Pathophysiological basis for the use of steroids in the treatment of shock and trauma

Summary

Although glucocorticosteroids have been used, for over 30 years, in almost every medical specialty, the scientific foundation for their clinical indication is, in many instances, still unclear. Corticosteroids are being advocated as a therapy for numerous forms (e.g., septic, hypovolemic, traumatic, cardiogenic, etc.) of circulatory shock. They are also used in other conditions where histamine is thought to be the putative primary mediator. In general, glucocorticoids are considered useful because they decrease the immune response associated with anaphylaxis, stabilize lysosomal and endothelial cell membranes, and inhibit the release (and formation) of mediators from endothelial and mast cells. But, are glucocorticoids and/or other steroids (e.g., mineralocorticoids, estrogens, androgens, etc.) of real therapeutic value in low-flow states. Much of this controversy seems to center around the absence of good clinical studies (with proper controls), when to give the steroid, how much should be given (and for how long), and what is the mechanism(s) of action. The data reviewed, herein, indicate that pharmacologic doses of both glucocorticoids and estrogens can be useful in the treatment of shock and trauma. The results demonstrate that steroid treatment should be instituted very early in shock in order for it to be able to exert its beneficial actions.

Pharmacologic doses of glucocorticoids and estrogens, but not other steroids (i.g., mineralocorticoids, aldosterone, or androgens) exert direct pharmacologic actions on vascular smooth muscle cells, especially in the microvasculature. These pharmacologic actions result in an inhibition of the constrictor action of the many vasoactive substances (e.g., catecholamines, peptides, serotonin, prostanoids, etc.) released early into the blood stream to compensate for blood and/or fluid loss. Both types of steroids probably are useful in therapy because they prevent the uptake and utilization calcium ions which are essential for contraction of vascular smooth muscle cells. Although the steroids, in pharmacologic doses, can open up ischemic vascular beds in target organ regions in circulatory shock, they do not actively vasodilate normal blood vessels form untraumatized subjects.

In addition, to their microvascular actions, these two different classes of steroid compounds also exert benficial actions on reticuloendothelial system (RES) function; RES phagocytic function is restorted to normal when pharmacologic doses of glucocorticoids or estrogens are administered early to shocked and traumatized animals.

The data presented herein also clearly demonstrate that in order for one to be able to get the maximum benefit from steroid therapy in shock, steroids must be administered early and in very high dosage. Overall, the data reviewed herein provide a solid scientific basis for the therapeutic use of glucocorticoids (and possibly estrogens) in various forms of cilculatory shock and trauma.

Zusammenfassung

Obwohl Glukokortikosteroide seit über 30 Jahren in nahezu jedem medizinischen Fach Verwendung finden, ist die wissenschaftliche Begründung für ihren klinischen Einsatz in vielen Fällen bis heute unklar. Kortikosteroide werden als Therapie bei zahlreichen Formen des Kreislaufschocks (septisch, hypovolämisch, traumatisch, kardiogen, etc.) eingesetzt. Sie werden auch in anderen Situationen, bei denen Histamin als primärer Mediator vermutet wird, benutzt. Im allgemeinen werden Glukokortikoide als nützlich betrachtet, da sie die mit Anaphylaxie verbundene Immunreaktion erniedrigen, lysosomale und endotheliale Zellmembranen stabilisieren und die Freisetzung (und Bildung) von Mediatoren aus Endothelial- und Mastzellen hemmen. Aber sind Glukokortikoide und/oder andere Steroide (z. B. Mineralokortikoide, Östrogene, Androgene etc.) tatsächlich von therapeutischem Wert in „low-flow states“? Ein großer Teil der kontroversen Diskussion scheint auf dem Fehlen guter klinischen Studien mit sauberen Kontrollen zu beruhen, der Frage nach dem Zeitpunkt, der Menge, der Dauer der Gabe und der Frage nach dem oder den Wirkungsmechanismen. Die hier zusammengestellten Daten zeigen, daß pharmakologische Dosen sowohl von Glukokortikoiden als auch Östrogenen nützlich für die Behandlung des Schocks und Traumas sein können. Die Ergebnisse zeigen, daß Steroidbehandlung sehr früh im Schock einsetzen sollte, um einen vorteilhaften Einfluß ausüben zu können.

Pharmakologische Glukokortikoid- und Östrogendosen, nicht aber anderer Steroide (Mineralokortikoide, Aldosterone, Androgene), üben eine direkte pharmakologische Wirkung auf Zellen der glatten Gefäßmuskulatur, speziell in den Mikrogefäßsystemen aus. Diese pharmakologischen Wirkungen resultieren in einer Hemmung der Konstriktorwirkung der vielen vasoaktiven Substanzen (Katecholamine, Peptide, Serotonine, Prostanoide etc.), die frühzeitig in den Blutstrom zur Kompensation des Blut- oder Flüssigkeitsverlustes freigesetzt werden. Beide Steroidtypen sind wahrscheinlich deshalb in der Therapie nützlich, weil sie die Aufnahme und die Wirkung von Calciumionen, die zur Kontraktion der glatten Gefäßmuskulatur nötig sind, verhindern. Obwohl die Steroide in pharmakologischen Dosen während des Kreislaufschocks ischämische Gefäßgebiete in Zielorganregionen wieder öffnen können, werden normale Blutgefäße bei nichttraumatisierten Patienten nicht aktiv erweitert. Zusätzlich zu ihrer mikrovaskulären Wirkung üben diese beiden verschiedenen Klassen von Steroidverbindungen eine vorteilhafte Wirkung auf die Funktion des retikoendothelialen Systems (RES) aus; die RES phagozytäre Funktion wird normalisiert, wenn pharmakologische Dosen von Glukokortikoiden oder Östrogenen traumatisierten Tieren oder Tieren im Schock frühzeitig gegeben werden.

Die hier gezeigten Daten zeigen deutlich, daß, um eine optimale Wirkung der Steroidtherapie beim Schock zu erhalten, Steroide früh und in sehr hoher Dosis gegeben werden müssen. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die hier zusammengestellten Daten eine solide wissenschaftliche Basis für den therapeutischen Gebrauch von Glukokortikoiden (und möglicherweise der Östrogene) bei verschiedenen Arten von Kreislaufschock und Trauma liefern.