Short chain fatty acids on anastomotic and abdominal wound healing: experimetnal trial on rats

Introduction: A lot of factors seem to interfere to the healing process and anastomotic integrity, like O2 delivery to the tissues, tension to the anastomoses, surgical technique, improper large intestine mechanical preparation, patient’s general condition, inflammatory mediators, cytokines and growth factors. Nutrient solutions containing short-chain fatty acids (SCFA) and hypertonic glucose have recently been associated with improved experimental anastomotic healing. SCFAs, the main fuel used by the colonocytes, are associated with an immediate trophic effect on the colonic mucosa. Acetate, propionate, and butyrate, the principal SCFAs, are produced by bacterial fermentation from carbohydrates. Polysaccharides such as cellulose, pectins, and hemicelluloses are their major source. The purpose of the present study is to investigate the effect of short chain fatty acids' (SCFAs) operative lavage, on the healing process of large intestine anastomoses and on the laparotomy΄s wound incision, during normal and compromised by methylprednisolone healing capability. Material–Methods: 110 Wistar rats were used for the purposes of the experiment. The animals were divided in groups of 10 members each. The first two groups were used to standardize the method and were not included in the final results. The main nine groups were mainly defined according to the lavage solution that had been used. These solutions were Normal Saline 0,9% (group 2,5 and 8), dextrose 10% (group 3), SCFAs group (sodium acetate 40 mM/L, sodium propionate 60 mM/L, and sodium n΄butyrate 60 mM/L) (groups 5, which were only feeded upon, 6 and 7 lavaged). The data were analysed according to the Kruskal-Wallis or Mann-Whitney-u tests as appropriate. Of all animals that were subjected to anastomoses (except group 1), the large intestine was lavaged by one of the above mentioned solutions. Two of the animal groups were administered methylprednisolone (group 7 and 8) and the animals of two groups were not subjected to a large intestine anastomosis (group 4 and 9). On the 4th p/op day, the animals were sacrificed and the healing process of the bowel anastomoses and the abdominal wall wounds were evaluated by clinical observation of septic complications (abscesses, dehision and adhesions), by measuring of anastomotic bursting pressure and by evaluation of abdominal wall wound tensile strength. Results: 3 p/op deaths were encountered during the experiment among the groups 2, 5 and 7. In groups 5,6 and 7 clinical evaluation of abdominal wall wound healing was much better than that of groups 2 and 3 (p<0,05). There were some abscesses in some animals of groups 1, 2, 3 and 5 in contrast to the animals of groups 6, 7, 8 and 9. Abdominal wound΄s tensile strength was measured by using a dynamometer and was evaluated as the weight of the column of water, in gr*, that would fully break apart a block of 3X3 cm abdominal wound sample, consisting of both myofacial and skin layers. The weight of the water that was needed to measure wound strength of group 1 animals was 171±58,81 gr* average. That of group 2 was 103,57±40,97 gr*, of group 3 116,375±54,50 gr*, of group 5 103±20,78 gr*, of group 6 was 218,2±96,57 gr*, of group 7 was 190,89±48,97 gr* of group 8 was 186,4±53,11 gr* and that of group 9 was 184,22±96,35 gr*. Abdominal wound tensile strength was much higher in group 6 than that in groups 2, 3 and 5 (p=0,018, p=0,042 and p=0,004, respectively). Anastomoses of groups 6 and 7 were clinically evaluated as better than those of groups 1, 2 and 3 (p<0,05). The same observation was encountered between group 8 and 2 (p=0,037). Accordingly many animals of groups 6, 7 and 8 had less abdominal and anastomotic adhesions than the others (p<0,001). Anastomotic bursting pressure of group 1 was calculated 67,1±21,38 mmHg average. That of group 2 was 37,14±31,66 mmHg, of group 3 was 48±10,81 mmHg, of group 5 was 43,33±9,37 mmHg, that of group 6 was 73,3±17,25 mmHg of group 7 was 48,22±10,72 mmHg and of group 8, 33,3±24,86 mmHg. Statistically anastomotic bursting pressures (BP) of group 1 were higher than those of group 2 and 8 (p=0,048 and p=0,004). Accordingly, BP of group 6 was much higher than that of groups 2, 5 and 8 (p=0,006, p=0,024 and p<0,001, respectively). IL-6 (pg/ml) and CRP (mg %) concentrations in the animal’s serum were not measurable. TNF-a concentration in pg/ml was higher in group 8 (p<0,05) except for groups 2 and 3. TNF-a was also higher in group 3, in comparison to group 4 (p=0,013). Conclusions: 1) Short chain fatty acids seem to significantly enhance large intestine anastomotic strength among the rats. 2) SCFAs seem to significantly reverse the negative effect of corticosteroids in the healing process. 3) NS 0,9% and D/W 10% large intestine lavage seem to adversely effect anastomotic strength, in comparison to the unprepared and unlavaged colon of the rats. 4) Anastomotic Bursting Pressure and abdominal wound Tensile Strength values were in accordance, except for the groups of animals that received corticosteroid treatment. 5) Corticosteroid treatment seems to compromise anastomotic healing, but not abdominal wound strength. 6) Significantly negative effect on anastomotic bursting pressure and abdominal wound tensile strength seems to have the overall septic reaction of the experimental animals, with concomitant high TNF-a concentrations among the groups of animals with compromised anastomotic healing process.Πολλοί παράγοντες φαίνεται να συμμετέχουν στην επουλωτική διαδικασία γενικά και στηνακεραιότητα των αναστομώσεων ειδικότερα, όπως η παροχή Ο2, η τάση στην αναστόμωση και η εγχειρητική τεχνική, η ατελής προετοιμασία του εντέρου, η γενική κατάσταση του ασθενούς, διάφοροι μεσολαβητές, κυτταροκίνες και αυξητικοί παράγοντες, όπως και τροφικοί παράγοντες για τον βλεννογόνο, που φαίνεται να ενισχύουν την επουλωτική διαδικασία. Σκοπός της παρούσης πειραματικής έρευνας είναι να μελετηθεί η επίδραση της διεγχειρητικής έκπλυσης με λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου, που αποτελούν ενεργειακή πηγή του εντερικού επιθηλίου, στην επούλωση των αναστομώσεων του παχέος εντέρου, όπως και στην επούλωση του κοιλιακού τραύματος επιμύων σε φυσιολογική, καθώς και σε μειωμένη επουλωτική διαδικασία. Υλικό και Μέθοδος: Χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 110 άρρενες επίμυες Wistar. Ο διαχωρισμός των ομάδων ανά 10 πειραματόζωα, έγινε αναλόγως του υλικού έκπλυσης του παχέος εντέρου. Στα διαλύματα αυτά περιλαμβάνονταν φυσιολογικός ορός NaCl 0,9% (ομάς 2,5,8 και πρόδρομη), Dextrose 35% (πρόδρομη ομάς), Dextrose 10% (ομάς 3) και διάλυμα λιπαρών οξέων βραχείας αλύσου (SCFAs) Sodium acetate 40 mM/L, Sodium propionate 60 mM/L και Sodium N’butyrate 60 mM/L (ομάδες 5 για σίτιση, 6 και 7 για διεγχειρητική πλύση). Οι δύο αρχικές ομάδες ήταν διερευνητικές. Σε όλα τα πειραματόζωα που διενεργήθηκαν αναστομώσεις, πλην μιας ομάδος (ομάς 1), προηγήθηκε πλύση του παχέος εντέρου, μέσω περίπαρσης στο τυφλό. Σε 2 από τις ομάδες αυτές, χορηγήθηκε προ- και μετεγχειρητικά μεθυλπρεδνιζολόνη (ομάδες 7 και 8). Σε 2 ομάδες δεν διενεργήθηκαν αναστομώσεις (ομάδες 4 και 9). Μελετήθηκαν, την 4η μετεγχειρητική ημέρα, μετά από θυσία του πειραματοζώου, η ενδοαυλική πίεση διάσπασης της αναστόμωσης με τη βοήθεια καταγραφικού ηλεκτρονικού μηχανήματος, όπως και η δύναμη διάσπασης του κοιλιακού τραύματος με ειδική συσκευή (δυναμόμετρο). Προηγείτο καταγραφή των συμφύσεων στην αναστόμωση και την περιτοναϊκή κοιλότητα, της ύπαρξης ή όχι αποστημάτων και πιθανά, περιτονίτιδας. Αποτελέσματα: Στις 9 κύριες ομάδες της μελέτης παρατηρήθηκαν 3 μετεγχειρητικοί ή διεγχειρητικοί θάνατοι, στις ομάδες 2, 5 και 7. Οι ομάδες 5, 6 και 7 είχαν σημαντικά καλύτερη κλινικά επούλωση τραύματος απ’ ότι οι ομάδες 2 και 3 (P<0,05). Μερικά πειραματόζωα στην 1η, 2η, 3η και 5η εμφάνισαν αποστημάτια, ενώ τα πειραματόζωα στην 6η, 7η, 8η και 9η δεν εμφάνισαν. Ακόμη, αρκετά πειραματόζωα στην 6η, 7η και 8η ομάδα δεν παρουσίασαν σημαντικές συμφύσεις (P<0,001). Η μέτρηση της ισχύος του τραύματος αποφασίστηκε να γίνει en block (δέρμα και μυοαπονευρωτικά στοιχεία μαζί), αφού αυτά δεν ήταν δυνατό να αποχωριστούν. Από την 1η ομάδα παρατηρήθηκε βάρος για τη διάσπαση του τραύματος 171±58,81 gr* κατά ΜΟ. Στη 2η ομάδα ήταν 103,57±40,97 gr*, στην 3η, 116,375±54,50 gr*, στην 5η ομάδα, 103±20,78 gr* κατά ΜΟ και στην 6η, 218,2±96,57 gr*. Στην 7η ομάδα, το βάρος για τη διάσπαση του τραύματος ήταν 190,89±48,97 gr* κατά ΜΟ., στην 8η ομάδα ήταν 186,4±53,11 gr* και στην 9η,184,22±96,35 gr*. Η δύναμη διάσπασης των τραυμάτων ήταν σημαντικά υψηλότερη στην 6η ομάδα σε σύγκριση με την 2η, 3η και 5η ομάδα (P=0,018, P=0,042 και P=0,004, αντίστοιχα). Στην 1η ομάδα, η πίεση διάσπασης βρέθηκε κατά μέσο όρο 67,1±21,38 mmHg. Στη 2η ομάδα ήταν 37,14±31,66 mmHg, στην 3η, 48±10,81 mmHg, στην 5η, 43,33±9,37 mmHg. Στην 6η ομάδα, η πίεση διάσπασης ήταν κατά μέσο όρο 73,3±17,25 mmHg, στην 7η, 48,22±10,72 mmHg και στην 8η ομάδα, 33,3±24,86 mmHg. Στατιστικά, η πίεση διάσπασης των αναστομώσεων ήταν σημαντικά υψηλότερη στην 1η ομάδα σε σύγκριση με την 2η και 8η ομάδα (P=0,048 και P=0,004, αντίστοιχα). Επίσης, η πίεση διάσπασης ήταν σημαντικά υψηλότερη στην 6η ομάδα σε σχέση με την 2η, 5η και 8η ομάδα (P=0,006, P=0,024 και P<0,001, αντίστοιχα). Οι τιμές της IL-6 σε pg/ml ήταν μη ανιχνεύσιμες, όπως και της CRP σε mg/dl ή mg% ήταν <0,0148, δηλαδή αρνητικές. Οι τιμές αντίθετα του TNF-α σε pg/ml, ήταν σημαντικά υψηλότερες στην 8η ομάδα σε σύγκριση με όλες τις άλλες ομάδες (P