Is Intestinal Ischemia a Risk of Laparoscopy? An Experimental Study in Rabbits

Summary

Background and Purpose: In the literature, there are few reports documenting intra-abdominal organ necrosis following laparoscopic procedures. This experimental study was planned to investigate whether intestinal ischemia develops during laparoscopic procedures and if laparoscopy could cause intestinal necrosis. Material and Methods: Two experimental groups, each consisting of 10 adult New-Zealand rabbits, were used in this study. The first group comprised the study group which had pneumoperitoneum, the second group comprised the normal animals serving as the controls. A cervical tracheostomy was performed to achieve successful general anesthesia in both groups. In the study group, intraperitoneal CO₂ insufflation was carried out and intraabdominal pressure (IAP) was adjusted so as not to exceed the arterial blood pressure. After 20 min high IAP period, the intraabdominal gas was aspirated. Five minutes later, samples of both small intestine and colon tissue were taken. In the control group, tissue samples were taken 25 min after anesthesia was achieved. Xanthine oxidase (XO) and malondialdehyde (MDA) levels were measured as indicators of intestinal ischemia and lipid peroxidation in the intestinal tissues. Statistical analysis was done to compare the XO and MDA levels of the small intestines and colons of both groups. Results: The mean colonic XO levels were 1.323 ± 1.17 and 0.217 ± 0.27 (U/mg protein) in study and control groups, respectively. This difference was statistically significant (t = 2.60, p < 0.05). The other comparisons with regard to XO and MDA levels were statistically not significant. Conclusion: Our results demonstrate that intraperitoneal CO₂ insufflation in which intraabdominal pressure was adjusted to be lower than arterial blood pressure may affect oxygenization of the colon.

Résumé

But: Dans la littérature, il y a peu d'informations sur la nécrose des organes intra-abdominaux après laparoscopie. Le but de cette étude est d'apprécier si une ischémie intestinale se développe durant la laparoscopie et si elle peut entraîner une nécrose intestinale. Matériel et méthodes: Deux groupes de 10 lapins New-Zealand étaient utilisés. Le premier était le groupe d'étude avec pneumopéritoine et le deuxième le groupe contrôle. Une trachéotomie était réalisée pour assurer une anesthésie générale dans les deux groupes. Dans le groupe étudié une insufflation intrapéritonéale était réalisée et la pression intra-abdominale (IAP) était maintenue pour ne pas dépasser la pression artérielle. Après 20 minutes de haute IAP, le gaz intrapéritonéal était exsufflé. Cinq minutes plus tard des fragments d'intestin et de côlon étaient prélevés. Dans le groupe contrôle les prélèvements étaient réalisés 25 minutes après l'anesthésie générale. Les taux de xanthine oxydase (XO) et de malondialdehyde (MDA) étaient dosés comme indicateurs de l'ischémie intestinale. Une analyse statistique était faite pour comparer les taux de XO et de MDA dans les deux groupes. Résultats: Les taux de XO étaient de 1,323 ± 1,17 et de 0,217 ± 0,27 (U/mg de protéines) dans le groupe étudié et dans le groupe contrôle. La différence était statistiquement significative (t = 2,60, p inférieur à 0,05). Les autres comparaisons n'étaient pas significatives. Conclusions: Nos résultats démontrent que l'insufflation intra-péritonéale de CO₂ à un niveau inférieur à la pression artérielle peut affecter l'oxygénation du côlon.

Resumen

Antecedentes y objetivo: Hay poco informes en la literatura sobre necrosis de órganos intra-abdominales tras procedimientos laparoscópicos. Este estudio experimental fue planeado para investigar si se desarrolla isquemia intestinal durante la laparoscopia y si esta puede ser causante de la misma.

Material y métodos: Se usaros dos grupos experimentales de 10 conejos de Nueva Zelanda adultos cada uno. El primer grupo sufrió neumoperitoneo mientras que el seggundo sirvió como control. Se hizo una traqueotomía cervical para facilitar la anestesia en ambos grupos. En el grupo experimental se insufló CO₂ en el peritoneo y se ajustó para que la presión intra-abdominal (IAP) no sobrepasara la arterial. Tras 20 minutos se permitió la salida del gas. Cinco minutos más tarde se obtuvieron muestras del colon y del intestino delgado. En el grupo control se tomaron muestras 25 minutos después de efectuar la anestesia. Se midieron los niveles de xantina-oxidasa (XO) y malondialdehido (MDA) como indicadores de isquemia intestinal y de peroxidación lipídica del tejido intestinal. Se compararon estadísticamente los valores en ambos grupos.

Resultados: Los niveles medios de XO en el colon fueron 1323 ± 1,17 y 0,217 ± 0,27 U/mg prot en los grupos experimental y control respectivamente (p < 0.05). Las demás comparaciones no mostraron diferencias significativas.

Conclusión: Nuestros resultados demuestran que la insuflación de CO2 a presiones menores que la arterial puede afectar a la oxigenación del colon.

Zusammenfassung

Zielsetzung: Es gibt in der Literatur wenige Beschreibungen einer Organnekrose nach laparoskopischen Operationen. Es wurden deshalb experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um zu prüfen, inwieweit eine Laparoskopie intestinale Nekrosen verursachen kann. Material und Methodik: Jeweils 2 Gruppen erwachsener Neuseeland-Kaninchen wurden untersucht. Während die zweite Gruppe als Kontrolltiere galten, wurden bei der ersten Gruppe ein Pneumoperitoneum durchgeführt. Bei den beiden Gruppen wurde zur Durchführung einer ausreichenden Allgemeinnarkose eine zervikale Tracheostomie durchgeführt. Das Pneumoperitoneum wurde mit CO₂-Insufflation bis zu einem intraabdominellen Druck in Höhe des arteriellen Blutdruckes durchgeführt. Nach 20 Minuten eines so erhöhten intraabdominellen Druckes wurde das Gas abgelassen. Fünf Minuten später wurden Gewebsbiopsien aus dem Dünndarm und Kolon entnommen. In der Kontrollgruppe wurden die Gewebsproben 25 Minuten nach Einleitung der Allgemeinnarkose gewonnen. Als Indikatoren der intestinalen Ischämie und Lipidperoxydation im intestinalen Gewebe wurden die Xanthin-Oxydase (XO) und Malondialdehyd (MDA)-Spiegel gemessen. Statistisch wurden beide Gruppen im Hinblick auf die XO- und MDA-Spiegel im Dünn- und Dickdarm miteinander verglichen. Ergebnisse: Die unterschiedlichen XO-Spiegel im Kolon lagen bei 1,323 ± 1,17 und 0,217 ± 0,27 (U/mg Protein) in der Studien- und Kontrollgruppe, respektive. Der Unterschied war statistisch signifikant (t = 2,60, p < 0,05). im Hinblick auf die übrigen XO- und MDA-Spiegel ergaben sich keine signifikanten Unterschiede. Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse zeigen, dass auch eine intraperitoneale CO₂-Insufflation, bei der intraabdominelle Drucke unterhalb des arteriellen Blutdruckes erreicht werden, die Oxygenierung des Kolons beeinträchtigen kann.

Key words

Laparoscopy - Pneumoperitoneum - Ischemia/reperfusion - Necrotizing enterocolitis

Mots-clés

Laparoscopie - Pneumopéritoine - Ischémie/reperfusion - Entérocolite nécrosante

Palabras clave

Laparoscopia - Neumoperitoneo - Isquemia - Reperfusión - Enterocolitis necrotizante

Schlüsselwörter

Laparoskopie - Pneumoperitoneum - Ischämie - Reperfusion - Nekrotisierende Enterokolitis - Intraabdominaler Druck - Minimal-invasive Chirurgie

References

• 1 Albanese C T, Rowe M I. Necrotizing enterocolitis. O'Neil JA, Rowe MI, Grosfeld JL et al. Pediatric Surgery. St. Louis; Mosby Year-Book Inc 1998: 1297-1320
• 2 Angel M F, Ramasastry S S, Swartz W M. The critical relationship between free radicals and degrees of ischemia: Evidence for tissue intolerance of marginal perfusion.  Plastic and Reconstructive Surgery. 1988;  81 233-240
• 3 Bast A, Haenen G RMM, Doelman C JA. Oxidants and antioxidants: State of the art.  Am J Medicine. 1991;  91 (Supp 3 c) 2c-13c
• 4 Callery M P, Soper N J. Physiology of the pneumoperitoneum.  Bailliere Clin Gast. 1993;  7 757-777
• 5 Clarc D A, Fornabaio D M, McNeill H. et al . Contribution of oxygen-derived free radicals to experimental necrotizing enterocolitis.  Am J Pathol. 1988;  130 537-541
• 6 Criss D W, Gadacz T R. Complication of laparoscopic surgery.  Surg Clin North Am. 1993;  73 265-289
• 7 Eleftheriadis E, Kotzampassi K, Botsios D. et al . Splanchnic ischemia during laparoscopic cholecystectomy.  Surg Endosc. 1996;  10 324-326
• 8 Eleftheriadis E, Kotzampassi K, Papanotas K. et al . Gut ischemia, oxidative stress, and bacterial translocation in elevated abdominal pressure in rats.  World J Surg. 1996;  20 11-16
• 9 Grishman M B, Ganger M D. Free radicals: reactive metabolites of oxygen as mediators of postischemic reperfusion injury. Martson A, Bukley GB, Fiddian-Green RG, Haglund U Splanchnic Ischemia and Multiple Organ Failure. St. Louis; Mosby 1989: 135-144
• 10 Kaplan H M, Timmons E H. A model for principle of mammalian physiology and surgery. New York; Academic Press Inc. 1979
• 11 Lowry O H, Rosenbrough N J, Farr A L, Randall R J. Protein measurement with the folin phenol reagent.  J Biol Chem. 1951;  193 265-275
• 12 Mior C R. Gastrointestinal endoscopy, laparoscopy and other noninvasive surgical techniques. O'Neil JA, Rowe MI, Grosfeld JL et al Pediatric Surgery. St. Louis; Mosby Year-Book Inc 1998: 1233-1251
• 13 Nilsson U A, Schoenberg M H, Aneman A. et al . Free radicals and pathogenesis during ischemia and reperfusion of cat small intestine.  Gastroenterology. 1994;  106 629-636
• 14 Paul A, Troidl H, Peters S. Fatal intestinal ischemia following laparoscopic cholecystectomy.  Br J Surg. 1994;  81 1207
• 15 Richmond B K, Lucente F C, Boland J P. Laparoscopy-associated mesenteric vascular events: Description of an evolving clinical syndrome.  J Laparoendosc Adv Tech. 1997;  7 363-367
• 16 Safran B D, Orlando R. Physiological effects of pneumoperitoneum.  Am J Surg. 1994;  167 281-286
• 17 Sarimurat N, Emir H, Kilic N, Akman M, Söylet Y, Senyuz O F. Laparoscopic diagnosis of neonatal cholestasis.  Pediatric Surg (Journal of the Turkish Association of Pediatric Surgeons). 1996;  10 80-83
• 18 Schoenberg M H, Beger H G. Reperfusion injury after intestinal ischemia.  Critical Care Medicine. 1993;  9 1376-1386
• 19 Söylet Y. Pediatric laparoscopy.  Klinik Gelisim. 1995;  8 3612
• 20 Thiele H, Lang R D. Complications after 1000 laparoscopic surgeries.  Chirurg. 1994;  65 795
• 21 Tobias J D. Anesthetic considerations for laparoscopy in children.  Seminars Laparos Surg. 1998;  5 60-66
• 22 Windberger U, Siegl H, Woiseschlager R. et al . Hemodynamic changes during prolonged laparoscopic surgery.  Eur Surg Res. 1994;  26 1-9