A compartment szindrómás izom kalorimetriás vizsgálata

A Pécsi Tudományegyetem Mozgásszervi Sebészeti Intézet Traumatológiai és Kézsebészeti Klinikai Tanszék közleménye

A compartment szindrómás izom kalorimetriás vizsgálata DR. KROMEK LÓRÁND, DR. NŐT LÁSZLÓ GERGELY, DR. KISS ZOLTÁN Érkezett: 2010. január 18.

ÖSSZEFOGLALÁS A compartment szindróma különböző etiológiájú kórkép, amely a zárt osteofibrosus rekeszekben megemelkedő nyomás okozta ischaemiás károsodás. A baleseti sebészeti gyakorlatban akut formája a lábszár és tibiatörések, valamint alkartörésekhez társuló egyik legkomolyabb végtagot veszélyeztető kórkép. A szerzők akut lábszári compartment szindrómás betegeken differnciál pásztázó kalorimetria módszerét alkalmazva vizsgálták meg és hasonlították össze a különböző fokú ischaemiás sérülésen átesett harántcsíkolt izomszövet termokémiai jellemzőit, következtetve ezzel a myofibrillumok állapotára, a károsodás nagyságára. Az elvégzett mérési sorozatok során az ép, a compartment szindróma által érintett, valamint az ischaemiás contracturás izomszövetek termikus karakterisztikája szignifikáns különbségeket mutattak. Az ischaemiás idő és a termikus tulajdonságok változása között szignifikáns összefüggést igazoltak. Kulcsszavak: Compartment szindróma – Komplikáció; Izomzat – Patológia; Kalorimetria, differential scanning; Termodinamika; L. Kromek, L. G. Nőt, Z. Kiss: Calorimetric assessment of the muscle in compartment syndrome The compartment syndrome has different etiologies resulting from the increase of the pressure in the closed osteofibrotic compartments. In everyday trauma practice the form of acute compartment syndrome is one of the most serious complications of the fractures of the lower limb and forearm. The authors analyzed and compared on patients of acute compartment syndrome of the leg, who have suffered different levels of ischemic damage, the thermo-chemical properties of the muscle tissues, using differential scanning calorimetry, drawing consequences to the state of myofibrils, to the extent of the damage. They proved significant differences in the thermal characteristic between the healthy muscle tissues, and those muscles affected by ischemic contracture. They showed a significant connection between the ischemic time and the thermal properties. Key words:

Calorimetry, differential scanning; Compartment syndromes – Complications; Muscle, skeletal – Pathology; Thermodynamics;

BEVEZETÉS A végtagi compartment szindróma a zárt fasciarekeszben lévő nyomás emelkedése következtében fellépő akut vagy krónikus keringési zavar, amely kezelés nélkül a rekesz képleteinek ischaemiás károsodásához, illetve necrosisához vezet (3). A szöveti elhalás már 30 Hgmm nyomásnál bekövetkezhet, a négy óránál hosszabb ischaemia már irreverzibilis változásokat okoz (6). A compartment szindróma leggyakoribb oka valamilyen törés, leggyakoribb helye a lábszár négy osteofibrosus rekesze a tibia körül (14). A szindróma kialakulhat sebészi tevékenység közben is, különösen felfúrásos velőűrszegezésnél, amikor az eljárásból adódóan emelkedik a rekeszeken belüli nyomás (11–13). A korai diagnózis elengedhetetlen, mert a megkésett kezelés súlyos szövődmények kialakulásához vezethet, mint a necrosis, rhabdomyolysis, vesekárosodás és veseelégtelenMagyar Traumatológia  Ortopédia  Kézsebészet  Plasztikai Sebészet  2010. 53. 3.

225

ség. A kórkép a klinikai vizsgálat mellett a rekeszek nyomásának mérésével igazolható (1, 5, 16, 18). Amikor a rekeszi nyomás eléri, vagy meghaladja a 30–35 Hgmm-t, sebészi beavatkozás, minden érintett rekesz fasciájának a behasítása szükséges. Whiteside szerint, ha a diasztolés vérnyomás és a rekeszi nyomás különbsége – ΔP– kevesebb, mint 30 Hgmm, akkor a műtétet szintén el kell végezni (15, 16). Az érintett végtag heges contracturája hetekkel–hónapokkal később alakul ki az ischaemiás eseményt követően. Ez az állapot először az alkaron a Volkmann ischaemiás contracturaként vált ismertté, de az alsó végtagon is kialakulhat (17). A contractura patogenezisében az ischaemia izomelhalást, fibroblast proliferációt, valamit myotendinosus adhesiókat okoz. A végső klinikai kép attól függ, hogy melyik ideg és/vagy izomcsoport érintett (20). Az ischaemiás contractura kezelése a contracturák oldásából, az infarktusos területek kimetszéséből, myotendinosus hosszabbításból és tenotomiából áll (17). A feltételezésünk szerint a compartment szindróma különböző fázisaiban az érintett izomelemekben bekövetkező kóros változások nyomon követhetőek a klasszikus szövettani módszerek mellett a differenciál pásztázó kalorimetriával. Korábbi vizsgálatok során már bebizonyosodott, hogy a kalorimetria hasznos, jól alkalmazható módszer az emberi izom alkotóelemeiben az aktinban és myosinban bekövetkező szerkezeti változások kimutatására (7–10). Más szerzők degeneratív folyamatok kalorimetrikus effektusát mutatták ki különböző humán szövetekben. (2, 4, 19, 21–26). ANYAG ÉS MÓDSZER Mintavétel A négy ép izom-mintát négy egészséges 65 éves kor alatti szervdonorból vettük. Csak olyan lábszári izomzatból nyertünk mintát, amelyen makroszkóposan nem látszott szeptikus, poszttraumás vagy ischaemiás elváltozás. A 2×4 cm-es minták különböző rekeszekből származtak: a musculus gastrocnemiusból (1 db), a musculus tibialis anteriorból (2 db), és a musculus peroneus brevisből (1 db). Minden orvosi intervenció a Pécsi Tudományegyetem etikai előírásainak figyelembevételével történt. A patológiás izomszövet-mintákat műtéti beavatkozások során vettük, különböző súlyosságú compartment szindrómával szövődött lábszártörések műtéti ellátása során. A kóros mintákat három csoportra osztottuk a compartment szindróma súlyossága szerint: I. csoport (enyhe forma, 4 minta): lábszártörés, a rekeszi nyomás 30–35 Hgmm között. II. csoport (súlyos forma, 4 minta): lábszártörés 35 Hgmm feletti rekeszi nyomással. III. csoport (3 minta): gyógyult lábszártörés a kezeletlen, illetve fel nem ismert compartment szindróma szövődményeként kialakult ischaemiás contracturával. Az akut esetekben a tibia osteosynthesise után fasciotomiát végeztünk az izomzat dekompressziója érdekében, mely során 2×1 cm-es izomdarabokat távolítottunk el a makroszkóposan leginkább ischaemiásnak ítélt részekből. Minden beteget a sérüléstől számított legkésőbb 12 órán belül operáltunk meg, a rekeszi nyomást folyamatosan mértük. A vizsgálatba csak olyan esetek mintáit vontuk be, ahol az emelkedett rekeszi nyomás legalább 3 órán keresztül igazolt volt. A contracturás esetekben a kialakult deformitás műtéti ellátása során nyertük a mintákat az érintett izmokból. A mintavételbe bevont 3 nő és 8 férfi beteg átlagos életkora 48 év (28–57) volt. Az izom-mintákat két részre vágtuk, az egyiket szövettani, a másikat kalorimetriás vizsgálatnak vetettük alá. Szövettani vizsgálat A hisztológiai vizsgálatra szánt mintákat 4%-os formaldehyde oldatban fixáltuk, hossz226

Magyar Traumatológia  Ortopédia  Kézsebészet  Plasztikai Sebészet  2010. 53. 3.

és keresztmetszeteket készítettünk, haematoxylin–eosinal festettük, majd fénymikroszkóppal (Nikon Eclipse E400) vizsgálatuk meg. Kalorimatriás vizsgálat A minták mérése az eltávolítást követő egy órán belül elkezdődött, addig a mintákat +4 fokon tároltuk. A kalorimetriás méréseket standardizált módon, SETARAM Micro DSC–II kaloriméterrel végeztük. Valamennyi mérés 0 és 100°C közötti tartományban, 0,3° K/perc felfűtési sebességgel történt. Hagyományos, átlagosan 850μl térfogatú Hastelloy–mérőcellákat alkalmaztunk. A tipikus nedves minta tömeg a kalorimetriás mérések során 100–200 mg között változott. A mérőcellákba pufferben tárolt harántcsíkolt izmot, a referencia cellába a tiszta puffer-oldatot helyeztük. A mérő- és referenciacellákat ±0.1mg pontossággal kiegyensúlyoztuk. A hőkapacitás (Tm) tekintetében nem volt szükség korrekcióra a minta és referenciacellák között. A kalorimetriás entalpiát (ΔHcal) a hődenaturációs görbe alatti területből számoltuk két-pontos SETARAM csúcs integráló szoftver segítségével. Az adatfeldolgozás ASCII konverzió után az Origin 6.0 program segítségével történt. EREDMÉNYEK A szövettani vizsgálattal igazolni tudtuk, hogy a kadáverből származó izomminták nem hordoztak degeneratív jeleket, szerkezetük ép volt. A patológiás minták a compartment szindrómás I. csoportból enyhe, a II. csoportból kifejezett izomelhalást mutattak. Az ischaemiás contracturás csoportból származó minták fibrotikus izomszövetet, fibroblast burjánzást mutattak mikroszkóposan. Az egészséges és a patológiás izmok termikus paraméterei és hődenaturációs görbéi abszolút különbözőek voltak (I. táblázat, 1–2. ábrák). Az egyes csoportok mérési eredményei közel azonosak voltak, az átlagos standard hiba nem haladta meg a mért értékek 0,5%-át. I. táblázat A compartment szindróma különböző stádiumaiban mért rekeszi nyomás és az izomzatból vett minták termikus paraméterei (Tm denaturációs hőmérséklet, ∆Hcal kalorimetriás entalpia, átlag ± standard hiba). Minták száma

Compartment nyomás

Tm (0C)

ΔHcal (J/g)

58.1 ± 0.2 62.2 ± 0.3

–0.28 ± 0.02

Egészséges

4

Enyhe compartment szindróma

4

30–35 mmHg

55.5 ± 0.2 59.9 ± 0.3

–0.52 ± 0.04

Súlyos compartment szindróma

4

> 35 mmHg

57.45 ± 0.2 61.5 ± 0.3

–0.24 ± 0.02

Ischaemiás contractura

3

57.75 ± 0.2 61.8 ± 0.3 65.8 ± 0.3

–0.74 ± 0.06

A kontrollcsoportban végzett négy mérés során teljesen hasonló denaturációs görbéket kaptunk, mindannyiszor reprodukálható módon. A kontrollcsoport denaturációja során két termikus szempontból különböző egységet tartalmazó hőkapacitási átmenet látható, amelyek az aktin (55,5°C) és miozin (59,9°C) termikus denaturációi. A mért értékekből számolt kalorimetriás entalpia értékeket (–0,52J/g) referenciának használtuk a kórós minták megítélésében. Az I. csoportban (mérsékelt károsodás négy mérés) lényeges változás figyelhető meg a kontrollhoz képest a denaturációs görbék alakjában és a denaturációs hőmérsékleti értékekMagyar Traumatológia  Ortopédia  Kézsebészet  Plasztikai Sebészet  2010. 53. 3.

227

ben is. A kétféle izomfehérje denaturációs szétválása sokkal kifejezettebb, aktin: 58,1°C, miozin: 62,2°C. A kalorimetriás entalpia (–0,28J/g) szignifikáns csökkenése jelentős szerkezeti különbséget igazolt a kontroll mintáihoz képest (p<0,01két mintás Student–T teszt, SPSS for Windows 9.0). A denaturációs görbe alakjának változása is az akto-miozin komplex károsodását, szerkezeti egységük felbomlását is igazolja. A II. csoport (súlyos károsodás) mintáinak mérése során az átalakulási hőmérsékletek további változása figyelhető meg aktin: 57,45°C, miozin: 61,5°C, ezek az értékek az I. csoporthoz képest lényeges különbséget nem mutatnak. Az entalpia (–0,24J/g) további szignifikáns csökkenése azonban kifejezett izom elhalásra utal. A görbe alakja az akto-miozin komplex teljes szerkezeti szétesését igazolja, melynek oka az izomszövet elhalása a hypoxia miatt. A Volkmann ischaemiás contracturás három minta esetében egy jól elkülönülő harmadik termikus járulék jelenik meg 65,8°C-on az aktin 57,8°C és a miozin 61,8°C mellett, ennek magyarázata az, hogy a működő, ép izomszövet mellett nagy mennyiségben van jelen fibrotikus izom is a mintában. Az összes minta közül itt volt szignifikánsan a legmagasabb (p<0,01két mintás Student–T teszt, SPSS for Windows 9.0) a kalorimetriás entalpia (–0,74J/g), vagyis a szöveti rendszer megbontásához ezekben az esetekben kellett a legnagyobb energia. Ennek magyarázata az, hogy a szöveti egységek sűrűbbé, tömöttebbé válnak az izomzatban végbemenő kóros elváltozások miatt. A denaturációs görbék alakja hasonlít a normál izmokéira az épen maradt, működő izomszövet tartalom miatt. Az érintett izomrekeszek nyomásának az emelkedése a legfontosabb tényező a szindróma kialakulásában és klinikai kimenetelében. Jól igazolható összefüggés van a nyomásemelkedés, az érintet izmok hipoxiás károsodása és a biokémiai folyamatok következtében kialakult strukturális változása közt. A kalorimetriás mérésekkel egyértelműen igazolni tudtuk a compartment szindróma egyes stádiumai közötti különbséget, melyet a mért kalorimetriás entalpia értékek is alátámasztottak. A kalorimetriás entalpia értékek és a rekeszekben mért nyomások között szoros szignifikanciát igazoltunk: p<0,01(két mintás Student–T teszt, SPSS for Windows 9.0). A rekeszi nyomás emelkedésével arányosan csökken az entalpia érétke, ebből következik, hogy a hypoxiásan károsodott izomzat szöveti rendszerének megbontásához egyre kisebb energia szükséges. A denaturációs hőmérséklet eredményei és a rekeszi nyomás értékek közt nem igazoltunk szignifikáns összefüggést. MEGBESZÉLÉS A compartment szindróma a lábszártörés egyik legsúlyosabb szövődménye, amely veszélyeztetheti a végtag sorsát és néha az életet is, ezért korai felismerése elengedhetetlen a kezelése során. A diagnózis felállítása a rekeszi nyomás monitorizálásával viszonylag egyszerűen megoldható (1, 5, 18). Az elszenvedett izomkárosodás felmérése lényegesen összetettebb feladat, tárgyilagosan nehezen mérhető. A klinikai és laboratóriumi tünetek megjelenéséig a vese parenchimát és a keringést károsító toxikus anyagok szabadulhatnak fel a sérült izomzatból (17). Kalorimetriával az emberi szövetek szerkezeti felépítése, strukturális stabilitása jól vizsgálható (19, 21–26). Az izomfehérjék kalorimetriás elemzése a nemzetközi irodalomban publikált, megbízható módszer (4, 7–10). Méréseink során igazoltuk, hogy a különböző súlyosságú compartment szindrómás, ischaemiás contracturás és az ép izomból vett minták hőstabilitása különböző. A mérések reprodukálhatók, azonos minták vizsgálata esetén rendkívül kicsi a szórásuk. A compartment szindrómában károsodott izom kalorimetriával mért eredményei és a károsodást kiváltó rekeszen belül mért nyomás nagysága között szoros korreláció igazolható. A kísérleti eredményekből a későbbiekben klinikai következtetéseket is levonhatunk. A klinikailag nem egyér228

Magyar Traumatológia  Ortopédia  Kézsebészet  Plasztikai Sebészet  2010. 53. 3.

telmű ischaemiás izomkárosodások esetében izombiopsziát követően kalorimetriás vizsgálattal segíteni lehet az érintett izomzat károsodásának a megítélésében és a sebészi beavatkozás indikációjának felállításában.

1. ábra Az egészséges, enyhe és súlyos compartment szindrómás, valamint az ischaemiás contracturás izomból vett minták kalorimetriás görbéje.

2. ábra A különböző minták kalorimetriás görbéinek összehasonlítása. Magyar Traumatológia  Ortopédia  Kézsebészet  Plasztikai Sebészet  2010. 53. 3.

229

Köszönetnyilvánítás Ezúton fejezzük ki köszönetünket Dr. Lőrinczy Dénes professzor úrnak, a PTE Biofizika Intézet munkatárásának, hogy a méréseket az OTKA CO–272 pályázatából vásárolt SETARAM Micro DSC–II készülékkel részünkre elvégezte. IRODALOM 1. Al-Dadah O. Q., Darrah .C, Cooper A., Donell S. .T, Patel A. D.: Continuous compartment pressure monitoring vs. clinical monitoring in tibial diaphyseal fractures. Injury. 2008. 39. (10): 1204-1209. 2. Bálint G., Than P., Domán I., Wiegand N., Horváth G., Lőrinczy D.: Calorimetric examination of the human meniscus J. Thermal Anal. Calorim. 2009. 95: 759-761. 3. Bourne R. B., Rorabeck C. H.: Compartment syndromes of the lower leg. Clin. Orthop. Relat. Res. 1989. 240: 97-104. 4. Gazsó I., Kránicz J., Bellyei Á., Lőrinczy D.: DSC analysis of the abnormalities of human leg skeletal muscles: A preliminary study. Thermochimica Acta, 2003. 402: 117-122. 5. Harris I. A., Kadir A., Donald G.: Continuous compartment pressure monitoring for tibia fractures: does it influence outcome? J. Trauma. 2006. 60. (6): 1330-1335. 6. Hargens A. R., Mubarak S. J.: Current concepts in the pathophysiology, evaluation, and diagnosis of compartment syndrome. Hand. Clin. 1998. 14. (3): 371-383. 7. Lőrinczy D., Belágyi J.: Effects of nucleotide on skeletal muscle myosin unfolding in myofibrils by DSC. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1995. 217: 592-598. 8. Lőrinczy D., Belágyi J.: Comparative study of myosins in solutions and supramolecular complexes. Effect of nucleotides. Thermochimica Acta, 1997. 296: 161-168. 9. Lőrinczy D., Hartvig N., Belágyi J.: Analysis of nucleotide myosin complexes in skeletal muscle fibres by DSC and EPR. J. Biochem. Biophys. Methods, 2002. 53: 75-87. 10. Lőrinczy D., Könczöl F., Gaszner B., Belágyi J.: Structural stability of actin filaments as studied by DSC and EPR. Thermochimica Acta, 1998. 322: 95-100. 11. McQueen M. M., Christie J., Court-Brown C. M.: Compartment pressures after intramedullary nailing of the tibia. J. Bone Joint Surg. Br. 1990. 72-B. (3): 395-397. 12. Moed B. R., Strom D. E.: Compartment syndrome after closed intramedullary nailing of the tibia: a canine model and report of two cases. J. Orthop. Trauma. 1991. 5. (1): 71-77. 13. Nassif J. M., Gorczyca J. T., Cole .J K., Pugh K. .J, Pienkowski D.: Effect of acute reamed versus unreamed intramedullary nailing on compartment pressure when treating closed tibial shaft fractures: a randomized prospective study. J. Orthop. Trauma. 2000. 14. (8): 554-558. 14. Ogunlusi J. D., Oginni L. M., Ikem I. C.: Compartmental pressure in adults with tibial fracture. Int. Orthop. 2005. 29. (2): 130-133. 15. Ogata K., Whiteside L. A.: Effects of external compression on blood flow to muscle and skin. Clin. Orthop. Relat. Res. 1982. 168: 105-107. 16. Prayson M. J., Chen J. L., Hampers D., Vogt M., Fenwick J., Meredick R.: Baseline compartment pressure measurements in isolated lower extremity fractures without clinical compartment syndrome. J. Trauma. 2006. 60. (5): 1037-1040. 17. Santi M. D., Botte M. J.: Volkmann’s ischemic contracture of the foot and ankle: evaluation and treatment of established deformity. Foot Ankle Int. 1995. 16. (6): 368-377. 18. Shadgan B., Menon M., O’Brien P. J., Reid W. D.: Diagnostic techniques in acute compartment syndrome of the leg. J. Orthop. Trauma. 2008. 22. (8): 581-587. 19. Sohár G., Pallagi E., Szabó-Révész P., Tóth K.: New thermogravimetric protocol for the investigation of normal and damaged human hyaline cartilage. J. Thermal Anal. Calorim. 2007. 89. (3): 853-856. 20. Thati S., Carlson C., Maskill J. D., Anderson J. G., Bohay D. R.: Tibial compartment syndrome and the cavovarus foot. Foot Ankle Clin. 2008. 13. (2): 275-305. 230

Magyar Traumatológia  Ortopédia  Kézsebészet  Plasztikai Sebészet  2010. 53. 3.

21. Tóth K., Sohár G., Aigner Z., Greksa F., Szabó-Révész P.: Novel calorimetric properties of human cartilagesamples in rheumatoid arthritis. J. Thermal Anal. Calorim. 2009. 95. (3): 813–815. 22. Tóth K., Sohár G., Pallagi E., Szabó-Révész P.: Further characterization of degenerated human cartilage with differential scanning calorimetry. Thermochimica Acta, 2007. 464: 75-77. 23. Wiegand N., Vámhidy L., Patczai B., Dömse E., Than P., Kereskai L., Lőrinczy D.: Differential scanning calorimetric examination of the degenerated human palmar aponeurosis in Dupuytren disease. J. Thermal Anal. Calorim. 2009. 95: 797-800. 24. Wiegand N., Vámhidy L., Patczai B., Dömse E., Than P., Kereskai L., Lőrinczy D.: Differential scanning calorimetric examination of transvers carpal ligament in carpal-tunnel disease. J. Thermal Anal. Calorim. 2009. 95: 793-796. 25. Wiegand N., Vámhidy L., Kereskai L., Lőrinczy D.: Differential scanning calorimetric examination of the ruptured Achilles tendon in human. Thermochimica Acta, 2009. 498: 7-10. 26. Wiegand N., Vámhidy L., Than P., Bognár G., Kereskai L.: A vállízület elektrotermiás tokszűkítés hőhatásainak vizsgálata kalorimetriával kadáveren. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet, 2009. 52. (1): 53-59.

www.informed.hu

Dr. Kromek Lóránd PTE ÁOK, Mozgásszervi Sebészeti Intézet, Ortopédiai Tanszék 7624 Pécs, Ifjúság út 13.

lapunk, a Magyar Traumatológia  Ortopédia  Kézsebészet  Plasztikai Sebészet médiapartnere Az InforMed portál az 1995-ben létrehozott első magyar egészségügyi web-site, a Pro Patiente adatbázisára építve a Melania Kft-vel együttműködésben jött létre. Az InforMed portál egyetemekkel, szakmai szervezetekkel, társaságokkal és kollégiumokkal való állandó kapcsolatnak köszönhetően oldalain kizárólag orvosi szempontból lektorált anyagokat helyez el. Az InforMed portált a Health on the Net (HON) akkreditálta. A portál forgamát a Medián nyilvánosan auditálja (webaudit.hu). Az InforMed portál oldalain számos szakterületeket dolgoznak fel (pl. májbetegség, AIDS, stb.) és az érdeklődők igénye szerint körük folyamatosan bővül. Az InforMed portált a kapcsolódó site-okon egységes, szinonima-szótárral támogatott keresőrendszer segíti a kívánt információhoz való gyors hozzáférést, továbbá egységes user-adatbázissal rendelkezik. Az InforMed portál hírlevelei hetente három alkalommal több mint 37 000 regisztrált, hírlevelet kérő olvasóhoz jut el. Az InforMed portál nyitott: várjuk együttműködő partnereinket, publikációkat, előadásokat.

Magyar Traumatológia  Ortopédia  Kézsebészet  Plasztikai Sebészet  2010. 53. 3.

231