Advanced

Aspects of sepsis/SIRS - An experimental study on fluid therapy, vitamin C and plasma volume in increased permeability

Bark, Björn LU (2014) In Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series 2014:3.
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Blodcirkulationens uppgift är att förse kroppens vävnader med näringsämnen, vätska och syre, samt att transportera bort slaggprodukter från energiomsättningen. Hörnstenen i detta utbyte mellan vävnader och cirkulation är kapillärerna, kroppens minsta och tunnaste blodkärl, som består av ett enda lager sammanhängande celler. Mellanrummen mellan cellerna är mer eller mindre täta, beroende på omgivande organs och vävnaders behov. Kapillärerna fungerar på detta sätt som ett filter, där vissa ämnen i stor utsträckning hålls kvar i blodbanan (t ex proteiner, blodkroppar) medan andra fritt passerar mellan kapillären och omgivningen (t ex syre, koldioxid, vatten). Normalt flödar därför en näringsrik,... (More)
Popular Abstract in Swedish

Blodcirkulationens uppgift är att förse kroppens vävnader med näringsämnen, vätska och syre, samt att transportera bort slaggprodukter från energiomsättningen. Hörnstenen i detta utbyte mellan vävnader och cirkulation är kapillärerna, kroppens minsta och tunnaste blodkärl, som består av ett enda lager sammanhängande celler. Mellanrummen mellan cellerna är mer eller mindre täta, beroende på omgivande organs och vävnaders behov. Kapillärerna fungerar på detta sätt som ett filter, där vissa ämnen i stor utsträckning hålls kvar i blodbanan (t ex proteiner, blodkroppar) medan andra fritt passerar mellan kapillären och omgivningen (t ex syre, koldioxid, vatten). Normalt flödar därför en näringsrik, proteinfattig vätska från blodet till omgivande vävnad. För att förhindra vätskeansamling i vävnaden, s.k. ödem, finns ett annat system som transporterar tillbaka vätskan till blodcirkulationen, nämligen lymfsystemet.



För att förstå kapillärfiltret kan man schematiskt se det som en sil bestående av två olika typer av hål. Små hål, som släpper igenom små ämnen och vatten, och stora hål som också släpper igenom proteiner. De små hålen finns det enorma mängder av, medan de stora hålen, i normala fall, är mycket sällsynta. När något skadas i kroppen uppstår ibland inflammation, då det skadade området blir rött och svullet. Anledningen till detta är bland annat att kapillärfiltret blir mer genomsläppligt, det blir fler stora hål i silen, och större mängder vätska och proteiner läcker ut för att hjälpa till att reparera den skadade vävnaden. I samband med svår blodförgiftning, svåra olyckor eller omfattande operationer kan hela kroppen drabbas av inflammation i varierande grad (systemisk inflammation=SIRS). Stora mängder vätska kan då läcka ut från blodbanan, lymfsystemet blir överbelastat och det bildas ödem, som är skadligt för patienten. Samtidigt töms blodcirkulationen på vätska och hjärtat får för små volymer blod att pumpa ut, och blodcirkulationen kan inte längre förse vävnader och organ med syre och näringsämnen.



För att normalisera blodcirkulationen och förhindra skador på vävnaderna är en viktig del i behandlingen av dessa patienter, att ersätta den förlorade vätskan med vätskelösningar, dropp, som ges rakt in i blodet. Det finns flera olika typer av vätskelösningar, men de kan grovt delas in i två grupper, kristalloider, som består av vatten och småämnen (t ex salter) och kolloider, som också innehåller större ämnen. Kristalloider passerar fritt genom kapillärfiltret, medan kolloiderna bara kan passera genom de stora hålen. Problemet vid behandlingen av patienter med SIRS är att också de vätskelösningar som ges läcker ut och bildar ytterligare ödem.



I delarbete I och III kunde vi visa att genom att ge kolloida vätskor långsamt till råttor med SIRS stannade en större del kvar i blodcirkulationen, än om samma mängd vätska gavs snabbt. Om detta går att överföra till patienter med SIRS, så skulle man kunna öka effekten, och därigenom minska de givna mängderna och ödembildningen, genom ge kolloida vätskor långsammare. Den kristalloid, 0.9% NaCl (koksalt), vi också testade kunde vi, till vår förvåning, inte se någon effekt av alls.



I delarbete II undersökte vi hur stor del av en given mängd 0.9% NaCl som fanns kvar i blodcirkulationen 20 minuter efter avslutad behandling vid SIRS och efter en akut blödning. I blödningsgruppen fanns 20 % kvar, medan det i gruppen med SIRS bara fanns knapp 1 % kvar, trots att båda grupperna hade lika stor vätskebrist från början. Detta tyder på att sjukliga förändringar vid SIRS påverkar effekten av behandling med kristalloida vätskor.



I delarbete IV undersökte vi om stora doser C-vitamin givet tre timmar efter insjuknande i SIRS kunde påverka vätskeläckaget från blodbanan. I tidigare djurförsök har C-vitamin visat sig vara effektivt för just detta vid SIRS, men i de flesta försök har man har börjat behandlingen redan innan djuren blivit sjuka, vilket är mindre intressant ur klinisk synpunkt. Med vår behandling, startad i ett senare skede, kunde vi inte påvisa någon påverkan på läckaget av vätska från blodbanan. (Less)
Abstract
In sepsis, after major surgery or severe trauma, the human body may suffer from various degrees of generalized inflammation, a syndrome called Systemic Inflammatory Response Syndrome (SIRS). One feature of SIRS is increased capillary permeability, caused by disruption of the capillary endothelium due to e.g. bacterial toxins, cytokines, pro-inflammatory hormones and free oxygen radicals. This will result in leakage of plasma fluid to the interstitum with subsequent intravascular hypovolemia and potentially harmful tissue oedema. Restoration of plasma volume with intravenous fluids is a cornerstone in the treatment of SIRS, but the infused fluids would be expected to leak through the capillary membrane to a greater extent, being less... (More)
In sepsis, after major surgery or severe trauma, the human body may suffer from various degrees of generalized inflammation, a syndrome called Systemic Inflammatory Response Syndrome (SIRS). One feature of SIRS is increased capillary permeability, caused by disruption of the capillary endothelium due to e.g. bacterial toxins, cytokines, pro-inflammatory hormones and free oxygen radicals. This will result in leakage of plasma fluid to the interstitum with subsequent intravascular hypovolemia and potentially harmful tissue oedema. Restoration of plasma volume with intravenous fluids is a cornerstone in the treatment of SIRS, but the infused fluids would be expected to leak through the capillary membrane to a greater extent, being less effective and further aggravating oedema Thus, an important challenge in patients with increased capillary permeability will therefore be to achieve and maintain normovolemia with as little plasma volume substitution as possible. Also, finding a treatment that could seal the leaking capillaries would be of great value.

Study I and II, performed in a sepsis/SIRS animal model, showed that the plasma volume expansion of 5% albumin, 6% HES 130/0.4, 4% gelatin and 6% dextran 70 measured 3 hours after start of infusion was larger when given with a slow infusion rate than when given with a fast infusion rate. This effect was not seen with 0.9% NaCl.

In study III, performed in rat models, we compared the initial plasma volume expanding effect of 0.9% NaCl in sepsis/SIRS, after a standardized hemorrhage, and in a normal condition. It showed that the increase in plasma volume in relation to the infused volume of 0.9% NaCl (32 mL/kg) were 0.6% in in sepsis/SIRS, 20% after hemorrhage, and 12% when given to rats in a normal state. This means that efficacy of 0.9% NaCl is highly affected by pathophysiological changes in sepsis/SIRS, e.g. increased capillary permeability.

In study IV, two different treatment regimes of high-dose vitamin C, initiated 3 hours after induction of sepsis, were investigated regarding their effect on plasma volume loss. None of the treatment regimes were found to have any effect on the loss of plasma volume, or any of the physiological parameters analysed, in the early stage of severe sepsis/SIRS in the rat. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Svensén, Christer, Anaesthesiology and Intensive Care, Södersjukhuset, Stockholm
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
in
Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
volume
2014:3
pages
45 pages
publisher
Anaesthesiology and Intensive Care
defense location
Belfragesalen, Klinikgatan 32, Lund
defense date
2014-01-24 13:15
ISSN
1652-8220
ISBN
978-91-87651-28-1
language
English
LU publication?
yes
id
46b8d011-4071-4b9c-b82d-75a15880198e (old id 4229420)
date added to LUP
2014-01-13 11:33:18
date last changed
2016-09-19 08:44:50
@phdthesis{46b8d011-4071-4b9c-b82d-75a15880198e,
  abstract     = {In sepsis, after major surgery or severe trauma, the human body may suffer from various degrees of generalized inflammation, a syndrome called Systemic Inflammatory Response Syndrome (SIRS). One feature of SIRS is increased capillary permeability, caused by disruption of the capillary endothelium due to e.g. bacterial toxins, cytokines, pro-inflammatory hormones and free oxygen radicals. This will result in leakage of plasma fluid to the interstitum with subsequent intravascular hypovolemia and potentially harmful tissue oedema. Restoration of plasma volume with intravenous fluids is a cornerstone in the treatment of SIRS, but the infused fluids would be expected to leak through the capillary membrane to a greater extent, being less effective and further aggravating oedema Thus, an important challenge in patients with increased capillary permeability will therefore be to achieve and maintain normovolemia with as little plasma volume substitution as possible. Also, finding a treatment that could seal the leaking capillaries would be of great value.<br/><br>
Study I and II, performed in a sepsis/SIRS animal model, showed that the plasma volume expansion of 5% albumin, 6% HES 130/0.4, 4% gelatin and 6% dextran 70 measured 3 hours after start of infusion was larger when given with a slow infusion rate than when given with a fast infusion rate. This effect was not seen with 0.9% NaCl.<br/><br>
In study III, performed in rat models, we compared the initial plasma volume expanding effect of 0.9% NaCl in sepsis/SIRS, after a standardized hemorrhage, and in a normal condition. It showed that the increase in plasma volume in relation to the infused volume of 0.9% NaCl (32 mL/kg) were 0.6% in in sepsis/SIRS, 20% after hemorrhage, and 12% when given to rats in a normal state. This means that efficacy of 0.9% NaCl is highly affected by pathophysiological changes in sepsis/SIRS, e.g. increased capillary permeability.<br/><br>
In study IV, two different treatment regimes of high-dose vitamin C, initiated 3 hours after induction of sepsis, were investigated regarding their effect on plasma volume loss. None of the treatment regimes were found to have any effect on the loss of plasma volume, or any of the physiological parameters analysed, in the early stage of severe sepsis/SIRS in the rat.},
  author       = {Bark, Björn},
  isbn         = {978-91-87651-28-1},
  issn         = {1652-8220},
  language     = {eng},
  pages        = {45},
  publisher    = {Anaesthesiology and Intensive Care},
  school       = {Lund University},
  series       = {Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series},
  title        = {Aspects of sepsis/SIRS - An experimental study on fluid therapy, vitamin C and plasma volume in increased permeability},
  volume       = {2014:3},
  year         = {2014},
}