunntarmsileus registrerades. För inklusions/exklusionskriterier i studien hänvisas till originalartikeln(5).

Totalt inkluderas 2333 patienter i den öppna gruppen (oG). 2372 inkluderades i den laparoskopiska gruppen (lG), varav 1401 laparoskopisk appendektomi, 595 konverterade till öppen appendektomi och 376 diagnostisk laparoskopi med kvarlämnande av en normal appendix. Uppföljningstiden skiljde sig något åt mellan grupperna, 161 månader (SD 53) i den öppna gruppen jfr med 133 månader (SD 49) i den laparoskopiska gruppen och det var signifikant fler kvinnor i den laparoskopiska gruppen, 53 procent jämfört med 43 procent i den öppna gruppen.

Patienterna analyserades enligt principen intention to treat men även per protokoll där patienterna i den laparoskopiska gruppen som konverterats till öppen kirurgi exkluderats för att jämföra den öppna och laparoskopiska tekniken per se. Totalt återinlades 34 patienter för ileus, 24 (1,0 %) i den öppna gruppen och tio (0,4 %) i den laparoskopiska gruppen (p=0,016). Fyra av de tio patienterna i lG blev konverterade till öppen kirurgi. I univariat och multivariat analys var hög ålder (över median) och öppen appendektomi oberoende riskfaktorer (tabell 2).

Vid per protokoll analys var mot svarande siffror för återinläggning för ileus 1,0 och 0,3 procent för oG respektive lG (p=0,009).

Delarbete III(6)

I denna delstudie användes NMRI möss och adherenser skapades via en reproducerbar och standardiserad modell(7). I korthet opereras mössen med ett medellinjesnitt och på vardera sida parallellt om detta görs snitt i peritoneum som sedan sluts med enstaka suturer. Innan buken försluts installeras aktiv substans eller NaCl för kontrolldjuren. Efter en vecka reopereras mössen, buken öppnas och adherenserna evalueras genom att längden på de skapade incisionerna och de individuella adherenserna mot incisionerna mäts med skjutmått med upp till en tiondels millimeters precision. Data presenteras som den andel av insicionen som täcks av adherenser; adherenser (%) = (summan av infästningar i mm/incisionens längd i mm) x 100.

I studien installerades αPl i såväl olika koncentrationer som olika volymer med PG för att studera dos respons förhållandet i relation till adherensutvecklingen och för att studera toxiciteten för αPl installerades katjonen ensamt.

Vi kunde tydligt se att den anti adhesiva effekten av αPl i kombination med PG var dosberoende (figur 1). Med sjunkande dos avtog effekten och vi kunde också bestämma den lägsta effektiva dosen, det vill säga den dos med bevarad signifikant reduktion av adherenser.

I den del av studien där αPl installerades ensamt kunde vi bestämma den toxiska dosen och då denna dos möjligen låg för nära den lägsta effektiva dosen i kombination med PG påbörjades delstudie IV.

Delarbete IV(8)

NMRI-möss användes även i denna delstudie och även samma adherens modell som i delstudie 3. Här ville vi studera eventuell antiadhesiv effekt av fyra andra katjoniska polypeptider. De polypeptider som installerades i kombination med PG var εPl (en annan isoform av Pl), polyarginin, lysozyme och lactoferrin.

Alla fyra substanser visade på sig ni kant antiadhesiv effekt jämfört med kontrolldjuren och εPl var mest effektiv ( gur 2). Olika doser studeras även för εPl i kombination med PG och den lägsta effektiva dosen bestämdes liksom den toxiska dosen vid ensamt administrerat εPl. Den toxiska dosen var högre jämfört med εPl men den lägsta effektiva dosen var också högre för epsilon.

Delarbete V(9)

I detta delarbete ville vi närmare studera mekanismen bakom toxiciteten och dessutom utforska biodistributionen av αPl när det administrerades intraabdominellt men även vid intravenös administrering. I studien användes Sprague Dawley råttor och αPl administrerades såväl ensamt som i kombination med PG. i toxicitetsdelen togs upprepade blodprover för blodgasanalyser samt blodutstryk och i slutet av experimentet skördades organ för att erhålla vävnad till histologi och immunhistokemi.

I biodistributionsdelen användes FITCmärkt αPl. Även i denna del av studien togs upprepade blodprover och organ skördades för uorometrisk analys.

Hos djuren som erhöll hög dos ensamt αPl intravenöst registrerades en snabb sänkning av PO2. När αPl administrerades i hög dos i kombination med PG eller som singel lågdos intraperitonealt såg man inte samma fenomen. Makroskopiskt sågs ödem vid dissektion av lunga hos de djur som erhållit högdos ensamt α-Pl intravenöst och histologiskt såg man hos dessa djur extravasering av blod i lunga och lever (gur 3) och vid immunhistokemin kunde vi påvisa rubbad arkitektur av endotelet.

Efter administration av ensamt FITCmärkt αPl intravenöst sågs höga nivåer i blodet men även en snabb sänkning medan distributionen till blodet var långsam och låga nivåer observerades när det administrerades intraperitonealt. Efter följande administration av PG efter FITCPl resulterade i låga nivåer oavsett administrationssätt.

FITCanalys från skördade organ visade på hög ackumulering i lever, njurar och lungor efter 30 minuter när Pl administrerades ensamt intravenöst medan man såg låg ackumulation när det gavs intraperitonealt. Ingen ökad fluoroscens aktivitet detekterades i de undersökta organen när Pl injicerades intraperitonealt med efterföljande PG.

Diskussion

Globalt är ileus och appendicit tillsammans med inklämda eller strangulerade bråck, volvolus och akut gallsjukdom, de vanligaste orsakerna till akut buk hos den vuxna befolkningen. Den klart vanligaste orsaken till tunntarmsileus i höginkomstländer har sedan decennier varit postoperativa adherenser, medan det etiologiska panoramat har varit annorlunda i låg och medelinkomstländer. Emellertid har det ändrats och adherenser har blivit vanligare som resultat av ökat antal bukoperationer utförda i dessa länder. Antalet stora och akuta kirurgiska operationer skiljer sig mycket åt globalt på grund av stor variation i kapacitet att kunna erbjuda lämplig sjukvård till patienterna. USA har till exempel nio allmänkirurger per 100 000 invånare jämfört med färre än en per 100 000 i många afrikanska länder(10). I utvecklingsländer finns patienter med diagnoserna som behöver kirurgi men låg tillgänglighet av kvalicerad personal, utrustning och sjukvårdsinrättningar genererar färre kirurgiska ingrepp. Även om kapaciteten för kirurgisk vård är begränsad i många låginkomstländer ser man en gradvis förbättring och antalet operationer kommer globalt att öka med tiden.

Figur 1. Adhesion reduction of α-PL in combination with PG. Adhesion reduction with different doses of α-PL by altering the concentration (top) or the volume (bottom). The doses on he x-asis is given in mg/kg (top) and in volume and mg/kg (bottom).

Figur 2. Adhesion reduction with various cations and ε-PL. Adhesion reduction with various ca ons (top) and with different concentrations of ε-PL (bottom). The dots represent outliers.

Laparoskopisk kirurgi har grad vis ersatt öppen kirurgi som första handsval för många allmänkirugiska ingrepp. Den mindre traumatiska kirurgiska tekniken som används idag jämte den mer atrumatiska laparoskopiska operationsmetoden har visat på minskade adherensrelaterade komplikationer inkluderat adherensileus på tunntarmsnivå(11,12). Dock, med ökande antal bukoperationer globalt kommer sannolikt inte den totala kliniska adherensproblematiken att minska.

Adherenser anses allmänt inte som ett ”hett ämne” men då det är en av de vanligaste postoperativa komplikationerna måste kunskapen och medvetenheten om adherenser och dess efterföljande komplikationer uppmärksammas. Korrekt och snabb selektion av de patienter som är i behov av akut kirurgi är av vikt för såväl patienter som behandlande kirurger och dessutom finns det behov av mer evidens som kan påvisa signifikanta och kliniskt relevanta fördelar för olika kirurgiska operations metoder vid olika diagnoser. Parallellt måste forskningen fortgå för att finna säkra och kliniskt effektiva adherenspreventiva medel som enkelt kan användas vid såväl öppen som laparoskopisk kirurgi. De redan godkända adherensprofylaktiska preparaten på marknaden, framför allt Adept® och Seprafilm®, förebygger adhereser experimentellt och kliniskt men har inte kunnat påvisa någon tydlig effekt på kliniskt relevanta adherensrelate rade komplikationer.

Resultaten i avhandlingens olika delarbeten genererade några tankar och idéer.

De tidiga prediktiva parametrarna som identifierades i vår retrospektiva studie som skulle kunna vara till hjälp att snabbare kunna selektera patienter med tunntarmsileus till kirurgi behöver studeras ytterligare. En prospektiv studiedesign skulle vara att föredra för att validera parametrarna. Det faktum att buköversikt nu mer eller mindre helt har blivit ersatt av CT är dock ett problem då bedömning av para metern differentierade gas/vätskenivåer bestäms på buköversikt.

För att kunna bekräfta fördelen med laparoskopisk kirurgi för misstänkt appendicit gällande risken för postoperativt ileus hos vuxna skulle en prospektiv randomiserad studie med lång uppföljning vara mest lämplig. Då risken är låg oavsett öppen eller laparoskopisk teknik skulle antalet patienter i en sådan studie behöva bli mycket stort och den skulle därför vara svår att genomföra på ett enda centra. Ett annat problem är att den laparoskopiska tekniken redan är etablerad och har mer eller mindre konkurrerat ut öppen appendektomi vid era sjukhus. En stor svensk studie från 2014 fann lägre risk för tunntarmsileus efter laparoskopisk appendektomi jämfört med öppen dito men denna risk var reducerad endast de första två åren efter indexoperationen. Man fann fördelar och nackdelar för båda teknikerna men skillnaderna bedömdes som små med kliniskt begränsat värde(13).
Administration av olikladdade polypeptider intraabdominellt resulterar i en interaktion med skadat peritoneum och en skyddande film/barriär bildas över området och reducerar postoperativ adherensutveckling. Huruvida Pl/PG komplexet har en slutlig reduktion av de kliniska komplikationerna av adherenser återstår att studera. Vidare pågår fortsatt arbete med att utforska toxiciteten observerad med αPl. Även om det aldrig är avsett att Pl skall ges ensamt utan alltid efterföljas av neutraliserande PG så är det av yttersta vikt att de individuella substanserna studeras var för sig. Någon toxicitet för PG har inte observerats. Försök att reducera doserna ytterligare med applikation i form av lokal sprayaerosol har visat positiva resultat. Då ett stort antal buk och bäckenoperationer utförs på grund av malignitet är det ytterst viktigt att adherenspreventivt preparat dessutom inte främjar tumörcellerna. I vår grupp har försök utförts där man har kunnat visa på det omvända för de djur som erhöll Pl/PG. Målet är förstås att i framtiden kunna gå vidare med att i en pilotstudie applicera olikladdade polypeptider som adherensprofylax på människa. En lämplig patientgrupp för en sådan studie skulle kunna vara patienter som genomgår kolorektal kirurgi som erhåller en tempo rär ileostomi och som planeras för en andra operation för att vid det senare ingreppet evaluera adherens utvecklingen.

Figur 3. Histology from liver and lung in intravenous (iv) high dose and intraperitoneal (ip) low dose single treatment with α-PL.
Top left liver 2 mg/kg ip, top right liver 15 mg/kg iv, bottom left lung 2 mg/kg ip and bottom right lung 15 mg/kg iv.

Referenser

Tingstedt B, isaksson J, Andersson R. longterm followup and cost analysis following surgery for small bowel obstruction caused by intraabdominal adhesions. Br J Surg 2007;94:743748
Nehéz l, Tingstedt B, Vödrös D, Axelsson J, lindman B, Andersson R. Novel treat ment in peritoneal adhesion prevention: protection by polypeptides. Scan J Gastro enterol 2006;41:11101117
isaksson K, Weber E, Andersson R, Ting stedt B. Small bowel obstruction: early parameters predicting the need for surgical intervention. Eur J Trauma Emerg Surg 2011;37:155159
lappas JC, Reyes Bl, Maglinte DD. Abdominal radiography findings in small bowel obstruction. Am J Roentgenol 2001;176:167174
Isaksson K, Montgomery A, Moberg AC, Andersson R, Tingstedt B. long term followup for adhesive small bowel obstruction after open versus laparoscopic surgery for suspected appendicitis. Ann Surg 2014;259:11731177
Isaksson K, Åkerberg D, Andersson R, Tingstedt B. Toxicity and dose response of intraabdominally administered polyl αlysine and polylglutamate for posto perative adhesion protection. Eur Surg Res 2010;44:1722
Holmdahl l, al Jabreen M, Risberg B. Experimental models for quantitative studies on adhesion formation in rats and rabbits. Eur Surg Res 1994;26:248256
Isaksson K, Åkerberg D, Said K, Tingstedt B. Cationic polypeptides in a concept of oppositely charged polypeptides as prevention of postsurgical intraabdominal adhesions. J Biomedical Science and Engineering 2011;4:200206
Isaksson K, Åkerberg D, PosaricBauden M, Andersson R, Tingstedt. in vivo toxi city and biodistribution of intraperitoneal and intravenous Polylysine and Poly llysine/Polylglutamate in rats. J Mater Sci Mater Med 2014;25:12931299
Stewart B, Khanduri P, McCord C, oheneYeboah M,Uranues S, Vega Rivera F et al. Global disease burden of conditions requiring emergency surgery. Br J Surg 2014;101:e922
Angenete E, Jacobsson A, Gellerstedt M, Haglind E. Effect of laparoscopy on the risk of smallbowel obstruction: a populationbased register study. Arch Surg 2012;147:359365
Ten Broek RP, KokKrant N, Bakkum EA, Bleichrodt RP, van Goor H. Dif ferent surgical techniques to reduce post operative adhesion formation: a systematic review and metaanalysis. Hum Reprod Update 2013;19:1225
Andersson RE. Shortterm complications and longterm morbidity of laparoscopic and open appendicectomy in a national cohort. Br J Surg 2014;101:11351142