Glykokalyksi ja nestehoito

Transkriptio

1 Jouni Ahonen TEEMA: ANESTESIOLOGIA Glykokalyksi ja nestehoito Kudosturvotus on tavallinen ongelma leikkaus-, trauma- ja tehohoitopotilaiden hoidossa. Kudosturvotuksen määrä on myös yhteydessä sairastuvuuteen ja kuolleisuuteen. Siten kysymys infuusioliuosten tilavuusvaikutuksesta ja toisaalta läpäisevyyshäiriön estämisestä on edelleen hyvin ajankohtainen. Proteiineista ja hiilihydraateista koostuva glykokalyksi verhoaa kaikkea tervettä verisuonen endoteelia ja on erottamaton osa verisuonen seinämän toimintaa. Jatkuvassa vuorovaikutuksessa plasmaproteiinien ja muiden plasmakomponenttien kanssa glykokalyksi muodostaa endoteliaalisen pintakerroksen, jolla on tärkeä merkitys verisuonen seinämän suojamekanismina, veren hyytymistapahtumassa ja läpäisevyyden säätelyssä. Jo vuonna 1940 Danielli kuvasi endoteelin päällä olevan proteiinikerroksen, mutta toisin kuin modernit menetelmät, tuon ajan fiksaatio- ja värjäystekniikat tuhosivat tämän herkästi haavoittuvan rakenteen. Glykokalyksin tutkiminen käynnistyi 1970-luvulla, mutta varsinaisesti vasta 2000-luvulla on osoitettu rakenteen tärkeä merkitys muun muassa soluadheesion säätelyssä, monien entsyymien ja kasvutekijöiden toiminnassa, veren hyytymistapahtumassa ja verenvirtauksen sekä läpäisevyyden säätelyssä (1, 2). Noin 60 % terveen aikuisen painosta on vettä, josta kaksi kolmasosaa on solunsisäistä ja kolmannes solunulkoista. Ekstrasellulaarisesta vedestä 80 % on soluvälitilassa kudoksissa ja 20 % osana veritilavuutta. Intra- ja ekstrasellulaaritilaa erottavat lipidipitoiset solukalvot estävät käytännössä elektrolyyttien ja proteiinien vapaan liikkumisen kalvojen läpi. Sen sijaan elektrolyytit ja vesi liikkuvat vapaasti glykokalyksin läpi, mutta proteiinit ja kolloidit eivät sitä pääsääntöisesti läpäise (3). Laskimonsisäisen nestehoidon yksi tärkeä tavoite on suojata glykokalyksia ja siten estää läpäisevyyshäiriötä ja kudosturvotusta. Optimaalisen nestehoidon merkitystä korostovat ne hemodynaamiset muutokset, joita aiheuttavat yleisanestesia ja laajat puudutukset (vasodilataatio ja verenpaineen lasku), sydänsairauksiin mahdollisesti liittyvä sydänlihaksen supistushäiriö ja iäkkäämpien potilaiden usein heikentyneet verenkierron kompensaatiomekanismit. Glykokalyksin rakenne Endoteeli itse tuottaa glykokalyksin endoteelisolujen ja virtaavan veren väliin. Glyko proteiinit ja proteoglykaanit muodostavat glykokalyksin rungon. Glykoproteiinien (selektiinit, integriinit ja jotkin immunoglobuliinit) proteiinirunkoon kiinnittyvät hiilihydraattiketjut ovat lyhyitä (2 15 sokeripäätettä) ja haaraisia, kun taas proteoglykaanien hiilihydraattiketjut ovat pitkiä (noin 200 sokeripäätettä) ja haarautumattomia (KUVA 1) (2, 4). Glykoproteiinit toimivat adheesiomolekyyleinä ja osallistuvat muun muassa hyytymistapahtumaan ja fibrinolyysiin. Proteoglykaanien (syndekaanit, glypikaanit) proteiiniytimiin liittyy kovalenttisin sidoksin negatiivisesti varautuneita glykosaminoglykaani (GAG) sivuketjuja. Nämä ovat sulfatoituneita heteropolysakkarideja, joista noin 70 % on heparaanisulfaattia ja 30 % kondroitiini- ja dermataanisulfaattia. Myös pitkäketjuinen, sulfatoitumaton hyaluronihappo on tärkeä osa glykokalyksia, mutta se ei yleensä ole kiinnittynyt ydinproteiiniin vaan CD44- reseptoreihin muodostaen viskoosin liuoksen veden kanssa (2, 4) Duodecim 2015;131:

2 ANESTESIOLOGIA Hajoaminen Syndekaanit CD Glypikaani Glykoproteiini + K +, Na +, Ca ++, L-arginiini K +, Na +, Ca ++, L-arginiini-kanavat mm. albumiini ja polykationiset peptidit Hyaluronihappo Kolesteroli ja glykosfingolipidit Heparaanisulfaatti Kaveoliini-1 Kondroitiinisulfaatti A KUVA 1. Glykokalyksin rakenne. Glykoproteiinien sivuketjut ovat lyhyitä ja haaraisia, proteoglykaanien (syndekaanit, glypikaanit) sulfatoituneet glykosaminoglykaani (GAG) sivuketjut puolestaan pitkiä ja haarautumattomia. Syndekaanien proteiiniydin ulottuu endoteelisolun seinämän kalvorakenteen läpi ja on siten yhteydessä solun sisäiseen viestintään (A). Kaveoliini-1-fosfoproteiinia on solukalvossa alueilla, jossa on runsaasti kolesterolia ja sfingolipidejä, missä se vaikuttaa pienten kalvopoukamien syntyyn. Solun seinämän kalvorakenteen pintaan kiinnittyviä glypikaaneja on erityisesti näillä alueilla. Hyaluronihappo muodostaa hyvin pitkiä sulfatoitumattomia GAG-molekyylejä, jotka kiinnittyvät CD44-reseptoreihin ja kiemurtelevat pitkin glykokalyksin runkoa. Monet plasmaproteiinit ja komponentit ovat vuorovaikutuksessa inaktiivisen glykokalyksirungon kanssa muodostaen aktiivisen endoteliaalisen pintakerroksen. Glykokalyksin vaurioitumisen myötä plasmasta voidaan määrittää sen hajoamistuotteita (10) Proteoglykaanit vaihtelevat ydinproteiinien koon, GAG-sivuketjujen määrän ja endoteeliin kiinnittymisen osalta. Syndekaanit kiinnittyvät endoteelin pintaan siten, että proteiiniydin ulottuu solukalvon läpi ja on yhteydessä solun sisäiseen viestintään. Glypikaanit kiinnittyvät endoteelin pintaan glykosyylifosfatidyyli-inositoli-ankkurilla. Siten aktiivinen C- tai D-fosfolipaasi voi irrottaa koko molekyylin endoteelin pinnalta (KUVA 1). Glykokalyksin negatiivinen nettovaraus riippuu GAG-sivuketjujen sulfaatiosta ja vaikuttaa interaktioon plasmaproteiinien kanssa. Varautunut glykokalyksiverkko toimii makromolekulaarisena seulana ja hylkii negatiivisesti varautuneita molekyylejä, valkosoluja, punasoluja ja trombosyyttejä. Glykokalyksi hylkii 70 kda suurempia makromolekyylejä. Albumiini on kooltaan 67 kda, mutta vaikka se on nettovaraukseltaan negatiivinen, amfoterisen luonteensa vuoksi sen proteiiniketju on osittain positiivisesti varautunut ja se kiinnittyy lujasti glykokalyksiin. Osa albumiinista vuotaa glykokalyksin läpi, kiinnittymisosuus vaihtelee 0,75 0,95 hiussuonen tyypistä riippuen (2, 4). Endoteliaalinen pintakerros (ESL) Itse glykokalyksirunko on inaktiivinen, mutta muun muassa plasmaproteiinien ja lipidien kiinnittyminen runkoon muuttaa sen aktiiviseksi verkoksi endoteelisolujen pinnalle. Glykokalyksia kutsutaan yhdessä siihen kiinnittyneiden plasmakomponenttien kanssa endoteliaaliseksi pintakerrokseksi (endothelial surface layer = ESL). Sen rakenne ja vahvuus vaihtelevat (paksuus kymmenkertaisesti 0,1 mikrometristä yli yhteen mikrometriin), J. Ahonen

3 A Pc πc Endoteelisolu Verisuoniontelo Pis πis Jv/A = Lp [(Pc P is ) σ(π c π is )] Verisuonta ympäröivä kudos B Endoteelisolu Pc πp Endoteliaalinen pintakerros Verisuoniontelo πsg Glykokalyksin ja endoteelisolujen välinen tila Pis Jv/A = Lp [(Pc P is ) σ(π p π sg )] Verisuonta ympäröivä kudos KUVA 2. A) Starlingin periaate. B) Nykykäsitys kapillaarifiltraatiosta. Jv/A = suodattunut tilavuus pinta-alaa kohti, Lp = hydraulinen konduktanssi, Pc = hiussuonen hydrostaattinen paine, Pis = interstitiaalinen hydrostaattinen paine, s = osmoottinen reflektiovakio, pc = kapillaarin onkoottinen paine, pis = interstitiaalinen onkoottinen paine, pp = onkoottinen paine hiussuonessa glykokalyksin sisäpuolella, psg = onkoottinen paine glykokalyksin ja endoteelisolujen pinnan välisessä tilassa (4). ja tämä riippuu vuorovaikutuksesta plasman proteiinien ja lipidien kanssa. Kahta merkkiainetta käyttäen (indosyaniinivihreä plasmatilavuuden ja fluoresointi punasolumassan määrittämiseksi) aikuisen ESL:n kokonaistilavuudeksi on arvioitu noin 730 ml eli 25 % kokonaisplasmatilavuudesta (2, 4, 5). Endoteliaalinen pintakerros vaikuttaa veren virtausominaisuuksiin, osallistuu veren ja verisuonen seinämän vuorovaikutukseen ja säätelee verisuonen läpäisevyyttä. Nesteiden siirtymisen verisuonen seinämän läpi on pitkään uskottu perustuvan pelkästään Starlingin periaatteeseen vuodelta 1896 (6), mutta ESL:n toiminnan ymmärtäminen on muuttanut tätä käsitystä. Starling kuvasi neljä nesteiden homeostaasiin vaikuttavaa voimaa: kudoksen onkoottisen ja verisuonen hydrostaattisen paineen summa ohjaa nesteen siirtymistä suonesta kudokseen ja toisaalta kudoksen hydrostaattisen ja verisuonen onkoottisen paineen summa päinvastaiseen suuntaan (KUVA 2A). Starlingin mallin mukaan nettovoima valtimohiussuonen päässä ohjaa nestettä ulos suonesta ja laskimohiussuonen päässä takaisin suoneen. Starlingin aikakautena ei ollut mahdollista mitata interstitiaalista painetta, eikä hän ollut tietoinen glykokalyksin olemassaolosta saati sen vaikutuksista. Viimeiset 25 vuotta ovat paljastaneet myös muita nesteen siirtymiseen vaikuttavia voimia (KUVA 2B) (3, 4, 7). Nesteen takaisin imeytymistä ei tapahdu laskimopäässä kaikissa kudoksissa, ainoastaan suolessa ja munuaisissa (8). Kudoksen hydrostaattinen ja onkoottinen paine ovat merkittävästi alhaisemmat kuin vastaavat intrakapillaariset paineet. Yli 10 cm sydämen alapuolella sijaitsevissa laskimoissa nettopaine suosii nesteen filtraatiota (4). Takaisin imeytymisen lisäksi lymfakierto on ainoa lisäapu nesteen palauttamiseksi verenkiertoon. Lymfakierto on kuitenkin huo Glykokalyksi ja nestehoito

4 ANESTESIOLOGIA 1940 YDINASIAT 88 Glykokalyksi muodostuu glykoproteiineista, proteoglykaaneista ja niiden sivuketjuista, ja se verhoaa verisuonen endoteelin pintaa. 88 Glykokalyksi sitoo muun muassa plasman proteiineja ja muita plasmakomponentteja, minkä myötä se muuttuu aktiiviseksi endoteliaaliseksi pintakerrokseksi. 88 Pintakerroksella on tärkeä merkitys verisuonen seinämän suojamekanismina, veren hyytymistapahtumassa ja läpäisevyyden säätelyssä. 8 8 Muun muassa iskemia, tulehdus, hyperglykemia, verenvuotosokki ja hypervolemia vaurioittavat endoteelin pintakerrosta. mattavasti vähäisempää kuin Starlingin alkuperäisen yhtälön perusteella laskettu kapillaarifiltraatio. Paradoksin syy on, että Starlingin kaava yli arvioi kapillaarifiltraation määrän; sekä filtraatio että sitä seuraava reabsorptio ovat vähäisempiä kuin aikanaan arvioitiin. Jos albumiinin pitoisuus verisuonen sisällä ja ympäröivässä kudoksessa on sama, onkoottinen gradientti kudoksesta verisuoneen on kuitenkin 70 % siitä, mitä se on, jos kudoksessa ei ole lainkaan albumiinia (9), vaikka Starlingin mukaan mitään paineroa ei pitäisi olla. Onkoottisten voimien onkin osoitettu vaikuttavan vain ESL:n läpi verisuonen sisällä eikä hiussuonen seinämän läpi. Endoteliaalisen pintakerroksen ja endoteelisolujen välissä on alle 100 nm levyinen tila, jossa proteiinipitoisuus on olematon. Näin verisuonen hydrostaattisen voiman vastavoimaksi muodostuu onkoottinen voima virtaavan veren ja ESL:n alle jäävän tilan väliin. Tällöin kudoksen proteiinipitoisuudella ei ole merkitystä, sillä proteiinit eivät käytännössä pääse kudoksesta verisuonen seinämän läpi tähän ESL:n ja endoteelisolujen väliseen tilaan (4, 7) (KUVA 2). Glykokalyksi hylkii punasoluja, mikä on havaittavissa endoteelin myötäisenä punasoluja sisältämättömänä vyöhykkeenä. Tämä vyöhyke ohenee glykokalyksin vaurioituessa. Glykokalyksi vaimentaa trombosyyttien ja leukosyyttien endoteelivaikutuksia: ensinnäkin glykokalyksin negatiivinen varaus hylkii näitä soluja, ja toiseksi adheesiomolekyylit jäävät piiloon sen alle. Endoteliaalinen pintakerros myös aistii verenvirtauksen mekaanisia voimia ja vaimentaa virtauksen pyörteisyyden (shear stress) vaikutuksia endoteelisoluihin. Pyörteisyyden voimistuminen lisää typpioksidin eritystä endoteelisoluista ja hyaluronihapon määrää glykokalyksissa, mikä vaimentaa pyörteisyyden haittoja. Glykokalyksin vaurioituminen heikentää näitä endoteelin puolustusmekanismeja (2, 4, 10). Glykokalyksiin sitoutuu myös entsyymejä, entsyymin estäjiä, kasvutekijöitä, sytokiineja ja kationisia aminohappoja, ja tämä edistää muun muassa solusignaalien välitystä ja entsymaattisia toimintoja (esimerkiksi fibroblastien kasvutekijän toiminta ja lipolyysi). Antitrombiinin toiminta kiihtyy sen kiinnittyessä glykokalyksin sivuketjun heparaanisulfaattiin. Myös esimerkiksi trombomoduliini, TFPI (tissue factor pathway inhibitor) ja hepariini-kofaktori II toimivat hyödyntäen glykokalyksin GAGsivuketjujen rakennetta. Glykokalyksi suojaa endoteelia sitomalla entsyymejä, jotka neutraloivat happiradikaaleja (kuten solunulkoinen superoksididismutaasi). Nämä entsyymit vähentävät oksidatiivista rasitusta ja säilyttävät typpioksidin toiminnan estäen endoteelin toimintahäiriötä (2, 4, 11). ESL:n vaurioituminen Endoteliaalinen pintakerros vaurioituu hyvin herkästi, mikä johtaa hiussuonivuotoon, turvotukseen, tulehduksen kiihtymiseen, trombosyyttien aggregaatioon ja hyytymisjärjestelmän aktivoitumiseen (KUVA 3). Iskemia hajottaa glykokalyksia, ja vaurio pahenee reperfuusion myötä. Verenvirtauksen pysähtyminen 20 minuutiksi 37 asteen lämpötilassa ja sen jälkeinen reperfuusio tuhoavat glykokalyksin lähes täysin (12). Elektronimikroskopia paljastaa endoteelinukan häviämisen, GAG-sivuketjujen vapautumisen, transudaatin määrän ja kolloidien vuodon lisääntymisen (13). J. Ahonen

5 Punasolut A Plasman proteiinit Endoteelisolu Terve glykokalyksi Tasapaino B Endoteelisolu KUVA 3. Normaali ja vaurioitunut glykokalyksi. Glykokalyksi on muun muassa normaalin läpäisevyyden säätelyn edellytys. Hypervolemia, verenvuotosokki, iskemia, tulehdus ja hyperglykemia vaurioittavat glykokalyksia, mikä johtaa muun muassa proteiinivuotoon, turvotukseen, tulehduksen kiihtymiseen, trombosyyttien aggregaatioon ja hyytymisjärjestelmän aktivoitumiseen. Vahingoittunut glykokalyksi Vuoto Endoteelisolu Endoteelin toimintahäiriö on ensimmäisiä systeemisessä inflammaatiossa havaittavia muutoksia. TNF-alfa ja bakteerien lipo polysakkaridit hajottavat glykokalyksia. Myös syöttösolut aktivoituvat ja erittävät useita sytokiineja ja entsyymejä, jotka edelleen tuhoavat glykokalyksia. Glykokalyksin vaurioituminen paljastaa adheesiomolekyylejä, mikä kiihdyttää inflammaatiota ja sekä leukosyyttien että trombosyyttein adheesiota (4). Sepsis-potilailla ESL:n hajoamistuotteiden määrä korreloi lisääntyneeseen kuolleisuuteen (14). Sydämen eteisten venyminen lisää eteispeptidin (atrial natriuretic peptide = ANP) eritystä. Plasmatilavuus pienenee sen vuoksi, että suolan ja veden eritys munuaisissa lisääntyy, mutta myös siksi, että verisuonten läpäisevyys häiriintyy ja nestevuoto kudoksiin kasvaa. Eteispeptidi hajottaa sepelvaltimoiden glykokalyksia, ja syndekaaniydinproteiinien hajoamistuotteiden pitoisuus verenkierrossa kasvaa nopeasti (15). Eteispeptidin vapautuminen myötävaikuttaa siihen, että käytettäessä akuuttia hypervoleemista hemodiluutiota toimenpidettä edeltävänä verensäästökeinona, huomattava osa annetusta nestetilavuudesta vuotaa kudoksiin muutamassa minuutissa (5, 16). Myös sydämen manipulaatio lisää eteispeptidin eritystä: ESL:n hajoamistuotteiden plasmapitoisuus suurentuu leikkauksissa, joissa käytetään sydän-keuhkokonetta, mutta myös sydänleikkauksissa, jotka tehdään sydämen käydessä ja pumpatessa (11). Hyperglykemia hajottaa glykokalyksia. Tyypin 1 diabeetikoilla glykokalyksin paksuus on puolet terveiden verrokkien vastaavasta vahvuudesta ja vielä ohuempi diabeetikoilla, joilla on havaittu mikroalbuminuria. Syy lienee happiradikaalien ja glykokalyksia hajottavien entsyymien aktivoituminen. Glykokalyksilla saattaa olla osuutta myös atero geneesissa; runsaasti rasvaa ja kolesterolia sisältävä dieetti ohentaa glykokalyksia (4, 17). Terve glykokalyksi on munuaisten toiminnan edellytys. Vain 0,06 % albumiinista filtroituu, vaikka glomerulusaukot ovat huomattavasti laajempia kuin albumiinimolekyyli. ESL:n vaurioituminen lisää albumiinin läpäisevyyttä glomerulushiussuonissa (4, 18) Glykokalyksi ja nestehoito

6 ANESTESIOLOGIA A B KUVA 4. Endoteelivaurio sydämensiirtomallissa. Kudosleike marsun sydämestä, joka on suojattu ennen kylmä iskemiaa Bretschneiderin liuoksella (A) tai Bretschneiderin liuoksella, johon on lisätty 1 % albumiinia (B). VL = verisuonen lumen, E = kudosturvotusta, EG = endoteliaalinen glykokalyksi (21) ESL-vaurion estäminen ja korjaaminen Eläintutkimuksissa monet antioksidantit estävät glykokalyksin vaurioitumista ja toisaalta palauttavat vaurioituneen glykokalyksin tilavuuden. Vaikka eläinkokeissa suprafysiologisten hyaluroni- ja kondroitiinisulfaattiannosten on osoitettu osittain korjaavan vaurioitunutta glykokalyksia, kaupallisia tuotteita ei vielä ole käytössä. Kortiskosteroidit vähentävät tulehdusvauriota estämällä sytokiini- ja kemokiinituotantoa, tulehdussolujen migraatiota ja syöttösolujen degranulaatiota. Kortikosteroidien ei kuitenkaan ole osoitettu hyödyttävän sydänleikkauspotilaita, eikä niiden käyttö sepsiksessä ole kiistatonta. Tosin kortikosteroidien vaikutuksesta sepsispotilaiden glykokalyksiin ei ole julkaistu tutkimuksia (4). Leikkauksenaikaisella nesteytyksellä on voimakas vaikutus glykokalyksin eheyteen. Hypervolemia lisää eteispeptidin eritystä ja vaurioittaa glykokalyksia. Glykokalyksin toiminta edellyttää vuorovaikutusta plasmaproteiinien ja erityisesti albumiinin kanssa (3, 4). Albumiinipitoisuuden lasku ohentaa glykokalyksia ja lisää nesteiden ekstravasaatiota. Eläinkokeissa albumiini vähentää ekstravasaatiota hydroksietyylitärkkelys- eli HES-liuokseen verrattuna (19). Toisaalta pienetkin albumiinipitoisuudet auttavat glykokalyksin toiminnan säilyttämisessä (20). Tutkittaessa sydämensiirtoa koe-eläinmallissa (neljän tunnin iskemia neljän asteen lämpötilassa), albumiini esti jo 1 %:n pitoisuudella sydäntä suojaavassa liuoksessa glykokalyksin vaurioitumista ja vähensi kudosturvotusta sekä leukosyyttien tarttuvuutta sepelvaltimoiden endoteeliin (KUVA 4). Sydämen vasemman puolen pumppauskyky oli ryhmien välillä sama, mutta oikean puolen minuuttitilavuus albumiiniryhmässä oli kaksinkertainen verrokkeihin nähden (21). Albumiini myös laajentaa sepelvaltimoita mahdollisesti sen vuoksi, että endoteelin typpioksidivaste säilyy parempana. HES-liuoksilla tätä ilmiötä ei ole havaittu (4). ESL ja nestehoito Leikkauksenaikaisessa nestehoidossa ongelma ei ole ainoastaan infusoitavan nesteen laatu (TAULUKKO) vaan myös oikea määrä. Hypovolemian aiheuttama elinten hypoperfuusio yleistyneen inflammaation vaaratekijänä on tunnettu jo vuosikymmeniä. Hypervolemian seurauksena syntynyt nestekuormitus esimerkiksi J. Ahonen

7 TAULUKKO. Tavanomaisten infuusioliuosten sisältö. NaCl 0,9 % Ringerin asetaatti* Ringer* HES 130/0,4 HES 130/0,4* Gelatiini Albumiini 4 5 % Albumiini 20 % Na + (mmol) Cl (mmol) K + (mmol) Ca ++ (mmol) 2 2,5 2,5 Mg ++ (mmol) Asetaatti (mmol) Malaatti (mmol) 5 5 ph 4,5 7,0 5,0 6,0 5,1 5,9 4,0 5,5 5,6 6,4 7,4 Osmolaliteetti (mosm) HES (g) Liivate (g) 40 Albumiini (g) Sisältö ml:aa kohti, *ns. balansoituja liuoksia, HES = hydroksietyylitärkkelys anastomoosin pettämisen, leikkauksen jälkeisen ileuksen, keuhkopöhön ja haava infektion vaaratekijänä on myöhempi havainto. Kolloidit. Veritilavuustutkimukset ovat osoittaneet, että kolloidiliuosten lähes sataprosenttinen volyymivaikutus toteutuu vain normovoleemisilla potilailla eli akuutissa normovoleemisessa diluutiossa, jolloin poistettu tai vuotanut veritilavuus korvataan samalla määrällä kolloidia. Sen sijaan hypervolemiassa eli kuormitettaessa normovoleemista potilasta kolloideilla (6 %:n HES- tai 5 %:n albumiiniliuos) noin 60 % annetusta liuoksesta on 30 minuutin kuluttua kudosvälitilassa ja aiheuttaa kudosturvotusta ja volyymivaikutus on siten vain noin 40 %. Vastaavasti noin 60 % HEStai albumiinimolekyyleista on tällöin havaittavissa suonen ulkoisesti (5). Sydämen, verenkiertoelimistön ja keuhkojen toiminnan osalta terveillä leikkauspotilailla tehty tutkimus osoitti, että annettaessa kuusiprosenttista HES-liuosta 20 ml/kg nestetäyttöön liittyvä hypervolemia lähes kaksinkertaisti eteispeptidin plasmapitoisuuden ja samalla seerumin syndekaani-1- ja hyaluronihappopitoisuudet suurenivat 80 % merkkinä glykokalyksin vau rioi tu misesta. Vastaavia muutoksia ei voitu havaita, jos sama nestetäyttö tehtiin siten, että potilas pysyi normovoleemisena (16). European Medicines Agency linjasi, ja komissio päätti joulukuussa 2013, että munuaisvaurion vaaran vuoksi HES-liuoksia ei saa enää käyttää sepsis-, palovamma- tai tehohoito potilailla eikä merkittävässä vuotohäiriössä (22). Muissakin potilasryhmissä pitää olla varovainen, käyttää pienintä mahdollista annosta ja seurata munuaistoimintaa 90 vuorokautta infuusion jälkeen. Toisaalta myös gelatiiniliuoksiin liittyy ongelmia ja samankaltainen munuaisvaurion vaara (TAULUKKO). Balansoitujen liuosten hyödyt liittyvät asidoosin välttämiseen (verenkierrossa asetaatti metaboloituu nopeasti bikarbonaatiksi), mutta alustavien tulosten mukaan tällä ei ole suoraa yhteyttä glykokalyksin rakenteen säilymiseen. Fysiologisen ph:n ylläpito näyttäisi kuitenkin suojaavan glykokalyksin toimintaa ja siten muun muassa sydänlihaksen supistuvuutta (23). Gelatiini muodostuu proteiineista, ja teoriassa sen negatiivinen varaus voisi suosia vuorovaikutusta glykokalyksin kanssa. Toisaalta gelatiiniliuoksia käytettäessä prionikontaminaatio ei ole täysin poissuljettu, ja käyttöön liittyy merkittävä anafylaksian vaara ja HES-liuosten kaltainen munuaisvaurion vaara (23). Sallituissa indikaatioissa HES-liuokset ovat Euroopassa edelleen käytössä joissakin sairaaloissa, mutta muun muassa HUS ATeK päät Glykokalyksi ja nestehoito

8 ANESTESIOLOGIA 1944 ti jo syksyllä 2013 kokonaan luopua niiden käytöstä. HES- tai gelatiiniliuosten yhteisvaikutuksista glykokalyksin kanssa tiedetään vielä vähän, mutta koe-eläintöissä ne näyttäisivät säilyttävän glykokalyksin toiminnan selvästi paremmin kuin kristalloidit liuokset (23). HES- ja gelatiiniliuosten aiheuttama mu nuais vaurio ei ehkä liitykään vuorovaikutukseen glykokalyksin kanssa vaan pikemminkin suoraan vaikutukseen proksimaalisiin tubulus soluihin (24). Ringerin liuos. Tutkittaessa Ringerin liuoksen tilavuusvaikutusta akuutissa normovoleemisessa diluutiossa gynekologisilla leikkauspotilailla plasmatilavuus määritettiin käyttäen merkkiaineena indosyaniinivihreää ja punasolutilavuus käyttäen natriumfluoresoituja autologisia punasoluja, mikä mahdollisti myös ESL:n tilavuuden määrittämisen (25). Jos korvaus Ringerin liuoksella kuitenkin aiheutti plasmatilavuuden pienenemisen, puolet tästä menetyksestä korvattiin hyperonkoottisella 20-prosenttisella albumiiniliuoksella. Hemodiluutio toteutettiin siten, että poistettiin keskimäärin yksi litra verta ja korvattiin menetys keskimäärin 3,4 litralla Ringerin liuosta. Korvauksesta huolimatta seurauksena oli lähes puolen litran verivolyymin hukka. Jo puolessa tunnissa yli 80 % annetusta nestemäärästä oli kadonnut kudoksiin, ja Ringerin volyymivaikutus oli siten vain 17 %. Kun puolet syntyneestä verivolyymin menetyksestä korvattiin 20-prosenttisella albumiinilla, veritilavuus palautui käytännössä ennalleen ja siten hyperonkoottisen albumiinin tilavuusvaikutus oli noin 180 %. Hemodiluutio aiheutti merkittävän ESL:n vaurioitumisen siten, että noin kaksikolmasosaa sen tilavuudesta tuhoutui. Hyperonkoottinen albumiini kykeni osittain palauttamaan kudoksiin menetettyä vettä mutta ei korjaamaan jo syntynyttä ESL:n vauriota. Tutkimusasetelmassa yhden litran veritilavuuden menetyksen korvaaminen 3,4 litralla Ringerin liuosta aiheutti kudosturvotuksen, jonka määrä oli yli kaksi litraa vettä (25). Muutoksen vaikutus muun muassa hiussuonikiertoon ja kudosten happeutumiseen kestää pitempään, sillä terveillä vapaaehtoisilla tehty tutkimus osoitti, että näin suuren nestekuorman purkamiseen munuaiset tarvitsevat yli kaksi vuorokautta (26). Verenvuotosokki. Rotilla verenvuotosokki vaurioittaa glykokalyksia, joka on osittain korjattavissa plasmalla korvaushoidossa mutta ei Ringerin liuoksella. Lisäksi keuhkoleikkeissä alveolisolujen pinnalla syndekaani-1-pitoisuus säilyy suurempana käytettäessä plasmaa verrattuna Ringeriin (27). Sama tutkijaryhmä osoitti, että myös hiirillä verenvuotosokissa jääplasman käyttö estää verisuonten hyperpermeabiliteettia, vähentää tulehdusta ja korjaa syndenkaani-1-pitoisuutta keuhkoissa (28). Pienessä traumapotilailla tehdyssä pilottitutkimuksessa osoitettiin, että verenvuotosokissa syndekaani-1-plasmapitoisuudet suurenenvat merkittävästi. Pitoisuudet alkavat korjautua käytettäessä jääplasmaa ja korjautuvat alhaisemmiksi niillä, jotka selviytyvät (29). Myös toisessa traumapotilailla tehdyssä pilottitutkimuksessa plasman suuri syndekaani- 1-pitoisuus korreloi tulehdusta kuvaavien merkkiaineiden pitoisuuteen, hyytymis häiriöön ja suurentuneeseen kuolleisuuteen (30). Vasoaktiiviset lääkkeet. Vasokonstriktoriboluksia on jo pitkään käytetty verenvuodon akuutissa hypovoleemisessa vaiheessa kor vaushoidon tukena keskeisten elinten kriittisen perfuusiopaineen ylläpitämiseksi. Vasokonstriktori-infuusioita on vältetty, koska niiden käyttö saattaa vaarantaa hypovolemian asianmukaisen hoidon. Toisaalta lyhytaikainen infuusion käyttö saattaisi johtaa tasaisempaan hemodynamiikkaan ja siten ehkä parempaan lopputulokseen, mutta tällöin on aivan erityisesti huolehdittava hypovolemian asteen arvioinnista ja korvaushoidosta (muun muassa invasiivisen valtimopainekäyrän perustason ja amplitudin vaihtelu, perifeerinen tai sentraalinen laskimotäyttö, diureesi ja verikaasuanalyysi). Laboratoriotutkimuksissa noradrenaliinin on osoitettu annoksesta riippuen vaurioittavan endoteelin toimintaa (31), ja sepsispotilailla plasman noradrenaliinipitoisuuksien on osoitettu korreloivan kuolleisuuteen (32). Traumapotilailla katekolivasteen arvellaan vaurioittavan endoteelia ja vaikuttavan koagulopatian syntyyn (33). Toisaalta pieniannoksista adrenaliini-infuusiota on tutkittu veren- J. Ahonen

9 vuodon vähentämiseksi lonkkaleikkauksissa, mutta vaikutuksia glykokalyksiin ei tutkittu (34). Joitakin alustavia tuloksia on julkaistu endogeenisten vasodilatoivien aineiden vaikutuksista glykokalyksin toimintaan (35), mutta mitään muuta vinkkiä vasoaktiivisten lääkkeiden mahdollista vaikutuksista glykokalyksin rakenteeseen tai ESL:n toimintaan ei vielä löydy. Yhä sairaampien leikkauspotilaiden määrän lisääntyessä myös anestesian aikainen vasokonstriktori-infuusioiden käyttö on merkitsevästi lisääntynyt viime vuosina. Suuntaus on mielekäs ja mahdollisesti hyödyllinen myös terveempien potilaiden leikkauksissa, sillä anestesian aiheuttaman vasodilataation korjaaminen verisuonia supistavilla lääkkeillä muun muassa sydämen esitäytön ja siten minuuttitilavuuden turvaamiseksi on todennäköisesti ennusteellisesti parempi vaihtoehto kuin runsas nestetäyttö (36). Lopuksi Infuusioliuokset ovat kuin lääkkeitä, joilla on käyttöaiheet, vasta-aiheet ja haittavaikutuksia. Niiden valintaa ja turvallista käyttöä on aina pohdittava tilannekohtaisesti ja muistettava, että kristalloidit ja kolloidit ovat kaksi eri valmisteryhmää, joilla on erilainen farmakokinetiikka ja jakautumistilavuus. Glykokalyksivaurion osittainen korjautuminen voi tapahtua melko nopeasti, mutta täydellinen paraneminen kestää 5 7 päivää, minkä vuoksi vaurion estäminen on ensisijaisen tärkeää. Jo nykytiedon valossa on selvää, että nestehoidossa hypervolemiaa on vältettävä. Pelkän Ringerin liuoksen volyymivaikutus on hämmästyttävän vähäinen, vaikka mitään läpäisevyyshäiriötä ei olisikaan. Endoteliaalisen pintakerroksen merkityksessä on vielä paljon tutkittavaa. Jos ESL on ehjä, myös synteettisten kolloidien käyttö saattaisi olla perusteltavissa, joten tutkimus silläkin alueella jatkunee. Vaikka albumiinin käyttö on jo moneen kertaan nuijittu maan rakoon, se saattaa vielä - ainakin kerran - nostaa päätään akuutin verenvuodon aiheuttaman hypovolemian hoidossa. Toisaalta osa salaisuutta voi piillä siinä, että albumiini korvausliuoksessa ei ehkä yksin riitä ESL:n suojaamiseksi, vaan lisäksi saatetaan tarvita muita plasmakomponentteja. Luonnollisesti myös muiden menetelmien tutkiminen ESL-vaurion estämiseksi ja korjaamiseksi jatkuu. JOUNI AHONEN, dosentti, erikoislääkäri Anestesiologian, tehohoidon ja kivunhoidon klinikka Helsingin yliopisto ja HYKS Kätilöopiston sairaala SIDONNAISUUDET Luentopalkkio (Leo Pharma, Sanquin ja CSL Behring) Summary Glycocalyx and fluid therapy Glycocalyx consisting of proteins and carbohydrates is lining the complete healthy vascular endothelium. Being in continuous interaction with plasma proteins and other plasma components, the glycocalyx forms an endothelial surface layer playing an important role as protective mechanism of the vascular wall, in blood coagulation and regulation of permeability. Tissue swelling is a common problem in the treatment of surgical, trauma and intensive care patients. The extent of tissue swelling is also connected with morbidity and mortality. The question about the volume effect of infusion solutions and, on the other hand, prevention of permeability disturbance still remains highly actual Glykokalyksi ja nestehoito

10 ANESTESIOLOGIA KIRJALLISUUTTA 1. Danielli JF. Capillary permeability and oedema in the perfused frog. J Physiol 1940;98: Pries AR, Secomb TW, Gaehtgens P. The endothelial surface layer. Pflügers Arch 2000; Chappell D, Jacob M. Role of the glycocalyx in fluid management: small things matter. Best Pract Res Clin Anaesthesiol 2014;28: Alphonsus CS, Rodseth RN. The endothelial glycocalyx: a review of the vascular barrier. Anaesthesia 2014;69: Rehm M, Haller M, Orth V, ym. Changes in blood volume and hematocrit during acute preoperative volume loading with 5% albumin or 6% hetastarch solutions in patients before radical hysterectomy. Anesthesiology 2001;95: Starling EH. On the absorption of fluids from the connective tissue spaces. J Physiol 1896;19: Woodcock TE, Woodcock TM. Revised Starling equation and the glycocalyx model of transvascular fluid exchange: an improved paradigm for prescribing intravenous fluid therapy. Br J Anaesth 2012;108: Levick JR. Capillary filtration-absorption balance reconsidered in light of dynamic extravascular factors. Exp Physiol 1991;76: Adamson RH, Lenz JF, Zhang X, Adamson GN, Weinbaum S, Curry FE. Oncotic pressures opposing filtration across nonfenestrated rat microvessels. J Physiol 2004;557: Tarbell JM, Pahakis MY. Mechanotransduction and the glycocalyx. J Intern Med 2006;259: Becker BF, Chappell D, Jacob M. Endothelial glycocalyx and coronary vascular permeability: the fringe benefit. Basic Res Cardiol 2010;105: Chappell D, Jacob M, Hofmann-Kiefer K, ym. Antithrombin reduces shedding of the endothelial glycocalyx following ischaemia/reperfusion. Cardiovasc Res 2009; 83: Chappell D, Jacob M, Hofmann-Kiefer K, ym. Hydrocortisone preserves the vascular barrier by protecting the endothelial glycocalyx. Anesthesiology 2007;107: Nelson A, Berkestedt I, Schmidtchen A, Ljunggren L, Bodelsson M. Increased levels of glycosaminoglycans during septic shock: relation to mortality and the antibacterial actions of plasma. Shock 2008; 30: Bruegger D, Jacob M, Rehm M, ym. Atrial natriuretic peptide induces shedding of endothelial glycocalyx in coronary vascular bed of guinea pig hearts. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2005;289:H Chappell D, Bruegger D, Potzel J, ym. Hypervolemia increases release of atrial natriuretic peptide and shedding of the endothelial glycocalyx. Crit Care 2014;18: Nieuwdorp M, Mooij HL, Kroon J, ym. Endothelial glycocalyx damage coincides with microalbuminuria in type 1 diabetes. Diabetes 2006;55: Obeidat M, Obeidat M, Ballermann BJ. Glomerular endothelium: a porous sieve and formidable barrier. Exp Cell Res 2012; 318: Jacob M, Bruegger D, Rehm M, Welsch U, Conzen P, Becker BF. Contrasting effects of colloid and crystalloid resuscitation fluids on cardiac vascular permeability. Anesthesiology 2006;104: Stevens AP, Hlady V, Dull RO. Fluorescence correlation spectroscopy can probe albumin dynamics inside lung endothelial glycocalyx. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2007;293:L Jacob M, Paul O, Mehringer L, ym. Albumin augmentation improves condition of guinea pig hearts after 4 hr of cold ischemia. Transplantation 2009;87: Hydroxyethyl-starch solutions (HES) no longer to be used in patients with sepsis or burn injuries or in critically ill patients. European Medicines Agency document_library/referrals_document/ Solutions_for_infusion_containing_hydroxyethyl_starch/European_Commission_final_decision/WC pdf. 23. Zausig YA, Chappell D, Becker BF, ym. The impact of crystalloidal and colloidal infusion preparations on coronary vascular integrity, interstitial oedema and cardiac performance in isolated hearts. Crit Care 2013;17:R Bruno RR, Neuhaus W, Roewer N, Wunder C, Schick MA. Molecular size and origin do not influence the harmful side effects of hydroxyethyl starch on human proximal tubule cells (HK-2) in vitro. Anesth Analg 2014;119: Jacob M, Chappell D, Hofmann- Kiefer K, ym. The intravascular volume effect of Ringer s lactate is below 20%: a prospective study in humans. Crit Care 2012;16:R Drummer C, Heer M, Baisch F, ym. Diuresis and natriuresis following isotonic saline infusion in healthy young volunteers before, during, and after HDT. Acta Physiol Scand Suppl 1992;604: Kozar RA, Peng Z, Zhang R, ym. Plasma restoration of endothelial glycocalyx in a rodent model of hemorrhagic shock. Anesth Analg 2011;112: Peng Z, Pati S, Potter D, ym. Fresh frozen plasma lessens pulmonary endothelial inflammation and hyperpermeability after hemorrhagic shock and is associated with loss of syndecan 1. Shock 2013;40: Haywood-Watson RJ, Holcomb JB, Gonzales EA, ym. Modulation of syndecan-1 shedding after hemorrhagic shock and resuscitation. PLoS One 2011;6: e Johansson PI, Stensballe J, Rasmussen LS, Ostrowski SR. A high admission syndecan-1 level, a marker of endothelial glycocalyx degradation, is associated with inflammation, protein C depletion, fibrinolysis, and increased mortality in trauma patients. Ann Surg 2011;254: Kristová V, Kriska M, Canová R, Hejdová E, Kobzová D, Dobrocký P. Endothelial changes following repeated effect of vasoconstrictive substances in vitro. Acta Physiol Hung 1993;81: Ostrowski SR, Gaïni S, Pedersen C, Johansson PI. Sympathoadrenal activation and endothelial damage in patients with varying degrees of acute infectious disease: an observational study. J Crit Care 2015;30: Johansson PI, Ostrowski SR. Acute coagulopathy of trauma: balancing progressive catecholamine induced endothelial activation and damage by fluid phase anticoagulation. Med Hypotheses 2010;75: Jans O, Grevstad U, Mandoe H, ym. The effect of intraoperative low dose epinephrine infusion on bleeding during total hip arthroplasty a double-blinded placebocontrolled randomized trial. Trans Med 2015;25(Suppl 1):P Van Teeffelen JW, Brands J, Vink H. Agonist-induced impairment of glycocalyx exclusion properties: contribution to coronary effects of adenosine. Cardiovasc Res 2010;87: Wolff CB, Green DW. Clarification of the circulatory patho-physiology of anaesthesia implications for high-risk surgical patients. Int J Surg 2014;12: J. Ahonen