Severe Hemodilution - Clinical and Experimental Studies

Abstract

In children, it is often desirable to minimize allogenic blood transfusion, and this thesis explores the physiology of an alternative method of managing perioperative blood loss: hemodilution with Ringer´s dextran.



Methods



Clinical studies: Arterial pressure, superior caval venous oxygen saturation (ScvO2) and blood lactate concentration (L) were studied during bone marrow harvesting (BMH) on 23 occasions in 19 children, 1-17 years of age, with healthy hearts and lungs.



Experimental studies - A. Shivering was induced by surface cooling and the hemodynamic and metabolic responses studied in hemodiluted (Hgb = circa 50 g/L), 12-14 weeks old anesthetized pigs and their normoemic controls. B. The tolerance to progressive isovolemic anemia was studied during hypothermia in anesthetized and paralyzed pigs (32 °C) and their normothermic controls (38.5 °C).



Main findings



Clinical studies: BMH caused a blood loss of 26 (17-42) ml per kg body weight, and decreased the blood hemoglobin concentration (Hgb) to 54 (47- 84) g/L. ScvO2 was 72 (61-88) % in the awake child, and increased to 82 (70 - 94) % after induction of general anesthesia. During hemodilution, it decreased to 76 (60-92) %. The lowest ScvO2: 66 (55-79) % was seen after awakening the child in spite of the fact that Hgb had now increased to 70 (58-95) g/L by transfusion of the child´s own, preoperatively collected, blood. There was an increase in mean heart rate from 89 to 108 bpm during BMH. Mean L increased from 1.0 to 1.5 mmol/L but was never above the normal limit.



Experimental studies: A. During shivering, oxygen consumption (VO2) increased by a mean factor of 2.9 in the hemodiluted pigs, and 3.7 in the controls (P< 0.001). Two of the former exhibited signs of myocardial hypoxia. B. Hgb at death was 14 ± 4 g/L in cooled pigs and 19 ± 3 g/L in the controls (P=0.015).



Clinical implications



-The healthy child tolerates extreme hemodilution (Hgb 50-70 g/L) if suitably anesthetized. The strain on the organism is greater after awakening.



-The findings cannot be extrapolated to children with compromised function of the heart or lungs, who the author believes will frequently benefit from a normal-high Hgb.



-Extreme hemodilution reduces oxygen delivery to the body and will, hence, decrease the tolerance to challenges with increased oxygen demand such as shivering.



-Cooling is modestly protective during severe anemia.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Under det senaste decenniet har risker med och alternativ till allogent blod (blod från främmande givare) debatterats mycket pga. risken för smitta, allergiska reaktioner, samt starka indicier som talar för att blod från främmande givare kan påverka immunförsvaret hos mottagaren. Därför vill man gärna begränsa mängden tillfört givarblod under kirurgiska ingrepp på barn, när så kan ske utan att detta i sig innebär en större risk.



I de första två arbeten, studerades barn som i remissionsfasen av malign sjukdom genomgick benmärgsskörd. Detta gick till så att benmärgsceller sögs upp från barnets höftben, vilket i praktiken innebar att 20-40 mL/kg av blod, tillblandat med benmärg togs om hand. Därigenom förlorade barnet ungefär 40% av sin blodvolym. Från att tidigare ersätta denna blodförlust med givarblod, har vi lärt oss att en förlust på 1/3 av den röda blodkroppsmängden, eller mera, tolereras väl om utgångsvärdet för hemoglobinkoncentrationen (Hgb) – det som ibland kallas “blodvärdet” - är över 100 g/L. Under narkos har Hgb sänkts ända ner till 50 g/L hos flera barn. Vi fann att barn mellan 1 och 17 år, med normal lung- och hjärtfunktion tolererade denna långtgående blodspädning om man omsorgsfullt valde anestesimetod och bibehöll normal blodvolym genom adekvat vätskeersättning. Vi har också visat att barn reagerar på blodspädning likadant som vuxna, dvs., genom att öka sin hjärtminutvolym. När denna kompensation inte räcker till, måste en större del av den transporterade syret i blodet utnyttjas. Kunskapen kan till stor del tillämpas även vid andra ingrepp.



Kroppstemperaturen regleras i hjärnstammen, och hålls normalt mycket konstant genom en snäv balans mellan värmeproduktion och -avgivning. Narkos försämrar kroppens förmåga att bibehålla sin värme och därmed sin normala temperatur. Postoperativt kan syrgaskonsumtionen öka flerfaldigt när kroppstemperaturen ska återställas. Detta kan vara svårt för organismen att klara, om syrebindande förmågan är reducerad genom en förlust av röda blodkroppar. Detta undersöktes närmare i djurförsök. Sövda, blodspädda grisar, som provocerades till frossa genom avkylning av kroppsytan, hade lägre maximalt syrgasupptag och tenderade att ha högre mjölksyrenivåer i blod än kontrolldjur. Att marginalerna var hårt trängda framgår av att mycket låga värden för blandad venös syremättnad observerades under frossa.



Slutligen belystes huruvida nedkylning skulle kunna öka tolerans för anemi, genom att sänka syrgasbehovet (detta kräver att frossa undviks genom nedsövning och muskelrelaxation). Kliniskt används sedan länge nedkylning för att sänka syreförbrukning under hjärtkirurgi, vid andningsinsufficiens, hjärtsvikt, etc. Frågan om nedkylning kunde vara värdefull under blodspädning föranleddes av fallbeskrivningar, där patienter överlevt mycket låga Hgb (cirka 15 g/L mot normala 125 g/L), genom att kylas, relaxeras och ventileras med 100% syrgas. Det förelåg emellertid också enstaka experimentella studier som tydde på en negativ effekt av kylning. Vi undersökte sövda grisar vars kroppstemperatur sänktes till 32 °C, och därefter undergick alltmer uttalad blodspädning tills kroppen inte klarade mer. Djuren jämfördes med en kontrollgrupp med normal kroppstemperatur. Vi fann en blygsam men dock påvisbar skyddande effekt av hypotermi i detta sammanhang. Ingen negativ effekt av kylan på hjärtfunktionen eller syreavgivningsförmågan till vävnaderna kunde konstateras.

• author: Perez de Sá, Valéria
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Lindahl, Sten, Anestesi och Intensivvårdskliniken, Karolinska Sjukhuset, Stockholm
• organization: Anesthesiology and Intensive Care
• publishing date: 2002
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Anesthesiology and Intensive Care
• keywords: shivering, critical oxygen delivery, oxygen consumption, child, dextran, hypothermia, hemodilution, anemia, Anaesthesiology, intensive care, Anestesiologi, intensivvård, lactates
• pages: 153 pages
• defense location: Segerfalkssalen, Wallenberg Neurocentrum
• defense date: 2002-02-08 13:15:00
• ISBN: 91-628-5104-7
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I.Perez de Sá V, Békássy A, Schou H, Werner M, Werner O.: Hemodilution During Bone Marrow Harvesting in Children. Anesth Analg 1991; 72:645-50. Article: II.Perez de Sá V, Békássy A, Schou H, Werner O.: Bone Marrow Harvesting in Children Managed without Allogenic Blood. Paediatric Anaesthesia 1994; 4:375-81. Article: III.Perez de Sá V, Cunha Goncalves D, Schou H, Jonmarker C, Werner O.: Hemodynamic and metabolic effects of shivering during acute normovolemic hemodilution in swine. Submitted for publication. Article: IV.Perez de Sá V, Roscher R, Cunha Goncalves D, Larsson A, Werner O.: Does Hypothermia Increase Tolerance to Severe Acute Normovolemic Anemia? Tentatively accepted for publication in Anesthesiology.
• id: 2571be65-b8b5-492e-99af-d9d8b5cfa325 (old id 464247)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:16:56
• date last changed: 2018-11-21 20:57:52