Transvascular exchange and organ perfusion with reference to colloid and hypertonic solutions, and to endotoxaemia

Abstract

Changes in vascular permeability can immensely change plasma volume and affect the degree of oedema in the body. In diseases with an increased vascular permeability, adequate fluid therapy is of considerable importance to prevent hypovolaemia. Mechanisms behind differences in effectiveness of various plasma volume expanders to restore a low plasma volume and a compromised microcirculation are still not fully understood. This thesis based on experimental studies on cat, analysis colloid and hypertonic plasma volume expanders regarding their effects on transvascular fluid exchange and vascular permeability in skeletal muscle during and after discontinuation of the infusions. In addition, permeability effects are analysed in skeletal muscle following endotoxin infusion, as well as effects of plasma volume substitution on intestinal perfusion and metabolism in endotoxaemia. The autoperfused right hind limb skeletal muscle was enclosed in a plethysmograph allowing continuous measurements of tissue volume variations. Capillary filtration coefficient measurements showed that fluid permeability is decreased by albumin and dextran, unchanged by hydroxyethyl starch (HES), and increased by gelatin. Measurements of change in the reflection coefficient for albumin showed no direct effect on albumin permeability of dextran, gelatin, or hydroxyethyl starch. Hypertonic saline increased fluid permeability an effect not seen with mannitol and urea. Muscle volume was decreased by 20% albumin, unchanged by 6% dextran 70 and 6% HES 200/0.5, and increased by 3.5% gelatin. Gelatin and HES, but not dextran and albumin induced rebound filtration, indicating interstitial accumulation of the colloid molecules. Hypertonic saline, mannitol and urea induced absorption of which hypertonic saline was most effective and mannitol less effective over time in relation to osmotic capacity. Mannitol and urea but not hypertonic saline showed rebound filtration indicating intracellular accumulation of mannitol and urea. During endotoxaemia, both fluid and albumin permeability increased in skeletal muscle and hypovolaemia was shown to be the major, but probably not the only cause of disturbed intestinal perfusion. No difference could be seen between albumin, dextran, and hydroxyethyl starch in effectiveness to restore intestinal perfusion during endotoxaemia.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Effekter av olika blodvolymersättningsmedel och blodförgiftning på genomblödning och utbyte över blodkärlen Vid en rad svåra sjukdomar, som blodförgiftning (sepsis) och omfattande skador på kroppen, kan olika inflammatoriska system aktiveras. Inflammation kan vara till nytta, till exempel när infektioner bekämpas och sår läker, men också till skada. Vid inflammation ökar blodkärlens genomsläpplighet (permeabilitet) för vätska och lösta ämnen. Detta leder till en minskad blodvolym och vätska (ödem) i organen. Vidare skapas mikroproppar i blodkärlen, vilket kan försämra blodflödet, samt en rad potentiellt skadliga ämnen från bland annat vita blodkroppar och blodkärl utsöndras i blodet. Dessa delar av den inflammatoriska reaktionen kan försämra organfunktionen och skada kroppen. Att återställa en minskad blodvolymen, vilket kan ske genom att tillföra olika blodvolymersättningsmedel, anses vara en av de viktigaste åtgärderna för förbättrade organfunktioner och läkning. Olika blodvolymersättningsmedel har emellertid olika egenskaper och man debatterar vilken typ som är mest till gagn för patienten.



I den här avhandlingen har olika blodvolymersättningsmedel studerats med avseende på dess effekter på kärlpermeabilitet samt vätskeflöden över kärlbädden. I delarbete I, II och IV har blodersättningsmedel baserade på stora molekyler (kolloida infusionslösningar) studerats och i delarbete III har infusionslösningar baserade på små molekyler (hypertona infusionslösningar) studerats. Vidare har effekter av olika kolloider på genomblödning av sepsispåverkad tarm studerats, liksom hur blodförgiftning påverkar kärlpermeabilitet i skelettmuskel (delarbeten IV och V).



I delarbete I studerades vattenpermeabilitet och vätskeutbyte över blodbanan i kattens skelettmuskel vid infusion av de tre syntetiska kolloiderna dextran, gelatin och hydroxyetyl stärkelse (HES) samt den kroppsegna kolloiden albumin. Vi fann att blodkärlens vattenpermeabilitet sänktes av albumin och dextran, var opåverkad av HES, medan den ökade av gelatin. Efter avslutad infusion gav gelatin och HES vätskeutträde till vävnaden talande för att dessa kolloider delvis var kvar i vävnaden. Fynden i detta arbete kan hjälpa till med att förklara skillnader i kolloidernas blodvolymsexpanderande egenskaper och antyder skillnader avseende påvekan på vävnadsödem. Albumin och dextran kan ha fördelar framför speciellt gelatin, men även HES.



I delarbete II studerades dextran, gelatin och HES med avseende på deras påverkan på kärlpermeabiliteten i kattens skelettmuskel för albumin, och vi fann ingen påverkan på albuminpermeabilitet av de studerade syntetiska kolloiderna.



I delarbete III studerades effekter av hypertona lösningar av koksalt, mannitol och urea på kattens skelettmuskel. En hyperton lösning förmår via osmos absorbera vatten från cellerna till det interstitiella (mellan cellerna) rummet och till blodbanan till skillnad från en kolloid lösning som kan absorbera vatten via osmos till blodbanan från det interstitiella rummet. Skillnaden mellan en kolloid och hyperton lösning i förmåga att öka blodvolymen förklaras av storleken på molekylen. Blodvolymsersättningsmedel med små molekyler läcker snabbt ut ur blodbanan, medan kolloidernas stora molekyler läcker betydligt långsammare. Hypertona lösningar används dessutom för att minska ödem i hjärnan. Vi fann att hypertona koksaltlösningar har bättre förmåga att minska volymen över tiden jämfört med mannitol, samt att mannitol och urea efter avslutad infusion gav en volymökning tydande på intracellulär ansamling av dessa molekyler. Skulle dessa fynd kunna överföras till hjärna för behandling av hjärnödem förefaller koksalt vara mest effektivt. Studier då man har jämför mannitol och koksalt vid hjärnödem har dock givit tvetydiga resultat.



Under blodförgiftningsstudierna i delarbeten IV och V, såg vi en ökning i kärlpermeabilitet för albumin och vätska i kattens skelettmuskel. Vidare fann vi att merparten av de störningar i ämnesomsättningen som uppmättes i kattens tunntarm, bl.a. med hjälp av mikrodialysteknik, kunde motverkas med kolloidal volymsubstitution. En mindre del av dessa störningar orsakades sannolikt av blodförgiftningen i sig. Då kolloiderna albumin, dextran och HES jämfördes fann vi ingen skillnad i effektivitet dem emellan vad avser förbättring av tarmens cirkulation.



Sammanfattningsvis har denna avhandlingen givit oss ny kunskap om de olika blodvolymersättningsmedelens egenskaper. Man måste dock vara observant på att endast relativt korta tidsförlopp studerats. Försiktighet måste därför råda innan kliniska slutsatser kan dras och ytterligare experimentella och kliniska studier bör inväntas.

• author: Holbeck, Staffan
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Hans Hjelmqvist, Hans Hjelmqvist
• organization: Anesthesiology and Intensive Care
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Anesthesiology and Intensive Care
• keywords: sepsis, mannitol, microdialysis, intestine, hypertonic saline, gut, hydroxyethyl starch, gelatin, endotoxin, fluid therapy, dextran, albumin, capillary filtration coefficient, intensivvård, Anestesiologi, urea, Anaesthesiology, intensive care, SIRS, reflection coefficient
• pages: 107 pages
• defense location: Segerfalksalen, Wallenberg Neurocentrum
• defense date: 2001-12-21 13:15:00
• ISBN: 91-628-5037-7
• language: English
• LU publication?: yes
• id: dc8c832c-6739-45dd-b7a2-ddc076b0246e (old id 42090)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:04:34
• date last changed: 2018-11-21 21:02:30