Ocena wpływu rodzaju znieczulenia na rozwój okołooperacyjnej odpowiedzi stresowej na podstawie interakcji między sytemem immunologicznym i neuroendokrynnym*

In order to assess the possible involvement and significance of cytokines in mechanisms responsible for perioperative response, we measured pre- and postoperative concentrations of plasma IL-6, cortisol and glutamine in eighteen paients randomly divided to receive routine general anaesthesia (A) or general anaesthesia with epidural block (B) for elective cystectomy. Cortisol and glutamine concentrations increased significantly in both groups, less in the group B, reaching maximal values eight hours after surgery. IL-6 concentration increased almost 40-fold (from 4.4 ± 4.6 to 217 ± 97 pg ml ^-1 in the group A and from 6.5 ± 5.8 to 194.8 ± 107.9 pg ml ^-1 in the group B) at eight hours after surgery, than decreased rapidly over two days, faster in the group B, not reaching preoperative values.
Presented results showed that general-epidural anaesthesia suppressed stress and immune responses more effectively than general anaesthesia alone.

Celem badania była ocena możliwego udziału i znaczenia cytokin w rozwoju hormonalno-metaboliczno-immunologicznej odpowiedzi na uraz operacyjny. Badaniem objęto 18 chorych obu płci, u których wykonano wycięcie pęcherza z wytworzeniem odpływu moczu. U 9 chorych przeprowadzono znieczulenie ogólne, u pozostałych znieczulenie ogólne skojarzone z blokadą zewnątrzoponową. W określonych przedziałach czasowych przed i po operacji oznaczano w surowicy krwi stężenie IL-6, kortyzolu i glutaminy.
Stwierdzono, że rozległa i długotrwała operacja wpływa istotnie na funkcję układu immunologicznego i endokrynnego przez zmiany stężeń IL-6, kortyzolu i glutaminy. Zastosowanie blokady neurogennej (ZOP) skojarzonej ze znieczuleniem ogólnym podczas operacji powoduje szybszy spadek stężenia IL-6, co może świadczyć o zmniejszeniu natężenia stresu operacyjnego i skrócenie czasu jego trwania.

Zabieg chirurgiczny wywołuje szereg różnorodnych zmian ogólnoustrojowych obejmujących podwyższoną termogenezę, hiperglikemię, znaczne straty białka mięśniowego, zwiększoną syntezę białek ostrej fazy oraz zwiększoną leukocytozę [1]. Chociaż wśród przyczyn tych reakcji stresowych naczelną rolę przypisuje się aktywacji łuku podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowego (HPA) z następową stymulacją wydzielania glukokortykoidów, to jednak mechanizmy inicjujące, regulujące i podtrzymujące tę odpowiedź nie zostały dotychczas wszystkie zidentyfikowane.

Mimo że aferentny bodziec neurogenny zarówno somatyczny, jak i autonomiczny, pochodzący z pola operacyjnego, jest ważny w rozwoju odpowiedzi ze strony łuku HPA, to uważa się, że pewne czynniki humoralne, takie jak cytokiny, mogłyby uczestniczyć w stymulacji sekrecji kortyzolu w pewnych typach operacji. Co więcej, stwierdzono ostatnio, że za podtrzymanie aktywacji łuku HPA po operacji w górnej części brzucha odpowiedzialny jest zupełnie inny mechanizm niż podczas samej operacji, po której wcale nie ciągła aktywacja podwzgórzowo-przysadkowa, ale zwiększona nadnerczowa reaktywność na ACTH odpowiedzialna jest za utrzymanie podwyższonego stężenia kortyzolu [2, 3].

Ostatnio zainteresowanie koncentruje się na interakcjach pomiędzy systemem immunologicznym a neuroendokrynnym. W tych interakcjach cytokiny – wiele klas mediatorów polipeptydowych produkowanych przez komórki immunologiczne, a uwalnianych z tkanek uszkodzonych przez manipulacje chirurgiczne – odgrywają ważną rolę jako sygnały aferentne dla systemu neuroendokrynnego. Uważa się, że wiele cytokin, szczególnie interleukina 6 (IL-6), interleukina 1 (IL-1), tumor necrosis factor (TNF) aktywuje łuk HPA, działając nie tylko na poziomie ośrodkowego układu nerwowego (OUN) [4, 5].

Główną cytokiną syntetyzowaną po zabiegu chirurgicznym jest IL-6, której stężenie wzrasta proporcjonalnie do natężenia stresu chirurgicznego [1, 2]. Dane z badań in vitro i na zwierzętach wskazują, że cytokiny, w tym IL-6, mogą stymulować sekrecję hormonów przysadki [1, 4, 5, 6 7, 8]. Odkrycie to zostało zinterpretowane jako dowód na istnienie ważnego powiązania między mediatorami zapalnymi a kontrolą endokrynną. Aby opisać ten związek, stworzono termin „immunologia endokrynna”. Dotychczas istnieje niewiele danych klinicznych potwierdzających ten związek, a patofizjologiczne znaczenie cytokin w warunkach stresu okołooperacyjnego jest nadal niejasne [3].

Celem tego badania jest określenie, czy IL-6 uczestniczy we wczesnych hormonalnych zmianach przysadkowych i czy może mieć wpływ na odpowiedź immunologiczną wyrażoną zmianami osoczowego stężenia glutaminy po rozległych i długotrwałych operacjach. Wykazano bowiem, że obniżenie stężenia glutaminy poniżej normy obniża tempo proliferacji limfocytów i może przyczyniać się do rozwoju immunosupresji po dużych zabiegach chirurgicznych [8, 9].

Na przeprowadzenie badań uzyskano pozwolenie Komisji Bioetycznej przy Akademii Medycznej w Bydgoszczy.

Ocenie poddano 18 chorych, 12 mężczyzn i 6 kobiet, w wieku 37-74 lat, diagnozowanych i leczonych w Katedrze i Klinice Urologii AM w Bydgoszczy. Z badania wykluczono chorych z ryzykiem znieczulenia powyżej ASA IIo, z zaburzeniami metabolicznymi i endokrynologicznymi. U wszystkich pacjentów wykonano wycięcie pęcherza moczowego z odprowadzeniem moczu. U 17 z nich wskazaniem do operacji był naciekający rak pęcherza moczowego, a u 1 chorego marskość pęcherza w przebiegu zapalenia śródmiąższowego. Operacja u chorych z rakiem polegała na: wycięciu u mężczyzn pęcherza i stercza, a u kobiet pęcherza, macicy z przydatkami i przedniej ściany pochwy. U 11 chorych wykonano nadpęcherzowe odprowadzenie moczu sposobem Brickera (ureteroileocutaneostomia), a u 7 ortotopowe odprowadzenie moczu z wytworzeniem zastępczego pęcherza jelitowego. U jednego chorego wykonano częściowe wycięcie pęcherza moczowego z jego powiększeniem przy użyciu izolowanej pętli jelita cienkiego (cystectomia partialis, cystoileoplastyka).

Wszyscy chorzy przebywali od 14 do 50 dni po operacji w sali intensywnego nadzoru pooperacyjnego.

Badanych chorych podzielono w sposób losowy naprzemiennie na 2 grupy w zależności od postępowania okołooperacyjnego:

Grupę I (porównawczą – „O”) stanowiło 9 chorych, których znieczulano ogólnie. Chorzy ci w okresie pooperacyjnym otrzymywali przeciwbólowo tramal (Tramadol, Polfa) w ciągłym wlewie dożylnym w dawce maksymalnej 400 mg/dobę przez 48 godzin po operacji.

Grupę II („O + P”) stanowiło 9 chorych, u których zastosowano znieczulenie skojarzone (ogólne + zewnątrzoponowe). Chorzy ci otrzymywali w okresie pooperacyjnym 0,25 % bupiwakainę do przestrzeni zewnatrzoponowej we wlewie ciągłym w dawce 4-6 ml h ^-1, również przez 48 godzin po operacji.

Zakwalifikowanych do badania chorych premedykowano doustnie midazolamem w dawkach zależnych od masy ciała 1,5 godziny przed operacją. Po przybyciu do sali operacyjnej zakładano choremu dwie kaniule do żył obwodowych i kaniulę do tętnicy promieniowej. Chorym w grupie II zakładano w sposób typowy cewnik do przestrzeni zewnątrzoponowej na poziomie L1-L2. Przez cewnik podawano 0,5 % bupiwakainę w dawce obliczonej wg normogramu Bromage´a (od 20 do 30 ml, średnio 26,7 ml) tak, aby zablokować segmenty Th4-S5 kręgosłupa. Rozległość blokady ZOP oceniano badając czucie kłucia igłą, w razie potrzeby podając dodatkową dawkę środka analgetycznego.

We wprowadzeniu do anestezji u wszystkich chorych stosowano fentanyl, tiopental oraz atrakurium w dawkach ogólnie przyjętych. Po intubacji stosowano wentylację płuc mieszaniną N2O i O2 w stosunku 2: 1 za pomocą aparatu Excel 210 (Ohmeda, USA), utrzymując normokapnię kontrolowaną kapnografem firmy Novametrix. Znieczulenie ogólne podtrzymywano frakcjonowanymi dawkami fentanylu i atrakurium. Po zakończeniu operacji, po uzyskaniu pełnej wydolności oddechowej chorych ekstubowano i przekazywano do kliniki urologii, gdzie obserwowano ich i badano przez kolejne 48 godzin.

Badanie stężenia glutaminy, kortyzolu i IL-6 wykonywano w następujących przedziałach czasowych: A) przed operacją, B) bezpośrednio po operacji, C) 8 godzin po operacji, D) w pierwszej dobie po operacji, E) w drugiej dobie po operacji.

Do probówek analitycznych pobierano krew, którą odwirowywano i zamrażano w temp. -20oC. Stężenie glutaminy w surowicy krwi oznaczano metodą HPLC/DAD. Oznaczenia stężenia kortyzolu w surowicy wykonywano metodą immunoenzymatyczną z użyciem zestawu TDx/TDxFLx Cortisol firmy Abbott (USA). Stężenia IL-6 oznaczano metodą immunoenzymatyczną z użyciem zestawu Elisa Human IL-6 firmy Bender MedSystems (Austria); czułość 1,4 pg ml^-1, norma 1,4-14,1 pg ml^-1.

Uzyskane wyniki badań poddano analizie statystycznej, opisując je za pomocą średniej arytmetycznej i odchylenia standardowego. Różnice pomiędzy średnimi oceniano stosując test t-Studenta i test Wilcoxona. Jako graniczny poziom istotności przyjęto p = 0,05.

W grupie I oceniano 9 chorych (6 mężczyzn i 3 kobiety) w wieku 63-71 lat (średnio 67±3 lat) o masie ciała od 57 do 89 kg (średnio 75±12 kg). Czas operacji wynosił w tej grupie od 4 do 6 godz. (średnio 5,1±0,8 godz.), a czas trwania znieczulenia 5-7 godz. (średnio 6,1±0,9). W grupie tej wykonano ureteroileokutaneostomię u 5 chorych, a zastępczy pęcherz jelitowy u 4 chorych.

W grupie II oceniano 9 chorych (4 mężczyzn i 5 kobiet) w wieku 46-74 lat (średnio 60±12 lat) o masie ciała 46-80 kg (średnio 66±10 kg). Czas operacji wynosił od 4 godz. 50 min do 6 godz. 30 min (średnio 5,5±0,6 godz.), a czas znieczulenia od 6 godz. 20 min do 8 godz. (średnio 7,0±0,8 godz.). W grupie II wykonano operację sposobem Brickera u 6 chorych, a pęcherz zastępczy u 3.

Nie stwierdzono statystycznie istotnych różnic między grupami w zakresie tych danych.

W tabeli I przedstawiono wyniki pomiarów stężeń glutaminy, kortyzolu i IL-6 we krwi tętniczej u chorych z grupy I i II w kolejnych przedziałach czasowych.

W tabeli II przedstawiono wartości statystyczne dla badanych parametrów w wybranych przedziałach czasowych.

W grupie I stężenie glutaminy po operacji (tab. I) obniżyło się istotnie, a następnie wzrastało stopniowo osiągając wartości wyjściowe w pierwszej dobie (przedział D) (tab. I). W grupie II średnie stężenie glutaminy wzrosło istotnie w przedziale czasowym B, a następnie obniżało się aż do drugiej doby po operacji. Różnice między grupami badanymi były istotne statystycznie (p <0,05) w przedziale czasowym B (tab. II).

Średnie stężenia kortyzolu w obu grupach wzrosły istotnie, osiągając szczyt w 8 godzinie po operacji. W tym przedziale czasowym różnice między grupami były statystycznie istotne (p <0,05) z niższymi wartościami dla grupy II (tab. II). Następnie obserwowano spadek w obu grupach aż do osiągnięcia wartości wyjściowych w przedziale czasowym E, czyli w II dobie po operacji (tab. I).

Po operacji obserwowano znamienny wzrost osoczowych stężeń IL-6, maksymalny w 8 godzinie po zakończeniu operacji (tab. I). W tym przedziale wartości wzrosły z podstawowych 4,4±4,6 pg ml ^-1 do wartości 217,4±97,0 pg ml ^-1 w grupie I i z wartości wyjściowych 6,5±5,8 pg ml ^-1 do wartości 194,8 ±107,9 pg ml ^-1 w grupie II (tab. II). Następnie obserwowano w obu grupach gwałtowny, istotny spadek stężeń IL-6 aż do drugiej doby po operacji. W czasie tego spadku różnice między grupami były istotne (p <0,05). Blokada neurogenna (ZOP) spowodowała szybszy spadek stężenia IL-6 w osoczu, jakkolwiek wartości w czasie E nie osiągnęły wartości wyjściowych w żadnej z obu grup.

Uraz chirurgiczny indukuje nie tylko miejscową reakcję zapalną, ale także uogólnione reakcje stresowe ze strony układu immunologicznego i hematopoetycznego. Obydwie te odpowiedzi związane są ze zwiększoną produkcją różnych endogennych mediatorów. Chociaż w kilku pracach udowodniono, że osoczowy poziom pewnych cytokin wzrasta podczas i po planowych operacjach, mechanizm i patofizjologiczne znaczenie tej zwiększonej produkcji pozostają niejasne [2, 3, 6, 7, 9, 10].

Cytokiny są peptydami produkowanymi przez komórki systemu immunologicznego, które działają jako mediatory, zarówno odpowiedzi immunologicznej, jak i odpowiedzi innych tkanek na uraz. IL-1, IL-6, TNF i interferon gamma uważane są za ważne mediatory zintegrowanej odpowiedzi gospodarza, działające na funkcje endokrynne i metaboliczne, stanowiąc istotne ogniwo pomiędzy systemem immunologicznym i neuroendokrynnym [4, 5, 8, 11].

Obecnie uważa się, że cytokiny, a wśród nich IL-6, aktywują łuk HPA i pośredniczą, przynajmniej częściowo, w jego odpowiedzi na różne bodźce nocyceptywne. Cytokiny działają zarówno na poziomie podwzgórza, przysadki, jak i nadnerczy. Stymulują m. in. produkcję glukokortykoidów przez korę nadnerczy, a te z kolei wywierają ujemny zwrotny efekt na łuk HPA i system immunologiczny [4, 11].

Odpowiedź organizmu na stres, manifestująca się wzrostem uwalniania kortyzolu, zachodzi głównie na drodze stymulacji łuku HPA, dlatego uważa się, że reakcja ta może być zniesiona lub osłabiona przez blokadę neurogenną. W przedstawionym badaniu stężenia osoczowe kortyzolu wzrastały znacząco aż do 8 godziny po operacji w obu grupach. Dodatek blokady zewnątrzoponowej powodował natomiast szybsze obniżanie się stężenia kortyzolu w osoczu po osiągnięciu wartości maksymalnych. Jest to zgodne z doniesieniami innych autorów [2, 4, 7, 12, 13]. Godną uwagi obserwacją wynikającą z badań własnych i innych autorów jest to, że blokada neurogenna nie całkowicie blokuje odpowiedź stresową, wskazując albo na niewystarczającą blokadę eferentną albo dodatkowe mechanizmy, inne niż impulsy nerwowe, które mogą być uwikłane w rozwój okołooperacyjnej hiperkortyzolemii.

IL-6 jest główną cytokiną uwalnianą po zabiegu chirurgicznym. Cruickshank i wsp. wykazali, że wzrost stężenia krążącej IL-6 jest w przybliżeniu proporcjonalny do natężenia urazu operacyjnego [1, 14]. Koreluje także z czasem trwania zabiegu [15].

W przedstawionym badaniu stwierdzono znacznie podwyższone stężenie kortyzolu w osoczu. Wzrost ten związany był ze stymulacją produkcji cytokiny IL-6, której stężenie w osoczu wzrosło ponad 40-krotnie kilka godzin po operacji. Co więcej, kortyzolowa odpowiedź stresowa nie była hamowana efektywnie przez dodatek blokady neurogennej w postaci ZOP. Wyniki te są zgodne z obserwacjami Yoshiyuki i wsp. [3]. Prawdopodobne jest zatem, że nie tylko aferentne impulsy nerwowe, ale także zwiększone stężenie IL-6 stymuluje sekrecję ACTH i kortyzolu, indukując silniejszą reakcję stresową podczas radykalnej cystektomii. Mogłoby to tłumaczyć obserwowany brak efektywności blokady neurogennej w zapobieganiu odpowiedzi adrenokortykalnej podczas tego typu operacji. Uzyskane rezultaty sugerują, że w rozległych operacjach zwiększona produkcja cytokin odpowiedzialna jest przynajmniej częściowo za rozwój reakcji stresowej ze strony łuku HPA. Dalsze badania różnic w odpowiedzi układu cytokin na uraz operacyjny mogą wyjaśnić różnice między efektywnością blokady neurogennej w tłumieniu odpowiedzi stresowej podczas małych i dużych zabiegów chirurgicznych.

W przedstawionym badaniu obserwowano przedłużony wzrost stężenia kortyzolu w osoczu, który utrzymywał się przez okres 30 godzin po cystektomii. Wcześniej wykazano, że u pacjentów operowanych w górnych partiach brzucha okołooperacyjna odpowiedź stresowa kortyzolu składa się z dwóch faz. Pierwsza charakteryzowana jest zarówno przez wysokie stężenie ACTH i kortyzolu w osoczu. Drugą fazę charakteryzuje stałe wysokie stężenie kortyzolu i paradoksalnie niskie stężenie ACTH, co obserwowano na 1-3 dzień po operacji. W tej fazie zwiększona reaktywność kory nadnerczy na ACTH jest mechanizmem odpowiedzialnym za hiperkortyzolemię [3].

Ponieważ stężenie IL-6 pozostawało podwyższone przez ponad 30 godzin po cystektomii, wydaje się prawdopodobne, że cytokina ta działa na gruczoł nadnerczowy i indukuje zwiększoną reaktywność na ACTH podczas drugiej fazy odpowiedzi kortyzolowej.

Glutamina jest aminokwasem bardzo intensywnie utylizowanym przez jelito cienkie, nerki i komórki układu immunologicznego. Szybkość tej utylizacji zależy od stężenia zewnętrznego, zatem utrzymanie normalnego fizjologicznego stężenia glutaminy wydaje się ważne dla normalnego funkcjonowania szybko proliferujących komórek. Rzeczywiście, wykazano, że obniżenie stężenia glutaminy obniża tempo proliferacji limfocytów, mimo obecności innych aminokwasów i substratów energetycznych [8, 9, 16, 17].

Wcześniejsze badania wykazywały, że operacja nie powoduje zmian lub niewielki spadek stężenia glutaminy po niej [15, 18]. Przedstawione wyniki badań wykazują gwałtowny spadek stężenia glutaminy tuż po zakończeniu operacji. Te obniżone wartości glutaminy (o około 20 %) utrzymywały się przez co najmniej 20 godzin po cystektomii. Wyniki te są zgodne z badaniem przeprowadzonym podczas dużych operacji naczyniowych [9]. Prawdopodobne zatem jest, że obserwowane zmiany spowodowane są zwiększonym tempem utylizacji glutaminy przez komórki systemu immunologicznego i komórki jelit, ponieważ tempo uwalniania glutaminy z mięśni wzrasta [16]. Uważa się, że ten znaczny spadek stężenia glutaminy w surowicy może być czynnikiem powodującym immunosupresję po tak rozległych operacjach, jak np. cystektomia. Z drugiej strony, w przedstawionym badaniu wykazano, że blokada neurogenna powoduje wzrost stężenia glutaminy w osoczu, a co za tym idzie – prawdopodobnie tempa proliferacji limfocytów. Mogłaby ona zatem wpływać przez to na stopień immunosupresji pooperacyjnej.

Reasumując, w przedstawionym badaniu udowodniono pojawienie się IL-6 po rozległej operacji urologicznej. Wydaje się prawdopodobne, że pobudzający efekt tej cytokiny na łuk HPA był odpowiedzialny za większą okołooperacyjną reakcję osoczowego kortyzolu, która nie była efektywnie hamowana przez dodatek do znieczulenia ogólnego blokady neurogennej. Otrzymane rezultaty sugerują, że nie tylko impuls nerwowy pochodzący z rany operacyjnej, ale także okołooperacyjna stymulacja produkcji cytokin mogłaby być odpowiedzialna za rozwój odpowiedzi stresowej ze strony łuku HPA i odpowiedzi immunosupresyjnej podczas i po rozległych zabiegach operacyjnych.

1. Rozległy i długotrwały zabieg chirurgiczny wpływa istotnie na funkcję układu immunologicznego i endokrynnego przez zmiany stężeń IL-6, kortyzolu i glutaminy.

2. Zastosowanie blokady neurogennej skojarzonej ze znieczuleniem ogólnym powoduje szybszy spadek stężenia IL-6, co może świadczyć o zmniejszeniu natężenia stresu operacyjnego i skróceniu czasu jego trwania.