The development of a modified pancreaticojejunostomy based on experimental studies of pancreatic injury response to surgical handling

Abstract

Haiman kirurgisessa käsittelyssä vaurion välttämiseen kiinnitettävä erityistä huomiota.

Haimakasvainten kirurginen hoito on haastavaa ja leikkauksiin liittyy huomattava komplikaatioiden riski. Haima on erityisen herkästi vaurioituva elin, jonka vauriomekanismit ovat kuitenkin melko huonosti tunnettuja. Suurin osa komplikaatioista liittyy kirurgisesti rakennettuun haima-suoliliitokseen.

Väitöstutkimuksessa selvitettiin kokeellisesti eläinmalleja käyttäen haima-ohutsuoliliitoksen rakentamiseen liittyvien kirurgisten vaiheiden: haiman katkaisun, ompelun ja liimaamisen sekä biohajoavan stentin käytön vaikutusta haimavaurion kehittymiseen. Kokeellisten töiden pohjalta kehitettiin tekniikka haima-ohutsuoliliitoksen rakentamiseksi. Päämetodeina kokeellisissa töissä käytettiin seerumin amylaasiaktiivisuutta ja haimahistologiaa.

Uusi biohajoava röntgenpositiivinen stentti osoittautui kudosyhteensopivaksi sekä rotan haimaparenkyymissä että sian haimatiehyessä ja sen hajoamista oli mahdollista seurata röntgenkuvauksilla. Haiman leikkaaminen käyttäen perinteistä veistä sai aikaan vähemmän kudosvauriota kuin leikkaaminen ultraäänisaksilla tai diatermialla riippumatta käytetystä hemostaasimenetelmästä. Haiman ompelu oli vähiten kudosta vaurioittavaa, kun käytettiin ohuempaa lankaa, vähemmän ompeleita ja pienempää solmunkireyttä. Syanoakrylaattipohjaiset kudosliimat aiheuttivat merkittävää haimavauriota sekä tulehduksen että asinussoluvaurion muodossa. Fibriinipohjaiset kudosliimat aiheuttivat lievemmän, mutta selkeän, haimavaurion. Liimoilla aikaansaadun haima-suoliliitoksen vetolujuuksissa oli selviä eroja.

Kokeellisten osatöiden yhteinen löydös oli, että niin haiman leikkaus, haiman ompelu kuin suolen liimaaminen haiman pintaan aiheuttivat laajamittaisen tulehdus- ja vaurioreaktion kudoksessa. Histologisia muutoksia oli sekä interventiokohdassa että toisesta päästä haimaa otetuissa näytteissä. Interventiot aiheuttivat myös väliaikaisen amylaasiarvon kohoamisen seerumissa. Myös kontrollimielessä tehdyssä sarjassa, jossa jäljiteltiin interventioryhmien leikkausoperaatiota haiman käsittelyssä mutta ilman interventiota, havaittiin lievä haiman tulehdusreaktio ja amylaasimuutokset.

Lopuksi kehitettiin leikkaustekniikka, jota varten valittiin kokeellisten töiden perusteella vähiten haimaa vaurioittavat kirurgiset menetelmät. Tekniikassa haima-suoliliitos rakennettiin käyttäen biohajoavaa stenttiä haimatiehyessä ja ompelematta haimakudosta. Tekniikka todettiin mahdolliseksi toteuttaa kolmella potilaalla.

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että haima on erittäin herkkä elin ja pienikin interventio voi aiheuttaa siihen laajamittaista tulehdusta ja kudosvaurioita. Haimakirurgian korkean morbiditeetti vuoksi uusille leikkaustekniikoille on tarvetta. Väitöstutkimuksessa kuvattu leikkaustekniikka tulee jatkossa tutkia turvallisuudeltaan ja teholtaan kliinisissä sarjoissa.

Complications originating from reconstructed pancreaticojejunal anastomosis after pancreaticoduodenectomy are relatively common. The pancreas is known to be an easily irritated and vulnerable organ. However, the development of pancreatic injury and the association of the injury with complications are not comprehensively known although several factors have been identified in the course of injury response. The aim of this thesis was to experimentally investigate pancreatic injury response to the various methods used in the major surgical procedures during pancreaticoduodenectomy including resecting, suturing and gluing the pancreas, and the use of a biodegradable pancreatic stent.

The biocompatibility of the new biodegradable polylactide stent was investigated both when a stent fibre was punctured into the pancreatic parenchyma of rat and as a braided stent when inserted into the pancreatic duct of swine. The stent material was non-toxic in the parenchyma and the duct but a widespread inflammatory response was observed after parenchymal puncture regardless of whether the punctured material was same size of stent fibre or reference stainless steel needle.

This finding led to studies where several surgical methods were investigated and compared regarding the pancreatic injury response they induce. Resection of the pancreatic tissue with a surgical knife, independent of the used haemostasis method, was found to induce less histological injury than resection with ultrasonic scissors or electrocautery. Suturing the pancreatic parenchyma was least injurious when thinner thread, fewer suture passes and less force at the suture loops were used. Gluing a loop of the jejunum on the side of the pancreas using cyanoacrylate derivatives induced severe inflammation and acinar cell damage in the tissue. Fibrin glues induced similar but milder histological changes in the pancreas. Only mild changes were seen in the bowel wall. Tensile strength of the created junction increased by time exceeding 1 newton with most of the tissue adhesives tested, but the harmful tissue effects observed compromise their use in pancreatic surgery.

The common finding from the experimental Studies I and III-V was that each type of intervention and also sham-operation, where the surgical procedure was mimicked without the intervention itself, induced temporary hyperamylasaemia and widespread injury response in the pancreas. This spreading was identified from observation of similar but milder histological changes in tissue specimens taken remote from the primary intervention site with each type of intervention.

On the basis of the five experimental studies, a modified technique for pancreaticojejunostomy was developed by choosing the least injurious methods in each major surgical procedure. A modified pancreaticojejunostomy with the biodegradable pancreatic duct stent and without sutures through the pancreatic parenchyma was successfully tested in three human pilots and was found to be an applicable technique. This modified anastomosis needs to undergo further phase I and phase II trials to test its safety and efficacy.