Peritonitis in Childhood: Clinical Relevance of Cytokines in the Peritoneal Exudate

Abstract

Background: The aim of the study was to assess pro-inflammatory cytokine (tumor necrosis factor alpha [TNF-α], interleukin 6 [IL-6]) and anti-inflammatory cytokine (interleukin 10 [IL-10]) responses in children with peritonitis secondary to hollow viscus perforation, and to evaluate the influence of peritoneal microbial status on cytokine expression and morbidity. Methods: The peritoneal fluid of 13 children with perforated appendicitis was examined with qualitative analysis of bacteria, and measurement of cytokine levels, which were compared to cytokine plasma levels, over a five-day period following operation. Results: All fluid specimens showed permanently elevated levels of TNF-α and IL-10. IL-6 tended to decrease to normal levels by the 5th postoperative day. Peritoneal exudate levels of TNF-α and IL-10 were more than 100 - 1000 times greater than those in plasma. The most common bacterial species isolated in the peritoneal fluid was Escherichia coli. Despite persisting high cytokine concentrations and bacterial load of the peritoneal cavity for 5 days postoperatively, the children recovered uneventfully and the systemic signs of infection disappeared rapidly. Conclusion: Neither the bacterial nor the pro-inflammatory cytokine load of the peritoneal cavity proved to be associated with the clinical course. We hypothesize that in peritonitis in childhood a significant and clinically relevant cytokine-mediated inflammatory response is compartmentalized in the peritoneal cavity. Therefore adjuvant surgical measures in addition to appendectomy and intraoperative debridement seem not to be necessary, at least for peritonitis due to perforated appendicitis in children.

Résumé

Buts: Apprécier les réponses des cytokines pro-inflammatoires (TNF-alpha, interleukine 6) et des cytokines anti-inflammatoires (interleukine 10, IL 10) chez les enfants avec une péritonite secondaire à la perforation d'un viscère creux, et évaluer l'influence de la contamination microbienne sur l'expression des cytokines et la morbidité. Méthodes: Examiner le liquide péritonéal de 13 enfants avec des appendicites perforées en faisant une analyse qualitative des bactéries et en mesurant les niveaux des cytokines en comparaison avec les cytokines plasmatiques sur une période de 5 jours suivant l'opération. Résultats: Tous les prélèvements montraient une élévation du taux de TNF-alpha et de IL 10. IL 6 tendait à diminuer vers la normale aux alentours du 5^ème jour post-opératoire. Au niveau de TNF-alpha et de IL 10 dans le péritoine et le liquide péritonéal, ils étaient de 100 à 1000 fois plus importants que dans le plasma. La bactérie la plus fréquemment isolée dans le liquide péritonéal était l'E. Coli. En dépit d'une haute concentration de cytokines et d'une charge bactérienne dans le liquide de la cavité péritonéale durant les 5 jours post-opératoires, les enfants évoluaient sans complication et les signes systémiques d'infection disparaissaient rapidement. Conclusion: Ni la charge bactérienne ni les cytokines pro-inflammatoires de la cavité péritonéale ne peuvent être associées avec l'évolution clinique. Nous faisons l'hypothèse que dans la péritonite de l'enfant, la réponse inflammatoire liée aux cytokines est limitée à la cavité péritonéale. Par conséquent des mesures chirurgicales adjuvantes à l'appendicectomie ne semblent pas nécessaires, au moins dans la péritonite appendiculaire de l'enfant.

Resumen

Objetivo: Evaluar las citoquinas proinflamatorias (factor de necrosis tumoral α, TNF-α, Interleuquina 6 [IL-6]) y las citoquinas antiinflamatorias (interleuquina 10 [IL-10]) en niños con peritonitis perforativa y la influencia de la ecología bacteriana sobre la expresión de las citoquinas y la morbilidad. Método: Análisis del líquido peritoneal de 13 niños con apendicitis perforada por análisis cuantitativo de bacterias y medida de los niveles de citoquinas en comparación con los niveles plasmáticos en un periodo de 5 días después de la operación. Resultado: En todas las muestras hubo niveles permanentemente elevados de TNF-α e IL-10. La IL-6 tendió a disminuir a niveles normales hacia el 5º día postoperatorio. Los niveles de TNF-α en el exudado peritoneal y de IL-10 eran de 100 a 1000 veces mayores que los del plasma. La especie bacteriana más comun aislada en el líquido peritoneal fue E. Coli. A pesar de los niveles persistentemente elevados de citoquinas y de la carga bacteriana de la cavidad peritoneal durante los 5 días postoperatorios los niños se recuperaron sin problemas y los signos sistémicos de infección desaparecieron rápidamente. Conclusion: Ni la carga de bacterias ni la de citoquinas proinflamatorias en la cavidad peritoneal estaban asociadas con el curso clínico. Nuestra hipótesis es que en la peritonitis pediátrica la respuesta inflamatoria mediada por las citoquinas está compartimentada en la cavidad peritoneal. Por lo tanto las medidas quirúrgicas de ayuda además de la apendicectomía y de la limpieza no parecen necesarias por lo menos en las peritonitis debidas a apendicitis en niños.

Zusammenfassung

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Reaktion der pro-inflammatorischen Zytokine Tumornekrosefaktor alpha (TNFα) und Interleukin 6 (IL-6) und des anti-inflammatorischen Zytokins Interleukin 10 (IL-10) bei Kindern mit Peritonitis, welche von einer Hohlorganperforation ausgeht, zu analysieren. Zudem soll der mögliche Einfluss der bakteriellen Besiedelung der Peritonealhöhle auf die Zytokinkonzentration und den Krankheitsverlauf untersucht werden. Methodik: Das Peritonealexsudat von 13 Kindern mit perforierter Appendizitis wurde erstmals intraoperativ und während der nächsten 5 Tage gesammelt, um qualitative bakteriologische Analysen durchzuführen und die Konzentration der o. g. Zytokine zu bestimmen. Parallel erfolgte die Messung der Zytokinkonzentration im Plasma. Ergebnisse: Sowohl im Plasma als auch im Peritonealexsudat konnten permanent hohe Konzentrationen von TNFα und IL-10 gemessen werden. Hingegen zeigte IL-6 bis zum 5. postoperativen Tag eine deutlich abnehmende Konzentration. Die Spiegel von TNFα und IL-10 im Peritonealexsudat waren 100 - 1000-mal höher als im Plasma. Das am häufigsten im Peritonealexsudat nachgewiesene Bakterium war Escherichia coli. Ungeachtet der hohen Zytokinspiegel im Peritonealexsudat und der anhaltenden bakteriellen Besiedelung der Bauchhöhle über den 5. postoperativen Tag hinaus erholten sich die Kinder rasch. Zudem waren die Entzündungszeichen im Blut regredient. Schlussfolgerung: Weder die bakterielle Besiedelung noch anhaltend erhöhte Spiegel pro-inflammatorischer Zytokine des Peritonealexsudates scheinen in Korrelation zum klinischen Verlauf zu stehen. Wir vermuten, dass bei Peritonitis im Kindesalter eine signifikante und klinisch relevante, durch Zytokine induzierte Entzündungsreaktion durch das Peritoneum kompartimentiert wird und damit den klinischen Verlauf nur untergeordnet beeinflusst. Deshalb sind unseres Erachtens im Kindesalter bei der operativen Therapie der perforierten Appendizitis neben der Appendektomie und der lokalen Herdsanierung zusätzliche chirurgische Maßnahmen im Allgemeinen nicht erforderlich.

Peritonitis - perforated appendicitis - cytokines - surgical measures - childhood

Péritonite - appendicite perforée - cytokines - traitement chirurgical - enfance

Peritonitis - apendicitis perforada - citoquinas - medidas quirúrgicas - niños

Peritonitis - perforierte Appendizitis - Zytokine - chirurgische Maßnahmen - Kindesalter

References

• 1 Ablan C J, Olen R N, Dobrin P B, O'Keefe P, Tatarowicz W, Freeark R J. Efficacy of intraperitoneal antibiotics in the treatment of severe fecal peritonitis.  Am J Surg. 1991;  162 453-456
• 2 Adam U, Ledwon D, Hopt U T. Programmed lavage, a basic method of treatment of diffuse peritonitis.  Langenbecks Arch Surg. 1997;  382 S18-S21
• 3 Berger D, Beger H G. Neue Aspekte zur Pathogenese und Behandlung der Sepsis und des septischen Schocks.  Chirurg. 1991;  62 783-788
• 4 Berger D, Buttenschoen K. Management of abdominal sepsis.  Langenbecks Arch Surg. 1998;  383 35-43
• 5 Billing A, Fröhlich D, Ruckdeschel G. The influence of taurolin on defense functions and bacterial growth in human peritonitis.  Langenbecks Arch Surg. 1992;  377 180-185
• 6 Bone R C, Fisher C J, Clemmer T P, Slotman G J, Metz C A, Balh R A. Sepsis syndrome: a valid clinical entity.  Crit Care Med. 1989;  17 389
• 7 Bone R C. The sepsis syndrome - definition and general approach to management.  Clin Chest Med. 1996;  17 175-181
• 8 Edmiston C E, Goheen M P, Kornhall S, Jones F E, Condon R E. Fecal peritonitis. Microbial adherence to serosal mesothelium and resistance to peritoneal lavage.  World J Surg. 1990;  14 176-183
• 9 Farthmann E H, Schoeffel U. Principles and limitations of operative management of intraabdominal infections.  World J Surg. 1990;  14 210-217
• 10 Focht J, Noesner K. Spectrum of pathogens and resistance in peritonitis.  Langenbecks Arch Surg. 1997;  382 S1-S4
• 11 Goertz G. Local antiseptic and antiendotoxic measures in case of intraabdominal infections.  Langenbecks Arch Surg. 1997;  382 S37-S41
• 12 Haecker F-M, Schumacher U, Eiring P, Astfalk W, Stuhldreier G, Werner H. Clinical relevance of Bilophila wadsworthia in acute abdominal pain in children.  Zentralbl Kinderchir. 1997;  6 40-48
• 13 Haecker F-M, Kirschner H-J, Berger D, Astfalk W, Schweizer P. Perforated appendicitis in children: Are “adjuvant” surgical procedures necessary for the treatment of peritonitis?.  Br J Surg. 1997;  84 S4
• 14 Haecker F-M, Berger D, Schumacher U, Friess D, Schweizer P. Peritonitis in childhood: aspects of pathogenesis and therapy.  Pediatr Surg Int. 2000;  16 182-188
• 15 Heeg K, Miethke T, Wagner H. Neue Perspektiven zur Pathophysiologie der grampositiven Sepsis.  Dt Aerztebl. 1995;  92 A1177-1180
• 16 Holzheimer R G, Schein M, Wittmann D H. Inflammatory response in peritoneal exsudate and plasma of patients undergoing planned relaparotomy of severe secondary peritonitis.  Arch Surg. 1995;  130 1314-1320
• 17 Kleine H O, Beger H G. Endotoxinelimination durch intra- und postoperative Lavage bei diffuser bakterieller Peritonitis.  Langenbecks Arch Chir. 1988;  373 (Suppl II) 654-656
• 18 Lally K P, Cruz E, Xue H. The role of anti-tumor necrosis factor-α and interleukin-10 in protecting murine neonates from escherichia coli sepsis.  J Pediatr Surg. 2000;  35 852-855
• 19 Leiboff A R, Soroff H S. The treatment of generalized peritonitis by closed postoperative peritoneal lavage. A critical review of the literature.  Arch Surg. 1987;  122 1005-1010
• 20 Martineau L, Shek P N. Peritoneal cytokine concentrations and survival outcome in an experimental bacterial infusion model of peritonitis.  Crit Care Med. 2000;  28 788-794
• 21 Neugebauer E, Rixen D, Raum M, Schäfer U. Thirty years of anti-mediator treatment in sepsis and septic shock - what have we learned?.  Langenbecks Arch Chir. 1998;  383 26-34
• 22 Reith H B. Therapy of peritonitis today: Surgical management and adjuvant therapy strategies.  Langenbecks Arch Surg. 1997;  382 (Suppl I) S14-S17
• 23 Riche F C, Cholley B P, Panis Y, Laisne M J, Briard C G, Graulet A M, Gueris J L, Valleur P D. Inflammatory cytokine response in patients with septic shock secondary to generalized peritonitis.  Crit Care Med. 2000;  28 433-437
• 24 Schoeffel U, Jacobs E, Ruf G, Mierswa F, von Specht B U, Farthmann E H. Intraperitoneal micro-organisms and the severity of peritonitis.  Eur J Surg. 1995;  161 501-508
• 25 Schumacher U, Eiring P, Haecker F-M. Incidence of Bilophila wadsworthia in appendiceal, peritoneal and fecal samples from children.  Clin Microbiol Infect. 1997;  3 134-136
• 26 Staubach K H. Adjuvant therapy of secondary peritonitis by taurolidine may modulare the systemic cytokine-mediated host response.  Langenbecks Arch Surg. 1997;  382 S26-S30