background image

1

 

 

Third stage 

Surgery 

Lec-2

 

مدثر

 

1/1/2014

 

 

The metabolic response to injury 

 

LEARNING OBJECTIVES 

• Classical concepts of homeostasis 

• Mediators of the metabolic response to injury 

• Physiochemical and biochemical changes that occur during injury and recovery 

• Changes in body composition that accompany surgical injury 

• Avoidable factors that compound the metabolic response to injury 

• Concepts behind optimal perioperative care 

 

Basic concepts 

 

Homeostasis is the foundation of normal physiology 

 

‘Stress-free’ perioperative care helps to restore homeostasis following elective surgery 

 

Resuscitation, surgical intervention and critical care can return the severely injured 
patient to a situation in which homeostasis becomes possible once again 

 

BASIC CONCEPTS IN HOMEOSTASIS 

 

‘Homeostasis: the co-ordinated physiological 
process which maintains most of the steady 
states of the organism.’ (Walter Cannon) 

 

Responses to injury are, in general, beneficial 
to the host and allow healing/survival. (John 
Hunter). 

 

It is important to recognise that the response 
to injury is graded  ,the more severe the injury, 
the greater the response . 

 

This concept not only applies to physiological/metabolic changes but also to 
immunological changes/sequelae. 

 

 


background image

2

 

 

THE METABOLIC STRESS RESPONSE TO SURGERY AND TRAUMA : 

The physiological natural response to injury includes: 

 

Immobility/rest 

 

Anorexia 

 

Catabolism 

The changes are designed to aid survival of moderate injury in the absence of medical 
intervention 

 

The neuroendocrine response to severe injury/critical illness is biphasic: 

 

Acute phase characterised by an actively secreting 
pituitary and elevated counter-regulatory hormones 
(cortisol, glucagon, adrenaline). Changes are thought to be beneficial for short-term 
survival 

 

Chronic phase associated with hypothalamic suppression  and low serum levels of the 
respective target organ hormones. Changes contribute to chronic wasting 

 

 


background image

3

 

 

Systemic inflammatory response syndrome (SIRS) following major injury: 

■ Is driven initially by pro-inflammatory cytokines 

 (e.g. IL-1,IL-6 and TNFα) 

■ Is followed rapidly by increased plasma levels of cytokine antagonists and soluble 
receptors (e.g. IL-1Ra, TNF-sR) 

■ If prolonged or excessive may evolve into a counterinflammatory  response syndrome 
(CARS) 

 

In 1930, Sir David Cuthbertson divided the metabolic response to injury in humans into 
‘ebb’ and ‘flow’ phases : 

 

 

Ebb phase begins at the time of injury and lasts for approximately 24–48 hours. It may 
be attenuated by proper resuscitation, but not completely abolished.  

 

The ebb phase is characterised by: 
hypovolaemia, decreased basal metabolic rate, reduced cardiac output, hypothermia 
and lactic acidosis.  

 

The predominant hormones regulating the ebb phase are: 
catecholamines, cortisol  and aldosterone (following activation of the renin–angiotensin 
system). 

The flow phase may be subdivided into an initial catabolic phase, lasting approximately 3–
10 days, 

followed by an anabolic phase, which may last for weeks if extensive recovery and repair 
are required following serious injury 

 

Purpose of neuroendocrine changes following injury is to:  

 

Provide essential substrates for survival 

 

Postpone anabolism 

 

Optimise host defence 

These changes may be helpful in the short term, but may be harmful in the long term, 
especially to the severely injured patient who would otherwise not have survived without 
medical intervention. 


background image

4

 

 

KEY CATABOLIC ELEMENTS OF THE FLOW PHASE OF 
THE METABOLIC STRESS RESPONSE 

Hypermetabolism following injury: 

 

Is mainly caused by an acceleration of futile metabolic 
cycles 

 

Is limited in modern practice  by elements of  routine critical 
care 

 

During the metabolic response to injury, the body reprioritises protein metabolism away 
from peripheral 

tissues and towards key central tissues such as the liver, immune system and wound. 

 

 

Changes in body composition following major surgery/critical illness 

 

Catabolism leads to a decrease in fat mass and skeletal muscle mass 

 

Body weight may paradoxically increase because of  increase in the  extracellular fluid 
space 

 

Alterations in hepatic protein metabolism: 
 the acute phase protein response (APPR) 

The hepatic acute phase response represents  a reprioritisation of body  protein 
metabolism towards the liver and is 

characterised by: 

 

Positive reactants (e.g. CRP): plasma concentration  

 

Negative reactants (e.g. albumin): plasma concentration  

 

 


background image

5

 

 

Insulin resistance 

*Following surgery or trauma, postoperative hyperglycaemia  develops as a result of 
increased glucose production combined with decreased glucose uptake in peripheral 
tissues.  

*Decreased glucose uptake is a result of insulin resistance which is transiently induced 
within the stressed patient.  

 

Suggested mechanisms for this phenomenon include the action of pro-inflammatory 
cytokines and the decreased responsiveness of insulin-regulated glucose transporter 
proteins. The degree of insulin resistance is proportional   to the magnitude of the injurious 
process. Following routine upper abdominal surgery, insulin resistance may persist for 
approximately 2 weeks. 

 

Avoidable factors that compound the response to Injury 

 

Continuing haemorrhage 

 

Hypothermia 

 

Tissue oedema 

 

Tissue underperfusion 

 

Starvation 

 

Immobility 

 

A proactive approach to prevent unnecessary aspects of the surgical stress 
response: 

 

Minimal access techniques 

 

Blockade of afferent painful stimuli (e.g. epidural analgesia) 

 

Minimal periods of starvation 

 

Early mobilisation 

 

 

 

 

 

 

 


background image

6

 

 

From other lecture 

 

Body response to trauma 

Trauma in general initiate a series of biochemical and physiological reactions created by 
secretion of hormones and mediators (neuro - endocrine) as an adaptive mechanism for 
restoration of hemostasis and promote tissue healing. 

The intensity of the reaction is proportional to the severity of the injury. 

It is also affected by the age, pre trauma health state and accompanied disease. 

 

The main stimulus of the neuro endocrine reaction are 

1-  Changes in the effective circulatory volume like hemorrhage, burn, diarrhea or 

vomiting. 

2-  Changes in the concentration of Oxygen  or Carbon dioxide like in asphyxia, chest 

trauma or head injury. 

3-  Pain and noxious stimuli. 
4-  Sepsis like sever infection, peritonitis. 

 

The neuro-endocrine response characterized by secretion of hormones that control and 
maintain the reaction These Hormones called the stress hormones which include: 

1-  catcholamin. 
2-  corticosteroid. 
3-  glucagons. 
4-  renin - angiotonsen 
5-  aldosteron 
6-  vasopressin 
7-  growth hormone 

 

Caticholamine:

 

  
Secreted from the adrenal medulla in form of adrenalin and nor adrenalin, there actions 
are: 

1-  Increase sympathetic tone result in vasoconstriction and increase cardiac rate and 

contractility. 

2-  Glycogenolysis, gluconeogenesis, (hyperglysemia) 
3-  ketolysis (break down of protein into AA)  


background image

7

 

 

4-  lipolysis (break down of lipid into FA) 

 

Corticosteroid:  

Secreted from the adrenal cortex its actions are: 

1-  glycogenolysis, gluconeogenesis,  
2-  ketolysis. 
3-  lipolysis. 
4-  stabilize cell membrane and lysosoms. 
5-  Anti inflammatory action. 
6-  increase intravascular volume. 
7-  permissive effect to catecholamine 

 

Renin angiotensin system:

  

Secreted from the  distal convoluted tubule its actions are:  
   1- Vasoconstriction 
   2- Increase cardiac rate and contractility 
   3- Increase vascular permeability. 
   4- Stimulate aldosteron and vassopressin secretion. 

 

Glucagon: 

 

Secreted from the pancreas its actions are:  

   1- glycogenolysis, gluconeogenesis  

   2-lipolysis  

   3-ketogenesis. 

   4- inhibit insulin secretion 

   5- increase cardiac rate and contractility  

 

Aldosteron:  

from adrenal cortex, it increase water and sodium retention from the kidney. 

 

Vassopressin:  

from posterior  pituitary gland its actions are: 


background image

8

 

 

  1-Vasoconstriction  

  2-Increase cardiac rate and contractility. 

 

Growth hormone:  

from anterior pituitary gland its actions are: 

  1-Glycogenolysis, gluconeogenesis  

  2-Lipolysis  

  3-Ketogenesis 

  4-Promote action of caticholamine. 

 

The aim of the neuro endocrine response are: 

1- Hyper glycemia. 

2- Production of amino acid(AA). 

3- Production of fatty acid (FA). 

4- Restore fluid and electrolyte. 

5- Support cardiac function. 

6-mentain vascular resistance. 

 

The body response pass into 3 phases 

1- The ebb  phase:

 

it’s the first 24 to 48 hours after injury  the aim is to restore circulation and prepare fuel for 
the next phase. The metabolic changes are : 

1- Glycogenolysis 

2- Gluconeogenesis 

3- Increase secretion of stress hormones. 

4- Decrease secretion of insulin  

The result of this changes are:  

Hyperglysemia, water and sodium retention, increase vascular resistance, decrease urine 
output and elevation of blood pressure. 


background image

9

 

 

2- The flow ( catabolic) phase: 

Its started after 48 hours and may last several weeks depending on the severity of the 
injury. 

The metabolic changes are : 

1- Increase in resting energy expenditure which is due to catecholamine, this results in 
hypermetabolic state. 

2- Increase oxygen consumption by tissue. 

3- Increase secretion of stress hormones. 

4- Hyperglycemia: which is needed for 

     A- CNS metabolism. 

     B- WBC and RBC nutrition. 

     C- Wound healing 

     D- Immune system function. 

5- ketolysis ( protein break down) to AA which is used for 

A- intermediates to gluconeogensis  

B-provide AA for the syntheses of leukocytes and cellular proliferation. 

6- lypolysis: degradation of fat to FA which is used for: 

A- intermediates to gluconeogensis  

B-  energy substrate for muscles specially of respiration, heart and kidneys (non glucose 
depended tissue)  

 

3- anabolic phase: 

It’s the last phase started after abolishing of infection and disappearance of pain and 
subsiding of inflammation.  

The body start to build its self again and return the functional capacity of the organ, it 
needs along time to restore body protein and fat.  

Its characterized by 

1- increase body Wight 

2- stabilization of cardiac output 

3-returne of blood sugar to normal. 

 


background image

11

 

 

In summary the response to injury result in 

1- Hyper metabolism 

2- Hyperglycemia. 

3- Hyper catabolism 

The aim is to provide high circulating substrate (glucose, AA, FA)   

 but 

On the expense of body tissue stores. 

If the body support fail to meet the body requirement during the hyper metabolic phase, 
the cellular energy level well decrease and result in  

MULTIPLE ORGAN DYSFUNCTION SYNDROMAND MULTIPLE ORGAN FAILURE 

   

  

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 14 عضواً و 224 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل