Advanced

Transvascular fluid exchange with application to the brain. An experimental study in cat skeletal muscle and brain.

Kongstad, Lis LU (1999)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

MEKANISMER BAKOM VÄVNADSSVULLNAD MED INRIKTNING MOT DEN SKADADE HJÄRNAN. EN STUDIE PÅ SÖVD KATT.



Störningar i vätskeflöden över ett organs minsta kärl, de s.k. kapillärerna, kan ge problem i form av vävnadssvullnad. Det är speciellt allvarligt när det sker i hjärnan eftersom hjärnan är innesluten i ett hårt skal och därför inte kan utvidga sig utan att trycket samtidigt stiger med risk för inklämning av hjärnstammen. Hjärnsvullnad är en allvarlig komplikation vid vissa sjukdomstillstånd såsom infektioner i hjärnan (meningit och encephalit), vid svåra lever- och njursjukdomar samt vid allvarliga skallskador. Vävnadssvullnad kan orsakas av ökad genomsläpplighet för vätska i... (More)
Popular Abstract in Swedish

MEKANISMER BAKOM VÄVNADSSVULLNAD MED INRIKTNING MOT DEN SKADADE HJÄRNAN. EN STUDIE PÅ SÖVD KATT.



Störningar i vätskeflöden över ett organs minsta kärl, de s.k. kapillärerna, kan ge problem i form av vävnadssvullnad. Det är speciellt allvarligt när det sker i hjärnan eftersom hjärnan är innesluten i ett hårt skal och därför inte kan utvidga sig utan att trycket samtidigt stiger med risk för inklämning av hjärnstammen. Hjärnsvullnad är en allvarlig komplikation vid vissa sjukdomstillstånd såsom infektioner i hjärnan (meningit och encephalit), vid svåra lever- och njursjukdomar samt vid allvarliga skallskador. Vävnadssvullnad kan orsakas av ökad genomsläpplighet för vätska i kapillärerna och/eller av ökat vätsketryckfall över kapillärväggen.



Hjärnans volym regleras normalt genom en mekanism som bygger på att dess kapillärer endast är genomsläppliga för vatten men inte för salt och äggviteämnen (proteiner), en konsekvens av att hjärnan har en s.k. blodhjärnbarriär. Detta innebär att vätsketransporten mellan blodbanan och vävnaden regleras av de osmotiska krafter som utövas av salter och andra partiklar i blodet. Här skiljer sig hjärnan från andra organ vars kapillärer är fritt genomsläppliga för såväl vatten som salter, men dock inte för större partiklar som proteiner. Vätsketransporten styrs då istället av den osmotiska kraft över kapillärmembranet som skapas av stora molekyler, och då framför allt av proteiner (albumin), i kombination med skillnaden i vätsketryck mellan blodbanan (blodtrycket) och vävnaden. Vid vissa sjukdomstillstånd är emellertid blodhjärnbarriären skadad och då är även hjärnans kapillärer genomsläppliga för salter. Vätsketransporten styrs då av samma mekanismer som andra vävnader.



Denna avhandling studerar vätskepassagen över kärlväggen. Studierna är gjorda på kattskelettmuskel som modellorgan för den sjuka hjärnan med öppnad blodhjärnbarriär. Konsekvenser på trycket i hjärnan av tryckvariation över kapillärväggen analyserades i den normala hjärnan samt under ett meningitliknande tillstånd.



Vi värderade och vidareutvecklade en traditionell metod för bestämning av vattengenomsläpplighet över kapillärväggen. Vi visade att denna metod är generellt användbar för ett organ innesluten i ett hårt skal oberoende av artärtrycks- och kärltonusvariationer. Vi fann att genomsläppligheten för albumin ökade efter ett större kirurgiskt ingrepp, innebärande att albuminläckte från blod ut i vävnaden. Genomsläppligheten för vatten påverkades dock ej. Detta fynd överensstämmer med den kliniska erfarenheten att albuminhalten i blodet ofta sjunker vid svåra infektioner eller efter ett trauma, resulterande i vävnadssvullnad. Ökat protein läckage kan också förklara varför man inte övertygande kunnat visa att proteintillförsel som vätskeersättning förbättrat prognosen för dessa patienter.



Hjärnan och ryggmärgen är omgivet av ryggmärgsvätska som är avgränsat av ett membran den s.k. duran. Durapunktion, som oftast sker på lumbal nivå, innebär att man sticker hål i duran för att nå ryggmärgsvätskan som sedan utnyttjas för diagnostik av infektioner i hjärnan, alternativt att man sprutar in bedövningsmedel inför operation. Det är välkänt att lumbalpunktion hos patienter med infektion i hjärnan kan öka risken för hjärnstamsinklämning och att ryggbedövning hos vissa patienter kan ge övergående huvudvärk i sittande. Eftersom duran normalt är sluten upprätthålls vävnadstrycket i hjärnan relativt oförändrat även om man reser sig från liggande. Vad som händer med vävnadstrycket i hjärnan efter durapunktion är dock dåligt utrett.



Vi studerade effekten av durapunktion på vävnadstrycket i katthjärna. Dessutom registrerades förändringar i vätsketrycken och vätsketransporten över kapillärmembranen i vår muskelmodell för att penetrera möjliga mekanismer bakom huvudvärk och hjärnstamsinklämning efter durapunktion. Muskeln var innesluten i en vätskefylld behållare (plethysmograph) och denna experimentelle uppställning tjänade som modell för kraniet och ryggkanalen innehållande hjärnan och ryggmärgen omgiven av ryggmärgsvätskan. Vi fann att vid huvudhöjning sjönk vävnadstrycket endast måttligt före durapunktion, medan det sjönk kraftigt till negativa värden efter punktionen. Det är sannolikt att motsvarande tryckförändringar i hjärnan dels vidgar hjärnans venösa blodkärl och dels ökar filtrationskraften över kapillärmembranet. Den därav ökade blodvolymen skulle kunna ge huvudvärk och den ökade filtrationskraften bidra till ökat hjärnsvullnad om blodhjärnbarriären är skadad.



Vid Universitetssjukhuset i Lund används en kontrollerad sänkning av det arteriella blodtrycket för att minska hjärnsvullnad, medan många andra centra istället aktivt höjer blodtrycket och då med syftet att förbättra blodgenomströmningen i hjärnan. I frisk hjärna överförs inte blodtrycksvariationer till kapillärerna eftersom det sker en automatisk kompensation av de större blodkärlens diameter. I skadad hjärna är denna reglering försämrad, och ändringar i blodtrycket överföres till hjärnans kapillärer, vilket kan påverka blod/vävnadvätskeutbytet.



Mot denna bakgrund registrerade vi effekten av förändringar i arteriellt blodtryck på vävnadstrycket och på vätsketransporten i vår muskelmodell. Vi fann att en sänkning av artärblodtrycket minskade vävnadstrycket, medan en ökning av blodtrycket ökade vävnadstrycket, ett resultat som stödjer Lundabehandlingen av hjärnsvullnad. Variation i ventryck gav inte några cirkulatoriska effekter i muskeln pga. av ett variabelt utflödesmotstånd. Inte heller påverkade tillförsel till eller dränering av vätska från plethysmografen vävnadstrycket på sikt. Överfört till hjärnan innebär detta att minskning av hjärntrycket genom dränage av ryggmärgsvätskan är övergående. (Less)
Abstract
This study evaluated transcapillary fluid exchange in the cat brain and in a cat skeletal muscle enclosed in a plethysmograph. A method for determination of capillary permeability (capillary filtration coefficient and reflection coefficient) and effects of transcapillary hydrostatic pressure changes were studied We found that capillary fluid permeability in a tissue can be determined by the capillary filtration coefficient, even when arterial pressure and vascular tone are changed. By evaluating relative variations in the reflection coefficient for albumin rather than absolute values, common error factors were reduced. The reflection coefficient for albumin decreased following surgical trauma, with a resultant decrease in plasma albumin,... (More)
This study evaluated transcapillary fluid exchange in the cat brain and in a cat skeletal muscle enclosed in a plethysmograph. A method for determination of capillary permeability (capillary filtration coefficient and reflection coefficient) and effects of transcapillary hydrostatic pressure changes were studied We found that capillary fluid permeability in a tissue can be determined by the capillary filtration coefficient, even when arterial pressure and vascular tone are changed. By evaluating relative variations in the reflection coefficient for albumin rather than absolute values, common error factors were reduced. The reflection coefficient for albumin decreased following surgical trauma, with a resultant decrease in plasma albumin, whereas the influence on fluid permeability was insignificant. Dural puncture reduces intracranial pressure due to a hydrostatic pressure gradient generated by the distal opening of the spinal fluid column, especially in the upright position. This may cause an increased transvascular pressure, dilation of the cerebral outflow veins and - when the blood-brain barrier is disrupted - increased fluid filtration to the interstitial tissue, causing oedema and even brain stem herniation. We found that in our muscle model and in the cat brain with depressed autoregulation and disrupted blood-brain barrier (induced by intrathecal endotoxin), the arterial pressure and the tissue pressure changed in parallel. Variations in venous pressure and in the surrounding fluid volume did not influence the tissue pressure. We conclude that following a traumatic head injury, or during a cerebral infection, elevation of the arterial pressure will increase transcapillary filtration and aggravate the interstitial brain oedema, whereas a decreased arterial pressure will decrease the oedema. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Professor Gunnar Nicolaysen, Gunnar Nicolaysen, University of Oslo
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Neurologi, neurophysiology, neuropsychology, Neurology, intensivvård, capillary filtration coefficient, Capillary permeability, reflection coefficient, brain edema, dural puncture, Anaesthesiology, Anestesiologi, intensive care, neuropsykologi, neurofysiologi
pages
114 pages
publisher
Department of Anaesthesiology and Intensive Care, Lund
defense location
University Hospital Lund, Föreläsningssal 3
defense date
1999-04-24 10:15
external identifiers
  • Other:ISRN LUMEDW/MEAN-1048-SE
ISBN
91-628-3444-4
language
English
LU publication?
yes
id
8040dbc9-1486-44c3-89ce-0a880837ffd3 (old id 39411)
date added to LUP
2007-08-01 15:51:23
date last changed
2016-09-19 08:45:13
@phdthesis{8040dbc9-1486-44c3-89ce-0a880837ffd3,
  abstract     = {This study evaluated transcapillary fluid exchange in the cat brain and in a cat skeletal muscle enclosed in a plethysmograph. A method for determination of capillary permeability (capillary filtration coefficient and reflection coefficient) and effects of transcapillary hydrostatic pressure changes were studied We found that capillary fluid permeability in a tissue can be determined by the capillary filtration coefficient, even when arterial pressure and vascular tone are changed. By evaluating relative variations in the reflection coefficient for albumin rather than absolute values, common error factors were reduced. The reflection coefficient for albumin decreased following surgical trauma, with a resultant decrease in plasma albumin, whereas the influence on fluid permeability was insignificant. Dural puncture reduces intracranial pressure due to a hydrostatic pressure gradient generated by the distal opening of the spinal fluid column, especially in the upright position. This may cause an increased transvascular pressure, dilation of the cerebral outflow veins and - when the blood-brain barrier is disrupted - increased fluid filtration to the interstitial tissue, causing oedema and even brain stem herniation. We found that in our muscle model and in the cat brain with depressed autoregulation and disrupted blood-brain barrier (induced by intrathecal endotoxin), the arterial pressure and the tissue pressure changed in parallel. Variations in venous pressure and in the surrounding fluid volume did not influence the tissue pressure. We conclude that following a traumatic head injury, or during a cerebral infection, elevation of the arterial pressure will increase transcapillary filtration and aggravate the interstitial brain oedema, whereas a decreased arterial pressure will decrease the oedema.},
  author       = {Kongstad, Lis},
  isbn         = {91-628-3444-4},
  keyword      = {Neurologi,neurophysiology,neuropsychology,Neurology,intensivvård,capillary filtration coefficient,Capillary permeability,reflection coefficient,brain edema,dural puncture,Anaesthesiology,Anestesiologi,intensive care,neuropsykologi,neurofysiologi},
  language     = {eng},
  pages        = {114},
  publisher    = {Department of Anaesthesiology and Intensive Care, Lund},
  school       = {Lund University},
  title        = {Transvascular fluid exchange with application to the brain. An experimental study in cat skeletal muscle and brain.},
  year         = {1999},
}