Assessment of Electrical Impedance of the Liver and Spleen under Occlusion of Hepatic Blood Flow

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Liver resection remains the main trend in the treatment for primary and metastatic liver tumors and provides better overall and disease-free 5-year survival compared with conservative treatment options. Extensive liver resection is accompanied by the risk of post-resection liver failure. There is currently no absolute algorithm for determining the prognosis of post-resection liver failure. One of the ways to find new approaches to assessing the prognosis and diagnosing post-resection liver failure is bioimpedance analysis of the liver.
The aim of the study was to assess the effect of hepatic blood flow occlusion on changes in the electrical impedance of the liver and spleen.
Materials and methods. The study involved 20 male Wistar rats weighed 180-270 g. In the first series, experimental animals underwent occlusion of the hepatic blood flow for 15 minutes, and then underwent reperfusion (n=10). In the second series, occlusion of the hepatic blood flow was carried out for 90 minutes (n=10). Under general anesthesia, a median laparotomy was performed, followed by the application of a vascular clip to an analogue of the hepatoduodenal ligament, followed by clamping of the bile duct, hepatic artery and portal vein for 15 minutes in the first series and 90 minutes in the second series of the experiment. Invasive bioimpedansometry of the liver was performed using an original device for measuring the impedance of biological tissues BIM-II (RF patent No. 2366360). The data obtained were analysed at a frequency of 2 kHz, the hepatosplenic index (HSI) was calculated as the ratio of the average electrical impedance of the liver to the average electrical impedance of the spleen.
Results. The 1st series of experiments. After applying the clips to the hepatoduodenal ligament analogue, the value of the electrical impedance of the liver parenchyma at a frequency of 2 kHz did not change and amounted to 2.3 (2.11; 3.1) kΩ versus 2.34 (2.05; 2.81) kΩ registered before manipulation. The median spleen impedance decreased statistically significantly from 2.7 (2.07; 3.5) kΩ to 1.63 (1.47; 2.04) kΩ (p <0.05). After 15-minute occlusion of the hepatic blood flow, the electrical impedance of the liver parenchyma statistically significantly increased by 1.47 times and amounted to 3.98 (2.64; 4.59) kΩ. The median value of spleen impedance was 1.86 (1.52; 2.23) kΩ, and was statistically significantly lower (p<0.05) than before the clip application. After reperfusion, the liver impedance decreased to 3.11 (2.06; 5.11) kΩ, and the spleen impedance was 2.08 (1.53; 2.55) kΩ, while both parameters were statistically significantly different from the initial values. The dispersion coefficient D2kHz/20kHz of the liver statistically significantly increased to 2.10 (1.67; 2.58) 15 minutes after the clip application relative to the parameters before vascular exclusion – 1.71 (1.44; 2.08) and immediately after clamping analogue of the hepatoduodenal ligament – 1.60 (1.46; 2.11). After reperfusion, the dispersion coefficient D2kHz/20kHz of the liver parenchyma did not differ from the initial values and amounted to 1.79 (1.52; 2.29). The dispersion coefficient D2kHz/20kHz of the spleen decreased significantly immediately after occlusion of the hepatic blood flow from 1.54 (1.28; 1.71) to 1.36 (1.20; 1.62) and was at the corresponding level, including that after reperfusion. Fifteen minutes after the clip application, the dispersion coefficient D2kHz/20kHz of the spleen was statistically significantly lower than the values of D2kHz/20kHz of the liver (p<0.05) – 1.42 (1.19; 1.6) versus 2.1 (1.67; 2.58). Before vascular exclusion of the liver, the median HSI was 0.89 (0.72, 1.11). After the clip application, the HSI parameter statistically significantly increased to 1.43 (1.28; 1.95) due to a decreased electrical impedance in the spleen parenchyma. After 15-minute ischemia, HSI statistically significantly increased to 2.01 (1.26; 2.68), and after reperfusion it remained at a level higher than the initial level. 
The 2nd series of experiments. Before vascular exclusion, the electrical impedance of the liver parenchyma of experimental rats was 2.39 (1.8, 2.57) kΩ. After 15 minutes, the electrical impedance increased significantly to 3.2 (3.08; 3.32) kΩ, which was consistent with the results of the previous experiment. After 30, 45, 60 and 90 minutes, the impedance values of the liver parenchyma did not change and were increased if compared with the initial level. The coefficient of the electrical impedance dispersion of the liver increased statistically significantly after 15-minute ischemia and remained at a high level until the end of the experiment. After the clip application, the HSI parameter statistically significantly increased after 15 minutes and remained at a level higher than the initial level in 30 minutes, 45 minutes, 60 minutes, 90 minutes of ischemia.
Conclusions. After vascular exclusion of the liver, interrelated changes in the electrical impedance of the liver and spleen occurred within 15 minutes. These processes are mainly associated with changes in blood supply to the studied organs and ischemia effects.

About the authors

Sergei Dmitrievich Leonov

Skobelkin Scientific and Practical Center for Laser Medicine FMBA

Email: leonov-serg@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8024-4456

Ph.D., Senior Researcher of  the Laboratory of Experimental Medicine

Russian Federation, Moscow, Russian Federation

Dmitrii Nikolaevich Panchenkov

Russian University of Medicine

Email: leonov-serg@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8539-4392
SPIN-code: 4316-4651

M.D., Professor, Head of the Department of Surgery and Surgical Technologies

Russian Federation, Moscow, Russian Federation

Viktor Mikhailovich Baranov

Institute of Biomedical Problems of the Russian Academy of Sciences

Email: leonov-serg@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6969-5221

M.D., Professor, Chief Researcher, Head of Scientific Direction

Russian Federation, Moscow, Russian Federation

Anton Viktorovich Rodin

Smolensk State Medical University

Email: doc82@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9046-7429
SPIN-code: 3946-3240

Ph.D., Associate Professor, Associate Professor of the Department of General Surgery with a course of surgery at the Faculty of Postgraduate Education 

Russian Federation, Smolensk, Russian Federation

Olga Vladislavovna Khalepo

Smolensk State Medical University

Email: leonov-serg@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1369-9896
SPIN-code: 2219-3135

Ph.D., Associate Professor, Head of the Department of Pathological Physiology

Russian Federation, Smolensk, Russian Federation

Rovshan Dzhalal ogly Mustafaev

Skobelkin Scientific and Practical Center for Laser Medicine FMBA

Author for correspondence.
Email: leonov-serg@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3701-6068
SPIN-code: 2849-7315

M.D., Leading Researcher of the Clinical Department

Russian Federation, Moscow, Russian Federation

References

  1. Sidorov DV, Lozhkin MV, Petrov LО, Isaeva AG, Gusakova MS. Combined extensive liver resections in patients with locally advanced hepatocellular cancer – clinical cases. Issledovaniya i praktika v meditsine. 2020; 7: 2: 154-163. (in Russ)
  2. Laptiyova AY, Andreev AA, Glukhov AA, Shishkina VV, Ostroushko AP, Antakova LN. Intraoperative Options to Stimulate the Reparative Liver Regeneration in the Experiment. Journal of Experimental and Clinical Surgery 2023;16(4):294-302. doi: 10.18499/2070-478X-2023-16-4-294-302
  3. Kiselev NM. Razrabotka strategii khirurgicheskogo lecheniya patsientov s al'veokokkozom pecheni. Dis. kand. med. nauk. Nizhny Novgorod. Privolzhsky Research Medical University. 2020; 105. (in Russ.)
  4. Garcea G, Maddern GJ. Liver failure after major hepatic resection. J Hepatobiliary Pancreat Surg. 2009; 16: 2: 145-155.
  5. Kauffmann R, Fong Y. Post-hepatectomy liver failure. Hepatobiliary Surg Nutr. 2014; 3: 5: 238-246. doi: 10.3978/j.issn.2304-3881.2014.09.01
  6. Attili A, Sucandy I, Spence J, Bourdeau T, Ross S, Rosemurgy A. Outcomes of extended hepatectomy for hepatobiliary tumors. Initial experience from a non-university hepatobiliary center. Am J Surg. 2020; 219: 1: 106-109. doi: 10.1016/j.amjsurg.2019.05.007
  7. Alikhanov RB, Efanov MG, Subbotin VV, Novikova EV, Shchadrina KV, Buldakov MY. Treatment of severe post-resection liver failure. Analysis of the specialized center. Khirurgiya. Zhurnal im. N.I. Pirogova. 2020; 12: 88-92. (in Russ.)
  8. Xing Y, Liu ZR, Yu W, Zhang HY, Song MM. Risk factors for post-hepatectomy liver failure in 80 patients. World J Clin Cases. 2021; 9: 8: 1793-1802. doi: 10.12998/wjcc.v9.i8.1793
  9. Khastsaev BD. Impedance method in biomedical research and its instrumentation. Meditsinskaya tekhnika. 1996; 3: 34-40. (in Russ.)
  10. Tornuev YuV, Khachatryan RG, Khachatryan AP, Makhnev VP, Osennii AS. Elektricheskii impedans biologicheskikh tkanei. М.: VZPI. 1990; 155. (in Russ.)
  11. Abasi S, Aggas JR, Garayar-Leyva GG, Walther BK, Guiseppi-Elie A. Bioelectrical Impedance Spectroscopy for Monitoring Mammalian Cells and Tissues under Different Frequency Domains: A Review. ACS Meas Sci Au. 2022; 2: 6: 495-516. doi: 10.1021/acsmeasuresciau.2c00033
  12. Liu J, Man K. Mechanistic Insight and Clinical Implications of Ischemia/Reperfusion Injury Post Liver Transplantation. Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2023; 15: 6: 1463-1474.
  13. Obraztsov SA, Leonov SD, Troitskij JuV, Fedorov GN. Patent 2366360 RF. Ustrojstvo dlja izmerenija impedansa biologicheskih tkanej. Zayavka № 2008110270/14, 17.03.2008. (in Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».