Hemodilution with dextran: Effects on blood flow and thrombus formation. An experimental study in the rabbit

Abstract

Microvascular surgery enables free tissue flaps to cover tissue defects, e.g. after trauma and malignancies. Although major improvements in techniques have been made, problems with poor tissue circulation and thrombus formation still exist. The aim of this thesis was to investigate the effects of hemodilution on tissue blood flow and thrombus formation in an animal model. In isovolemic hemodilution a defined volume of blood is replaced with an equal amount of an isoosmotic solution. This lowers hematocrit and blood viscosity. In paper I we demonstrated that hemodilution with dextran increased blood flow in the rabbit ear artery, showing that hemodilution improved perfusion of skin and subcutaneous tissue. The increase in blood flow occurred after a delay. In paper V it was found that hemodilution increased blood flow in aorta and vena cava instantaneously whereas flow to the hindlimbs and ear followed another time-course. Renal blood flow was little affected. In III, the influence of hemodilution on blood flow and function of striated muscle was examined. Hemodilution increased muscle force possibly due to an improved microcirculation. Inhibition of force during ischemia and the recovery of force and blood flow during reperfusion were not affected. A model for inserting small synthetic vascular (PTFE) grafts into the aorta was used in II. Hemodilution with dextran or albumin increased blood flow to equal extent but only dextran inhibited thrombus formation, reflecting that this compound has direct effects on the hemostasis, dissociated from its flow promoting properties. In IV and V, PTFE grafts were inserted in to the vena cava. These grafts occluded to a large extent in non-treated animals and the model provides interesting possibilities to study thrombus formation. Iso- or hypervolemic hemodilution with dextran strongly inhibited thrombus formation. The effects were not counteracted by desmopressin, which releases factors VIII and vWF, suggesting that the antithrombotic effects of dextran are not due to lowering the plasma concentration of these hemostatic factors. Heparin in a bolus dose strongly inhibited the thrombus formation underlining that the critical events for thrombus formation occur immediately after reperfusion. Hemodilution with hypertonic saline dextran (HSD) solutions markedly increased flow and strongly inhibited thrombus formation.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Populärvetenskaplig sammanfattning



Plastikkirurgi och rekonstruktiv kirurgi syftar till att återskapa form och funktion i kroppens yttre vävnader, efter större defekter orsakade av t.ex. trafikolyckor, brännskador eller tumöroperationer. Sedan länge har man använt förflyttning av hud (hudtransplantat) och rotation eller förflyttning av större vävnadsområden med bibehållen lokal blodförsörjning (lokala rotationslambåer eller stjälkade lambåer). Under senare år har en ny teknik introducerats, transplantation av fria lambåer med mikrokirurgisk teknik. Detta innebär att en vävnad med tillhörande artär och ven frigörs från ett ställe på kroppen och efter transplantation ansluts till nya kärl i anslutning till den vävnadsdefekt skall täckas. Ett exempel är skapande av ett nytt bröst genom förflyttning av hud och fettvävnad från buken (sk. TRAM eller DIEP lambåer). Dessa operationer genomförs med hjälp av en speciell mikroskopbaserad operationsteknik (mikrokirurgi). Via mikroskop sys artärer och vener (med diametrar ner mot ca 1 mm) från lambån samman med nya kärl på det ställe där lambån skall placeras. Operationerna kan vara mycket tidskrävande. Resultaten både funktionellt och kosmetiskt är mycket goda. Ibland förekommer problem med lambåns genomblödning efter operationen. Detta beror huvudsakligen på två faktorer (1) trombosbildning (blodproppsbildning) vid kärlsuturerna (anastomoserna) och (2) på en rubbad genomblödning i vävnadens minsta kärl (mikrocirkulationen). I denna avhandling har effekten av olika behandlingar som syftar till att förbättra vävnadsgenomblödning och minska trombosbildning undersökts genom djurexperimentella studier på kanin.



Hemodilution innebär att blodet spädes ut, dvs koncentrationen av blodkroppar minskar. Detta kan genomföras genom att blod avlägsnas och ersätts av ett blodersättningsmedel. I klinisk verksamhet sker detta ofta vid operation då viss mängd blod förloras och ersätts med blodersättningmedel. Vid isovolem hemodilution hålles blodvolymen konstant (utbyte 1:1 av blod mot blodersättning). Vid hypervolem hemodilution spädes blodet genom tillförsel av lämplig vätska. Vid terapeutisk hemodilution ("intentional hemodilution") avlägsnas blod medvetet från patienten före operation. Detta medger att patientens eget blod kan sparas för senare retransfusion. Den blodvolym som avlägsnas måste ersättas av en vätska som har samma osmolaritet som blodet, för att förhindra att vätska lämnar blodbanan. Eftersom koksalt (NaCl) kan passera kärlväggen och därför ej bidrager till blodets osmolaritet under längre tid kan blod ej ersättas med enbart fysiologisk koksaltlösning om blodtrycket skall kunna bibehållas. Det naturliga ersättningsmedlet är plasma eller plasmaproteiner (t.ex. albumin) som stannar i blodbanan och bidrager till osmolariteten. Albumin har dock nackdelar, bl.a. en hög kostnad och att det framställs ur blodprodukter. Istället används ofta syntetiska substanser med hög molekylvikt. Ett exempel är en sockervariant, dextran med molekylvikten 60 000 eller 70 000.



En viktig aspekt på hemodilution, som behandlas in denna avhandling, är att en sänkning av antalet blodkroppar i blodet (en sänkning av hematokrit) ger en minskad blodviskositet vilket orsakar minskad flödesresistans och ett ökat blodflöde. Antalet röda blodkroppar minskar i blodet efter hemodilution vilket innebär att blodets syretransporterande förmåga försämras. Detta kompenseras dock av det ökade flödet och vävnadernas syresättning förbättras vid måttlig hemodilution (en sänkning av hematokrit till ca 25-30% från normalvärdet på ca 40%).



I delarbete I undersöktes effekten av isovolem hemodilution på genomblödning i hud och subkutan vävnad. Som modell användes kaninöra. I sövda djur fripreparerades öronartären och flödet mättes med en flödesgivare. Hemodilution med dextran användes för att sänka kaninens hematokrit till 21 eller 29 %. Vi observerade att blodflödet i öronartären ökade efter en latens på ca 75 minuter. Resultaten visar att hemodilution med dextran har en flödesökande effekt även i hud och subkutan vävnad, men att denna flödesökning ej sker momentant, vilket kan bero på att kroppens blodflöde temporärt distribueras till andra organ efter hemodilutionen. I arbete V undersöktes flödesdistributionen närmare och vi kunde visa att efter hemodilution ökar flödet snabbt i stora kärl (aorta och vena cava) medan flödet i hud ökar först efter en stund och blodflödet i njuren är i det närmaste oförändrat. Sammanfattningsvis visar dessa studier att hemodilution i kanin har en generell flödesökande effekt, vilket tidigare visats på andra djur, men att flödesökningen uppvisar olika beteenden i olika vävnader och organsystem. Detta kan vara en faktor av betydelse när hemodilution utnyttjas för att förbättra blodflöde i sammansatta vävnader, som t.ex. olika typer av fria lambåer.



Tidigare har visats att syresättning i olika organ förbättras efter hemodilution, men tidigare studier av organfunktion är få. I arbete III undersökte vi hur kraftutveckling i skelettmuskulatur påverkas av hemodilution. Kraft mättes i en muskel i underbenet (musculus tibialis anterior) på sövda kaniner. Hemodilution ökade muskelkraften med ca 10% vilket kan återspegla att cirkulationen i muskelvävnaden förbättras. I samband med att fria lambåer flyttas utsätts de oundgängligen för avstängning av blodflödet (ischemi). Vi undersökte därför hemodilutionens inflytande på ischemisk muskulatur. Om benet hos den sövda kaninen utsattes för ischemi under ca 150 minuter hämmades kraftutveckling i musklerna till ca 10%. Då blodflödet fick återkomma (reperfusion) återhämtades kraft och blodflöde. Hemodilution med dextran påverkade ej krafthämning under ischemi eller återhämtning av blodflöde och kraft under reperfusionen.



Vid mikrokirurgi kan ibland större avstånd behöva överbryggas mellan lambå och de kärl till vilka lambånkärlen skall kopplas. Om kärlens längd ej räcker kan en av patientens egna vener utnyttjas som kärlprotes (autolog graft). Ibland, t.ex. efter större olyckor eller tidigare operationer, är tillgången på vener begränsad. I dessa fall skulle det vara av stort värde att kunna utnyttja syntetiska kärlgraft med diameter på några få millimeter. Syntetiska kärlgraft används sedan flera år för att ersätta stora kärl, men hittills har de ej kunnat utnyttjas i små artärer eller vener. Ett stort problem har varit trombosbildning i grafterna när blodet kommer i kontakt med den främmande graftytan. I arbete II, IV och V undersöktes trombosbildning i små kärlgraft i en djurmodell i syfte att belysa faktorer som kan påverka trombosbildning, dels generellt i kärlanastomoser, dels specifikt i syntetiska kärlgraft insydda i artärer eller vener.



Då dextran infördes som blodersättningsmedel upptäcktes att ämnet även påverkar blodkoagulationen och hämmar trombosbildningen. I studie II inopererades ett 13 mm långt (3 mm diameter) polytetrafluoroethylene (PTFE) kärlgraft i aorta på kanin. Trombmassa och blodflöde genom graften mättes efter två dagar. I studien jämfördes hemodilution med dextran och albumin. Båda substanserna ökade blodflödet lika mycket men endast dextran hämmade trombosbildningen. Detta visar att dextran har specifika effekter på trombosbildningen, oberoende av dess flödesökande effekt.



I arbete IV användes en modell där PTFE graft inopererades i vena cava. I denna stora ven trombotiserar graften i 5 av 8 obehandlade djur. Eftersom blodet kan återföras till hjärtat via andra vener kan en total trombotisering av kärlet ske utan att djuret påverkas. Denna djurmodell ger alltså nya möjligheter att direkt studera faktorer som påverkar trombosbildning. Vi visade att hemodilution med dextran hade en tromboshämmande effekt. Dextran sänker koncentrationen i blodet av vissa koagulationsfaktorer (faktor VIII och von Willebrands faktor). Desmopressin används kliniskt för att minska blödning i samband med operation och man har visat att denna substans ökar koncentrationen av faktor VIII och von Willebrands faktor. I studie IV undersöktes därför interaktionen mellan desmopressin och dextran vad avser trombosbildning. Desmopressin påverkade ej trombosbildningen i närvaro av dextran vilket visar att dextranets antitrombotiska effekt ej till fullo kan förklaras av förändringar i dessa koagulationsfaktorer och att dextranbehandling kan kombineras med desmopressin utan att den antitrombotiska effekten påverkas. Om hemodilution kombineras med en stötdos heparin erhölls en mycket god effekt, alla kärl var fria från trombmassa. Eftersom heparin är kortverkande, ca 1 timma, betyder resultaten att den kritiska perioden för trombosbildning i kärlgraft är omedelbart efter insutureringen. Enbart en engångsdos av heparin var ej verksamt vilket visar att dextran och heparin interagerar på ett gynnsamt sätt.



I arbete V undersöktes hemodilution med en lösning i vilken dextran kombineras med hyperton koksalt (HSD-lösning). HSD gav en kraftig flödesökning och hämmade trombosbildning markant. Resultaten visar att denna lösning kan vara ett intressant alternativ vid mikrokirurgi.



Sammanfattningsvis visar dessa djurexperimentella studier att hemodilution med dextran har två viktiga gynnsamma effekter vid mikrokirurgi: flödesökning och antitrombotisk effekt. En kombination med ett kortverkande heparin ger en specifik hämning under det kritiska moment då anastomosen initialt exponeras för blodet. Kombination av dextran och hyperton koksalt (HSD) förefaller mycket effektiv och ett eventuellt framtida utnyttjande av dessa lösningar kan vara av värde i klinisk verksamhet. Med en kombination av dextranhemodilution och heparin, eller HSD, kan ett gott blodflöde genom små syntetiska kärlgraft bibehållas i djurexperimenten. Detta kan indikera att små kärlgraft, med adekvat antitrombotisk terapi, kan vara ett möjligt alternativ i vissa kliniska situationer inom mikrokirurgi.

• author: Frost-Arner, Lieselotte
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Ljungström, Karl Gösta, Danderyd
• organization: Department of Clinical Sciences, Malmö
• publishing date: 1998
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Surgery
• keywords: traumatology, orthopaedics, Surgery, Hypertonic saline-dextran, Desmopressin, Heparin, Dextran, Rabbit, Synthetic vascular grafts, Blood flow, Hemodilution, Thrombus formation, Kirurgi, ortopedi, traumatologi, Cardiovascular system, Kardiovaskulära systemet
• pages: 152 pages
• defense location: Department of Surgery, Malmö University Hospital, Entrance 42, Lecture Hall
• defense date: 1998-04-04 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MESM 1068 SE
• ISBN: 91-628-2917-3
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Reconstructive Surgery (013240300)
• id: f82fb4ba-5c8f-47e7-874a-8802e11936b0 (old id 38472)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:46:22
• date last changed: 2018-11-21 21:00:41