Iatrogenic multiorgan silicone inclusions in dialysis patients

Summary

We studied autopsy material of 47 patients who were dialysed between 1969 and 1980 in one center in which silicone tubing was used. In addition, we examined ten patients from two other centers where silicone tubing was not routinely used.

In 40 patients with exposure to silicone tubing who were dialysed for up to 53 months, no foreign material was demonstrable. In seven patients who were dialysed for periods between 52 and 165 months, light microscopy and electron microscopy showed varying amounts of foreign material in macrophages and giant cells of lung, liver, spleen, bone marrow, skin, thoracic and abdominal lymph nodes. No such material was found in brain, heart, kidney or endocrine organs. No epitheloid cell reaction, necrosis or fibrosis was observed. The material was non-isotropic, non-crystalline, and did not take up routine stains. Electron microscopy showed its presence within lysosomal membranes.

In addition, in some patients who had been dialysed for much shorter periods of time, similar material could be demonstrated in liver biopsies obtained in vivo.

No such material was observed in ten long-term dialysis patients of two centers where silicone tubing was not routinely used.

All positive patients had hepatosplenomegaly, some had elevated transaminases, one patient had hypersplenism with pancytopenia and one patient had bile duct carcinoma.

Gaschromatography with mass spectrometry of livers of dialysed patients showed high concentrations of phthalate plasticizer (5–10 ppm) and in one patient cholesterol-like steroids which were not found in normal livers. Surface scanning electron microscopy with non-dispersive X-ray fluorescence analysis revealed the presence of numerous particles up to 10 µ, in liver and spleen of dialysed patients but of not control patients. The particles showed a characteristic Si peak with a concomitant small contribution of Al and Cl. The particles were identical with filing of silicone tubing exposed to roller pumps. No material exhibiting a pure Cl peak (as evidence for PVC) was demonstrable in patients with positive silicone inclusions.

Because of its clinical consequences, the observation will have implications for manufacturing of dialysis devices.

Zusammenfassung

In der vorliegenden Untersuchung wurde das Sektionsgut von 47 Patienten überprüft, die zwischen 1965 und 1980 unter Verwendung von Silikonschläuchen dialysiert wurden. Ferner wurde das Sektionsgut von zehn Patienten aus zwei Dialysezentren untersucht, in denen routinemäßig PVC Schläuche verwandt wurden.

Bei 40 Patienten aus dem Zentrum mit Silikonschläuchen, bei denen die Dialysezeit unter 53 Monaten lag, konnte kein Fremdmaterial nachgewiesen werden. Bei sieben Patienten, die zwischen 52 und 165 Monaten dialysiert worden waren, zeigten sich bei der licht- und elektronenmikroskopischen Untersuchung Fremdkörpereinschlüsse in Makrophagen und Riesenzellen in folgenden Organen: Lunge, Leber, Milz, Knochenmark, Haut, thorakale und abdominale Lymphknoten. Das Material konnte in Hirn, Herz, Niere und endokrinen Organen nicht nachgewiesen werden. Fibrose, Nekrose oder Epitheloidzellreaktionen wurden nicht beobachtet. Das Fremdmaterial war nicht-isotrop, nicht kristallin und färbte sich mit Routine-Färbeverfahren nicht an. Die Elektronenmikroskopie zeigte, daß es von lysosomalen Membranen umschlossen war.

Bei Patienten mit wesentlich kürzerer Dialysezeit konnte das Material in vivo durch Leberbiopsie eindeutig nachgewiesen werden.

Hingegen wurde das Fremdkörpermaterial nicht gefunden bei den zehn Langzeithämodialyse-Patienten aus den zwei Zentren, die nicht routinemäßig Silikonschläuche verwandten.

Alle Patienten mit positivem Nachweis wiesen eine Hepatosplenemegalie auf, viele Patienten hatten Transaminasen-Erhöhungen, ein Patient hatte Hypersplenismus mit Panzytopenie und ein Patient hatte ein Gallengangskarzinom.

Durch Gaschromatographie und Massenspektrometrie konnten in der Leber von Dialysepatienten in hoher Menge Phthalatweichmacher nachgewiesen werden (5–11 ppm); daneben fanden sich bei einem Patienten in beträchtlicher Menge normalerweise nicht vorkommende, cholesterinähnliche Steroide. Durch Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenfluoreszenz-Mikroanalyse ließen sich in Leber und Milz zahlreiche Partikel von mehreren μ-Größe in Makrophagen nachweisen. Entsprechende Einschlüsse konnten bei nichtdialysierten Kontrollindividuen nie gefunden werden. Das Energiespektrum der Partikel zeigte einen scharfen Si-Peak mit geringer Beimengung von Al und Cl. Die Partikel entsprachen in Form und Energiespektrum dem Abrieb von Silikonschläuchen nach Einwirkung von Rollerpumpen. Partikel mit reinem Cl-Peak als Hinweis auf PVC-haltige Partikel konnten bei Patienten mit Silikoneinschlußkörpern nicht nachgewiesen werden.

Wegen der beobachteten klinischen Komplikationen müssen aus den vorgelegten Ergebnissen Konsequenzen für die Herstellung von Dialysematerial gezogen werden.