Az MH Központi Honvédkórház Baleseti Osztály* és az Országos Traumatológiai Intézet közleménye Érzõ idegek szerepe a reperfúziós sérülést követõ szöveti károsodásban DR. TURCHÁNYI BÉLA*, DR. RÁCZ ILDIKÓ, DR. HAMAR JÁNOS, DR. VENDÉGH ZSOLT, DR. TÓTH BALÁZS Érkezett: 2000. szeptember 11. ÖSSZEFOGLALÁS A keringés és a beidegzés kombinált károsodása a traumatológiai gyakorlatban mindennapos. A szerzõk a bal nervus ischiadicus kapszaicinre érzékeny szenzoros rostjainak szelektív károsítását hozták létre 1 %-os periaxonalis kapszaicines elõkezeléssel patkány kísérleti modellen. Ezt követõen a bal comb leszorításával 1/2, 1 és 2 órás vértelenséget hoztak létre, majd 1, 24, 72 és 168 óra reperfúzió során mérték a musculus extensor digitorum longus izom izometriás kontrakciós erejének változását. Az izomhas direkt és a nervus ischiadicuson keresztüli indirekt elektromos ingerlésével tetanusos kontrakciót váltottak ki. A kontrakció erejét mindkét oldalon megmérték, a kontrakcós erõ csökkenés mértékét az ép, nem károsított oldalhoz viszonyították, és százalékban fejezték ki. A kontroll csoportban kapszaicinnel nem elõkezelt állatokon azonos méréseket végeztek. A kapszaicin kezelés önmagában az izomkontrakció erejét nem befolyásolta. Fél óra ischaemia után a kontrakciós erõ 72 óráig, 83 %-ra csökken le, majd egyhetes korra normalizálódik, de a két csoport közötti különbség elhanyagolható. Egy órás ischaemia után a szelektíven denervált izom direkt ingerlésével 72 és 168 óra reperfúzió után 15 és 20%-kal gyengébb a kontrakció (p<0,05), a többi reperfúziós idõben nincs szignifikáns különbség. A nervus ischiadicus elektromos ingerlésekor sincs szignifikáns különbség a különbözõ reperfúziós idõk után a szelektíven denervált, és nem denervált izom kontrakciós ereje között. Két óra ischaemia után viszont mindkét féle ingerléssel minden vizsgált reperfúziós idõben a szelektíven denervált izom kontrakciós ereje több mint kétszerese a nem denervált izom erejének. Következtetések: A fél, az egy és a két órás ischaemia hatása minõségileg más. A kapszaicin érzékeny C-rostok kiesése a reperfúzió okozta szöveti károsodást az ischaemia idejének függvényében befolyásolja, 1 óra ischaemiát követõen a denervált szöveteken a funkciózavar a késõi reperfúziós szakban valamivel súlyosabb, míg 2 óra vértelenítés után a teljes reperfúziós idõben jelentõsen enyhébb. Felmerül, hogy ezen C-, és A delta-rostok hosszabb ischaemiára kialakuló reperfúziós szöveti sérülés gyulladásos fázisának kialakulásában vesznek részt, így hiányuk másodlagosan védi a szöveteket. Kulcsszavak: Ischaemia; Szenzoros rostok; Vázizom Vérellátás; Reperfúziós sérülés; Izomkontraktúra; Kapszaicin; Patkány; B. Turchányi, I. Rácz, J. Hamar, Zs. Vendégh, B. Tóth: The role of sensory nerves in the tissue damage following reperfusion injury Combined damage of circulation and innervation is quite frequent in the trauma practice. The authors performed an animal model of ischiac nerve damage by 1 % capsaicin, destroying selectively the capsaicin sensitive nerve fibers on rat. Then, tourniquet was performed for ½, 1 and 2 hours on the left thigh, reperfusion was carried out and the isometric contraction force of the extensor digitorum longus muscle was measured in 1, 24, 72 and 168 hours. Tetanic contractures were created once by direct and indirect stimulation. The contraction force was measured on both sides, comparing the damaged side to the healthy one and expressed in percentage. Similar measurements were carried out in the control group without capsaicin pre-treatment. There was no change in the contraction force following the capsaicin treatment. After half an hour of tourniquet the contraction force was dropped to 83% for 72 hours and became normal in a week time, but the difference between the two groups was minimal. Following 1 hour of tourniquet the contraction force of the directly stimulated, selectively denervated muscle after 72 and 168 hour reperfusion decreased by 15% and 20% (p<0,05), there was no difference in the other reperfusion times. There was no difference in the contraction force following indirect stimulation of the ischiac nerve with different reperfusion *Jelenlegi munkahely: Markhot Ferenc Kórház, Eger. A munka az OTKA 29561 és az ETT T-13057/97 támogatásával készült Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2001. 44. 1. 3
times either in selectively denervated cases or without denervation. The contraction force following 2-hours tourni quet in both types of stimulation in all reperfusion times was double in the selectively denervated cases than in the cases without denervation. Conclusion: Qualitatively the effectiveness of ischemia of ½, 1 and 2 hours is different. The absence of capsaicin sensitive C fibers has an effect on tissue damage following reperfusion in correlation with the time of ischemia. Following 1-hour ischemia the functional damage is a bit more severe in the denervated tissue in the late reperfusion stage, but after ischemia of 2 hours the damage is less severe. The authors concluded the C and A delta fibers are needed in the inflammatory phase of reperfusion tissue damage following ischemia, therefore the absence of these fibers has a secondary protective effect on the tissues. Key words: Ischemia Physiopathology; Muscle, skeletal Blood supply; Capsaicin; Muscle contraction; Reperfusion injury Physiopathology, Rats; Nerve fibers Physiology; BEVEZETÉS A végtagok neurológiai károsodása régi tapasztalat szerint kedvezõtlenül befolyásolja a sebgyógyulást és a gyulladásos folyamatokat. Különösen igaz ez a szenzoros - afferens rostok kiesése után (9). Az úgynevezett neurogén gyulladásban az afferens rostok szerepét is leírták. Ugyanakkor a hagyományosan szenzoros rostok efferens mûködésérõl egyre több bizonyíték áll rendelkezésre (17). Kísérletes körülmények között a szenzoros rostok retrográd ingerlésével gyulladásos ödémát, értágulatot, fehérje exsudatiót, fehérvérsejt kitapadást tudtak kiváltani (11, 16, 17). A szenzoros idegeket kapszaicinnel kezelve ez a jelenség megszûnt. Bebizonyosodott, hogy a kapszaicin az afferens rostok egy részét - az úgynevezett peptiderg rostokat - képes szelektíven és véglegesen károsítani (6). Így az afferens rostoknak a neurogén gyulladásban játszott szerepe bizonyított. Mivel az ischaemia-reperfúziós sérülésben is gyulladásos jelenségek mutathatók ki, feltételeztük, hogy a perifériás ideg kapszaicin elõkezelését követõen a végtag szöveteinek ischaemia reperfúziós sérülése is megváltozik. A mesterséges ischaemiát mûtétek közben rendszeresen használjuk. A végtagsebészeti gyakorlatban normotermiás körülmények között a vértelenség megengedett maximális idõtartama két óra. Ez alatt az idõ alatt a hagyományos szövettani módszerekkel definitív károsodást egyik szövetféleségen sem írtak le (15). Kísérleteink során azt vizsgáltuk, hogy e megengedett tartományon belül az ischaemia, illetve a reperfúzió idejének függvényében a kapszaicinnel kiváltott szelektív denerválás után van-e funkcionális szövetkárosodás, és az milyen mértékû. ANYGA ÉS MÓDSZER Hím 300-400 grammos Wistar-patkányokat használtunk, melyeket az Állatvédelmi Törvények elõírásainak megfelelõen temperált és megfelelõ helyiségben tartottunk. Az állatokat szabványos patkányeledellel valamint vízzel ad libitum tápláltuk. Minden kísérleti fázist narcosisban végeztünk, majd a mérések és a szövetmintavétel végeztével túlaltattuk õket. Az altatáshoz 40 mg Pentobarbital + 0,15 mg Atropin/tskg oldatot használtunk. Elsõ lépésként a bal oldali nervus ischiadicuson hoztunk létre szelektív kémiai denervációt (3). Ehhez a bal oldali nervus ischiadicust a comb dorsolateralis oldalán feltártuk és fél órára 1% os kapszaicin oldattal átitatott 4 rétegû 1x1 cm-es gézlapot tekertünk köré. Ezt követõen a sebet fiziológiás sóval kiöblítettük és a bõrsebet zártuk. A denerváció után egy hetet vártunk. Sebgyógyulási zavart nem észleltünk. Az állatokat ezután csoportokra osztottuk a következõk szerint: 1. ischaemia nélküliek 2. fél óra ischaemia 4 Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2001. 44. 1.
3. egy óra ischaemia 4. két óra ischaemia Az ischaemiát narkózisban a bal combtõre feltett gumigyûrûvel hoztuk létre. A szorítás mértéke számítások szerint 300-400 Hgmm volt (2). Az ischaemia leteltével a 2., 3., 4., csoportot további 4-4 alcsoportokra osztottuk 1, 24, 72 és 168 órás reperfúziós idõk szerint. Minden alcsoportban 6 állat volt. Ez után a nervus ischiadicust újra kipreparáltuk, és ingerlõ elektródára tettük. Az elektróda minden esetben a kapszaicin kezelés és a leszorítás helyétõl distalisabb pozícióba került. Kipreparáltuk a lábszár középsõ harmadában az extensor digitorum longus (EDL) izomhasát, illetve a lábháton az EDL inát. Az izomhasra is elektródát tettünk. Az inat distalisan átvágtuk, fonalra fûztük, és isometriás erõmérõhöz csatlakoztattuk. A térdet és a lábat stabilan rögzítettük. A kísérletekhez külön erre a célra kifejlesztett 37 fokra temperált patkánypadot használtunk (Experimetria KFT, erõmérõ és számítógépes értékelõ rendszer,,isosys System ). A mérés körülményeit és az ingerlés paramétereit korábbi kísérletekben állítottuk be (14): Tetanusos izomkontrakciókat váltottunk ki indirekt az ideget és direkt - az izmot - ingerelve. (Experimetria KFT ST-02 típusú Stimulátor)Az ingerlés paraméterei: I=9 ma, frekvencia=75 Hz, impulsus szélesség=1 ms, impulsusos sorozat hossza=1 s. Minden állaton legalább 5 kontrakciót mértünk és hasonlítottunk a nem károsított oldalhoz. A kapszaicin elõkezelés hatásának vizsgálatához egy korábbi, a jelenlegivel azonos módon végzett kísérlet-sorozat (14) eredményeit tekintettük kontrollnak és a táblázatban a,,kezeletlen jelzéssel láttuk el. A jelen kísérletek eredményeit a,,1 % kapszaicin megjelöléssel tüntettük fel. Mindkét sorozatban az izomkontrakciós erõt az ellenoldali nem károsított izom erejének százalékban fejeztük ki. Az értékelés során a két méréssorozat értékeit hasonlítottuk egymáshoz. Statisztikai elemzésben a kapott százalékos értékek átlagát, és a szórást tüntettük fel. A csak ischaemizált és a kapszaicinnel denervált csoportok eredményeit két mintás,,t próbával hasonlítottuk össze. A szignifikáns különbséget (p< 0,05) szintnél állapítottuk meg, a táblázatban,,* -gal jelöltük. EREDMÉNYEK Mérési eredményeinket táblázatban foglaltuk össze. A táblázatban a különbözõ módokon ingerelt és különbözõ ideig ischaemizált EDL izom kontrakciós erejét tüntettük fel az egészséges oldali EDL izom kontrakciós erejének százalékában a reperfúziós idõ függvényében. A kezeletlen jelzésû csoportban csak az ischaemia, az 1% kapszaicin jelzésû csoportban kapszaicines elõkezelés és az ischaemia voltak a károsító tényezõk. A százalékos adatok mellett ± jelzéssel a szórást adtuk meg, *-gal jelöltük a kapszaicinnel kezelt csoportban mért adatot, ha a kezeletlen csoporthoz képest szignifikáns különbséget találtunk (p< 0.05). A szignifikancia hiányát külön nem jelöltük. Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2001. 44. 1. 5
1. A kapszaicin kezelés önmagában az izomkontrakció erejét nem befolyásolta, azaz leszorítás nélkül sem izmot, sem ideget ingerelve nem volt szignifikáns különbség a szelektíven denervált és az intact oldalon az izom kontrakciós erõk között, ezért a táblázatban ezt külön nem tüntettük fel. 2. Fél óra ischaemia után az izmot akár direkt, akár indirekt ingerelve a kontrakciós erõkben a kezeletlen és a kapszaicines csoportban alig van különbség.az ischaemia-reperfúzió hatására átmenetileg gyengébb az izom, de az elsõ hét végére normalizálódik a kontrakciós erõ. A két csoport között statisztikailag csak a 24 és 168 órás reperfúziónál van különbség, de az valójában jelentéktelen. 3. Az egy óra ischaemiát követõen az ideget ingerelve a kapszaicinnel elõkezelt végtagon nincs szignifikáns változás a kontroll csoporthoz képest. 4. Egy órás ischaemia után a kombináltan károsított oldalon az izom direkt ingerlése esetén a 72 és a 168 órás reperfúzió után van szignifikáns különbség, 15 és 20 százalékkal gyengébb az összehúzódás, míg az ennél rövidebb reperfúziós idõkben az izomerõ változásban nincs lényeges különbség a kezeletlen csoporthoz képest. 5. Két óra ischaemia után az ideget ingerelve a kontroll csoportban az elsõ 72 órában alig jön létre kontrakció. 168 óra után is csak 10 %-os a kontrakciós erõ. A kapszaicin kezelést követõen az izom kontrakciók ereje minden reperfúziós idõben többszöröse a nem kezelt csoportban mérhetõ kontrakciós erõknek (p<0,05). 6. Két óra ischaemia után a kapszaicinnel elõkezelt végtagokon az izom direkt ingerlése esetén a kontrakciós erõ minden reperfúziós idõnél legalább kétszer akkora, mint a csak ischaemizált végtagon. A különbség 1 és 168 óra reperfúzió után szignifikáns. MEGBESZÉLÉS Munkánk célja a kombinált szöveti sérülés hatásának tanulmányozása volt. Az izom, illetve a neuromuscularis funkcionális egység érzékeny indikátora a keringéskárosodásra bekövetkezõ szöveti sérüléseknek (13, 15). Felmerül, hogy az izom, a motoros ideg illetve a neuromuscularis apparátus az ischaemia-reperfúzió hatására nem egyformán károsodnak. Ezen hatások nehezen izolálhatók, mert a vértelenítõ eszköz direkt károsító hatása (10), a környezõ szövetek, a synapsis károsodása a reperfúzió során mind-mind kísérõ funkciózavart okozhatnak. (1). Az ischaemia reperfúzió hatására a vázizomzatban bekövetkezõ súlyos funkcionális és morfológiai változásokat már sokan leírták. Kimutatták, hogy az ischaemia okozta károsodás és a szükséges gyógyulási idõ egyenesen arányos az ischaemia idejével. (2, 3) Ezek a mérések 1 órás vagy annál hosszabb ischaemiás idõkön alapultak. Számunkra a sebészi gyakorlatban megengedett 2 órás vértelenítési idõn belüli szövetkárosodások összehasonlító vizsgálata különösen jelentõs volt. A vizsgált reperfúziós idõket azért választottuk, hogy a szövetkárosodások dinamikáját is vizsgáljuk. A reperfúziós szöveti sérülésekre jellemzõen ez 72 óra után a legsúlyosabb. Eredményeink szerint a 1/2, az 1 és a 2 órás ischaemia hatása minõségileg más. Már fél óra leszorítást követõen kimutatható szignifikáns átmeneti funkcionális veszteség, bár ennyi ischaemia hatása a szöveteken még enyhe, hiszen az izomzatban a phosphocreatine szint, ami voltaképpen az ATP raktára, az oxigén hiányában addigra még csak a normál érték 70 % ára csökken, míg az elsõ óra végén 30 %, a második végén már csak 15 %-os (4). A fél, 1 és 2 óra ischaemia funkcionális károsító hatása közötti különbség is az irodalommal megegyezõ tendenciát mutat. (13). A két óra ischaemia az idegrõl történõ ingerelhetõséget gyakorlatilag egy hétre megszünteti, míg kapszaicin elõkezeléssel ez a hatás védhetõ, bár teljesen nem 6 Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2001. 44. 1.
szüntethetõ meg. Az izomról történõ ingerléskor a kapszaicinnel kezelt csoportban több mint kétszer olyan erõsek a kontrakciók. Eredményeink alapján az ischaemia illetve a kapszaicin kezelés hatása a kétféle szövet - izom és ideg - közül az idegszöveten tûnik erõteljesebbnek. A reperfúziós károsodás többfokozatú. A korai szakban a szövetkárosodások oka az energia raktárak kimerülése, a késõbbiekben a szabadgyökök és a gyulladás károsító hatása. A reoxigenizálás során az immunsejtek aktiválódnak, feltehetõleg a károsodott endothel sejtek membrán felületének megváltozása miatt eltakarítási reakció indul be, ami másodlagos sérülésekhez vezet (15). Ha ideget - indirekt módon - ingerlünk a károsított oldalon szinte mindig gyengébb az összehúzódás, mint az izom direkt ingerlése esetén. Szövettani eljárásokkal ebben az ischaemia tartományban az idegroston nem sikerült érdemi elváltozást kimutatni (7), ami arra utal, hogy feltehetõleg a synapsis károsodik. Emellett szól az is, hogy fél óra ischaemia után a direkt és indirekt ingerlés hatása között nincs érdemi eltérés (10). A velõhüvely nélküli afferens rostok szerepét a retrográd vezetéssel kiváltott vasodilatatióban Stricker már 1876-ban leírta (16). Az elmúlt húsz évben sikerült tisztázni, hogy az A-delta hõ- és mechano-, és a C-polymodalis fájdalomérzõ rostok melyeket a kapszaicin szelektíven képes károsítani retrográd ingerléssel az arteriolákon vasodilatatiót, a venulákon permeabilitás fokozódást okoznak, és ezzel a lokális gyulladásos folyamatokban szerepet játszanak (18). A kapszaicin elõkezelés a bõrlebenyek túlélési esélyét kísérletes körülmények között rontja (8), míg a gyomorfekély kialakulása ellen védelmet nyújt (5).A kapszaicines denerváció hatását az izomkontrakciók erejére fiziológiás és gyulladásos körülmények között eddig még nem vizsgálták. A 2 óra ischaemiát követõen a felengedés elsõ órájában a kapszaicinnel kezelt csoportban észlelt, a kontrollhoz képest jóval nagyobb izomerõ okát nem tudjuk. A peptiderg rostok kiesése az egyébként izomban és idegben egyaránt súlyos gyulladásos reakciót csökkenti, ezért másodlagosan vezethet a kisebb funkcióvesztéshez.a késõi reperfúzióban (24, 72, 168 óra) tehát az afferens rostok gyulladásos folyamatokban játszott szerepe lehet a magyarázata a kapszaicin kezelést követõen a markánsan nagyobb kontrakciónak. Az izomerõt és a kontrakció gyorsaságát eddigi tudásunk szerint az efferens rostokon bejövõ impulzusok, illetve az izomorsó receptorainak állapota határozza meg. Jelen kísérleteinkben megválasztott elõfeszítés után supramaximális ingereket alkalmaztunk. Az izomerõt a 2 órás ischaemia és a szenzoros rostok károsítása együttesen kevésbé rontja, mint az ischaemia egymaga. Felmerül, hogy az érzõ rostoknak mégis van szabályzó szerepe az izommûködésben. A klinikumban használt vértelenítés hatását a gyógyulásra (elhúzódó oedema, izomgyengeség, érzészavarok, sebgyógyulási zavarok) a posztoperatív szakaszban nem regisztráljuk elég gondosan. Adataink alapján az egy órán belüli vértelenítési idõ esetén sokkal kevesebb szövõdmény várható. Két óra ischaemia csak valamilyen szöveti védelem mellett ajánlható. IRODALOM 1. Chervu A., Moore W. S., Homsher E., Quinones-Baldrich, W. J.: Differential recovery of skeletal muscle and peripheral nerve function after ischaemia and reperfusion. J. Surg. Res. 1989. 47: 12-19. 2. Fish J. S., McKee N. H., Pynn B. R., Kuzon W. M., Plyley M. J. : Isometric contractile function recovery following tourniquet ischaemia. J. Surg. Res. 1989. 47: 365-370. 3. Gardner, V. O., Caiozzo, V. J., Long, S. T., Stoffel, J., McMaster, W. C., Prietto, C. A.: Contractile properties of slow and fast muscle following tourniquet ischaemia. Am. J. Sports. Med. 1984. 12: 417-423. Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2001. 44. 1. 7
4. Heppenstall R. B., Sapega A. A., Izant T., Fallon R., Shenton D., Park Y. S., Chance B.: Compartment syndrome: A Quantitative study of high-energy phosphorus compounds using 31P-magnetic resonance spectroscopy. J. Trauma, 1989. 29: 1113-1118. 5. Holzer, P. D., Lippe I. T.: Stimulation of afferent nerve endings by intragastric capsaicin protects against ethanolinduced damage of gastric mucosa. Neurosci. 1988. 27: 981-988. 6. Jancsó N., Jancsó-Gábor A., Szolcsányi J.: Direct evidence for neurogenic inflammation and its prevention by denervation and by pretreatment with capsaicin. Br. J. Pharmac. Chemother. 1967. 31: 138-151. 7. Korthals J. K., Maki T., Gieron M. A.: Nerve and muscle vulnerability to ischaemia. J. Neurol. Sci. 1985. 71: 283-289. 8. Kjartansson J., Dalsgaard C. J., Jonsson C. E.: Decreased survival of experimental critical flaps in rats after sensory denervation with capsaicin. Plast. Reconstr. Surg. 1987. 79: 218-222. 9. Maggi C. A., Borsini F., Santicioli P. et al.: Cutaneous lesions in capsaicin pretreated rats. A trophic role of capsaicin-sensitive afferents? Naunyn-Schmiedeberg s Arch. Pharmacol.: 1987. 19: 1-43. 10. Patterson S., Klenerman L.: The effect of pneumatic tourniquet on the ultrastructure of skeletal muscle. J. Bone Joint Surg. 1979. 61- B: 178-183. 11. Pintér E, Szolcsányi J.: Plasma extravasation in the skin and pelvic organs evoked by antidromic stimulation of the lumbosacral dorsal roots of the rat. Neurosci. 1995. 68: 603-614. 12. Pórszász R., Szolcsányi J.: Antidromic vasodilatation in striated muslce and its sensitivity to resiniferatoxin in the rat. Neuroscience Letters, 1994. 182: 267-270. 13. Rácz I. B., Illyés G., Sarkadi L., Hamar J.: The functional and morphological damages of ischemic reperfused skeletal muscle. Eur. Surg. Res. 1997. 29: 254-263. 14. Rácz I. B., Sarkadi L., Hamar J.: The functional damages of ischaemic/reperfused skeletal muscle. Acta Physiol. Hung. 1996. 84: 205-216. 15. Steinau H. U.: Major limb replantation and postischaemia syndrome. Berlin. Springer. 1987. 16. Stricker, S.: Untersuchungen über die Gefasserwurzelnades Ischiadicus. S-B. Kaiserl. Akad. Wiss. Wien, 1876. 3: 173-185. 17. Szolcsányi J.: Antidromic vasodilatation and neurogenic inflammation. Agents and Actions 1988. 23: 4-11. 18. Szolcsányi J., Pintér E., Pethõ G.: Role of unmyelinated afferents in regulation of microcirculation and its chronic distorsion after trauma and damage. In: Janig W., Schmidt R. F. (eds.): Reflex sympathetic dystrophy. VCH. 1992. 245-261. p. Dr. Turchányi Béla Markhot Ferenc Kórház Baleseti Osztálya 3300 Eger, Pf.: 15 8 Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2001. 44. 1.