Therapeutische Strategien zur Minimierung der hämodynamischen Auswirkung beim Kapnoperitoneum - Beeinflussung der Leber- und Nierendurchblutung sowie der renalen Ausscheidung und Leberfunktion: eine tierexperimentelle Studie

Abstract

Zahlreiche tierexperimentelle als auch klinische Studien weisen darauf hin, dass nach Etablierung eines Kapnoperitoneums am menschlichen wie auch am tierischen Organismus charakteristische Veränderungen der Hämodynamik wie auch der Durchblutung der intraabdominellen Organe auftreten, wobei nicht eindeutig geklärt ist, in welchem Ausmaß letztlich auch eine Funktionsstörung oder sogar Schädigung der intraabdominellen Organe resultiert. In der vorliegenden tierexperimentellen Studie an 43 Läuferschweinen sollte unter definierten Bedingungen, die der klinischen Situation möglichst nahe kommen, nachgeprüft werden, inwieweit sich ein Kapnoperitoneum auf die Leber- und Nierendurchblutung sowie deren Funktion auswirkt. Außerdem sollte überprüft werden, ob definierte therapeutische Konzepte, die bereits in klinischen Studien zur Verbesserung der Hämodynamik eingesetzt worden waren, die Auswirkungen des Kapnoperitoneums auf die viszerale Perfusion und Funktion positiv beeinflussen können. Dazu wurden zunächst vor und nach Etablierung eines Kapnoperitoneums von 14 mmHg an den Tieren die Zielparameter gemessen, anschließend die kardiale Vorlast gezielt durch Substitution einer kolloidalen Lösung erhöht und erneut gemessen, die sympathikotone Reaktion durch den selektiven β-Blocker Esmolol partiell blockiert oder die kardiale Nachlast durch den Vasodilatator Niprussidnatrium gezielt gesenkt. Da bekannt ist, dass auch die Körperposition eine erhebliche Rolle bei der Ausprägung der physiologischen Modifikationen spielt und viele laparoskopische Eingriffe eine Veränderung der Körperposition bedingen, wurden die Tiere in den Gruppen in Kopfhoch-, Horizontal- und Kopftieflage untersucht. Um eine mögliche Hypovolämie durch das präoperative Fasten zu vermeiden, erhielten alle Tiere während der operativen Maßnahmen 1000 ml einer 0,9%igen Kochsalzlösung. Die Durchblutung der Pfortader und der A. renalis wurde über die Ultraschalllaufzeitmessung, die Leberfunktion mittels des COLD-Systems über die Plasmaabbaurate von Indocyaningrünfarbstoff (PDRig) und die renale Ausscheidung über eine transperitoneale Ausleitung des Urins mit einem Einmalkatheter bestimmt. Die Untersuchungen ergaben, dass nach Aufbau eines IAP von 14 mmHg die Pfortaderdurchblutung in Kopfhoch- und Kopftieflage eine Reduktion erfuhr (p<0,05), wobei die Leberfunktion in allen Körperpositionen unbeeinflusst blieb. Die A. renalis zeigte nur in Flachlage eine Flussverminderung (p<0,05), die Diurese wurde in Kopfhoch- und Kopfflachlage gesenkt (p<0,05). Die Erhöhung des intrathorakalen Blutvolumens verbesserte die Pfortaderdurchblutung in allen drei Körperpositionen (p<0,05). Auch hier zeigte dies keinen Einfluss auf die Leberfunktion, die wiederum unbeeinflusst blieb. Auch der renale Blutfluss wies nach Erhöhung des intrathorakalen Blutvolumens (ITBV) in keiner der untersuchten Körperpositionen eine Veränderung auf, wobei in Kopfhochlage eine tendenzielle, jedoch nicht signifikante Zunahme zu verzeichnen war (p=0,075), die mit einer vermehrten Diurese einherging (p<0,05). Die partielle Sympathikolyse durch Esmolol führte unabhängig von der jeweiligen Körperlagerung zu keiner Veränderung der portalen und renalen Durchblutung, der Urinausscheidung sowie der Leberfunktion. Die Senkung des MAP durch Niprussidnatrium verschlechterte sogar den renalen Blutfluss in Flach- und Kopftieflage, sowie den portalen Blutfluss in Flachlage (p<0,05). Lediglich die Leberfunktion wies in Kopfhochlage eine erhöhte Plasmaabbaurate von Indocyaningrünfarbstoff (PDRig) auf (p<0,05). Insgesamt war unter diesen Versuchsbedingungen eine Erhöhung des ITBV am ehesten geeignet, die portale Durchblutung während eines Kapnoperitoneums zu verbessern, während die Leberfunktion, der renale Blutfluss und die Diurese davon weitestgehend unbeeinflusst blieben. Weder Esmolol noch Niprussidnatrium konnten eine verbesserte viszerale Perfusion und Funktion, ausgenommen einer gesteigerten Leberfunktion in Kopfhochlage unter Niprussidnatrium, induzieren, so dass diese beiden Konzepte nicht generell zur Therapie empfohlen werden können. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass es sich in der vorliegenden Studie um gesunde Versuchstiere handelte, so dass bei laparoskopischen Eingriffen an kardiopulmonalen Risikopatienten der Einsatz dieser Medikamente durchaus positive Effekte haben kann. Eine Hypervolämie kann ebenfalls nicht generell empfohlen werden, da viele Patienten kardiale Vorerkrankungen aufweisen, die eine extensive Flüssigkeitssubstitution nicht erlauben. Unter den Versuchsbedingungen traten insgesamt nur geringe und wahrscheinlich klinisch nicht relevante Veränderungen der viszeralen Perfusion auf. Möglicherweise ist das ein Ausdruck für ein optimiertes Volumenmanagement während des Versuches. Da die erhobenen Daten auf einem experimentellen Hintergrund basieren, kann keine genaue Empfehlung über eine exakte Flüssigkeitsmenge oder den Einsatz sowie die Dosierung verschiedener Medikamente, die individuell in klinischen Situationen Gebrauch finden, gegeben werden. Entscheidende Bedeutung kommt einer Optimierung des intravasalen Volumens zu, gerade bei Lagewechsel aus der Horizontalen heraus. Ferner sollte der IAP bei laparoskopischen Operationen so gering wie möglich gehalten werden.

Many clinical and animal studies have shown that an induction of a capnoperitoneum (CP) caused hemodynamic changes and changes in visceral perfusion. It is still unclear whether integrity and function of visceral organs are impaired by these effects. In this animal study hepatic and renal blood flow as well as urine output and liver function of 43 pigs was observed during capnoperitoneum with an intra-abdominal pressure (IAP) of 14 mmHg. The following three therapeutic concepts: increase of cardiac preload by increasing intravascular volume by a infusion of 6% hydroxyethyl starch solution, selective antagonism of sympathetic activity by esmolol, or vasodilatation by nitroprusside were evaluated to improve visceral perfusion and function during CP. The pigs were randomly assigned to treatment with fluid and sodium nitroprusside (group A: n=22) or with esmolol (group B: n=21). In both groups, the animal were divided into three different body positions: supine (A3: n=7, B3: n=7), 30° head-up (A1: n=7, B1: n=7), and 30° head-down (A2: n=8, B2: n=7). Before the measurements, all animals received 1000 ml 0,9% saline solution intravenously to avoid hypovolemia. First we recorded the base line values after the placement off all catheters and an adaptation of 15 min. Then the animal were randomly assigned to be placed in either supine, 30° head-up, or 30° head-down position. In groups A1-A3, after positioning a capnoperitoneum of 14 mmHg was established and kept by an insufflator. After another adaptation of 15 min values during CP were recorded. The following measurements were conducted after a controlled decrease of mean arterial pressure (MAP) by 10% with continuous infusion of sodium nitroprusside. The aplication of vasodilatator niprussid-natrium was stopped after the measurement. The CP was released and the animal were placed back in supine position. After further 15 min adaptation, intravascular volume was increased by a maximum infusion of 1,5 l of 6% hydroxyethyl starch solution in order to increase the intrathoracic blood volume (ITBV) by 30%. The animal were again placed in their previous position combined with a CP of 14 mmHg. Measurements were repeated after another adaptation of 15 min. In groups B1-B3 the same protocol was established but the animals in this groups received an i.v. bolus of 1mg/kg of the ultrashort effective β1-blocker esmolol just before CP was established. Esmolol medication was adjusted at a rate of 200 µg/kg/min during the measurement. Perfusion of the vena porta and renal artery were measured by transonic volume flow meters, the liver function was determined by the COLD monitoring system analysis by the plasma disappearance rate of indocyanine green (ICG) , the urinary output was measured by an urethral catheter. After Induction of CP, portal blood flow decreased in head-up and head-down positions (p<0,05), the liver function was unchanged in all bodypositions. Blood flow in the renal artery decreased only in supine position (p<0,05), but the urine output decreased in supine and head-up position (p<0,05). The decrease of MAP by infusion of sodium nitroprusside deteriorated the renal blood flow in supine and head-down positions as well as the portal blood flow in supine position (p<0,05). The liver function decreased only in head-up position (p<0,05). When ITBV was increased, blood flow in the vena porta was improved in all body positions (p<0,05), but not in the renal artery. Urine volume increased only in head-up position under these conditions (p<0,05), the liver function was again unchanged. Medication of esmolol (group B) changed blood flow neither in the vena porta nor in the renal artery compared to the control (group A). Also the urinary output and the liver function were unchanged in all bodypositions. In conclusion an optimal intravascular volume was most effective in improving portal blood flow during capnoperitoneum, whereas the renal blood flow, the urine output and liver function were not influenced in this trial. Both isovolemia at the beginning of the measurements and autoregulation mechanism may have contributed to the stable blood flow in the renal artery. Systemic medical intervention neither with esmolol nor with sodium nitroprusside improved the visceral perfusion and function except for a increased liver function in the head-up position under niprussid-natrium. Esmolol had no negative effects on portal and renal blood flow, on urine output and liver function. Vasodilation caused by sodium nitroprusside led to a decreased blood flow in the renal artery but was not followed by a reduced urine output. Therefore this effect might be of minor functional relevance regarding renal function. Normovolemia and fluid management seems to be most important to minimize hemodynamic side effects of CP. Because our data are based on an experimental setting, we cannot give any recommendation on the amount of fluids or different medications that are needed in an individual clinical situation. Hypervolemia cannot also generally be recommended because many patients have cardiac diseases that do not allow extensive fluid infusion. Therefore, infusion regimens as well as medical interventions in these cases should not orientate to visceral blood flow, but primarily to hemodynamic stabilization. Patients with renal dysfunction might be treated carefully with nitroprussid-natrium during capnoperitoneum.