Method Article
* 이 저자들은 동등하게 기여했습니다
이 프로토콜은 대퇴 혈관을 클램핑 및 결찰을 통해 표재성 하상복부 혈관을 통한 혈류를 잘 시각화하고 조작할 수 있도록 하는 쥐의 피부 근막 피판을 채취, 봉합 및 모니터링하는 것을 설명합니다. 이것은 허혈성 전처리와 관련된 연구에 중요합니다.
피부 근막 피판(FCF)은 성형 및 재건 수술에서 복잡한 결함 재건을 위한 황금 표준이 되었습니다. 이 근육 보존 기술을 사용하면 혈관 조직을 옮겨 큰 결함을 덮을 수 있습니다. FCF는 페디클 플랩 또는 프리 플랩으로 사용할 수 있습니다. 그러나 문헌에서 페디클 FCF 및 유리 FCF의 실패율은 5% 이상이므로 이러한 기술에 대한 개선과 이 분야의 추가 지식 확장의 여지가 있습니다. 허혈성 전처리(I.P.)가 널리 연구되었지만 I.P. 요법의 메커니즘과 최적화는 아직 결정되지 않았습니다. 이 현상은 실제로 성형 및 재건 수술에서 제대로 조사되지 않았습니다. 여기에서는 I.P. 쥐 축 방향 피부 피판 모델에서 요법을 연구하기 위해 수술 모델을 제시하여 I.P.가 플랩 생존에 미치는 영향을 안전하고 안정적으로 평가하는 방법을 설명합니다. 이 문서에서는 이 모델의 신뢰성을 향상시키기 위한 제안을 포함하여 전체 수술 절차에 대해 설명합니다. 목표는 연구자들에게 다양한 허혈성 전처리 요법을 테스트하고 플랩 생존성에 미치는 영향을 평가할 수 있는 재현 가능하고 신뢰할 수 있는 모델을 제공하는 것입니다.
성형 및 재건 수술은 끊임없이 진화하고 있습니다. 근육, 피부 근막 및 천공기 피판의 발달로 이환율을 줄이면서 더 나은 품질의 재건을 제공할 수 있게 되었습니다. 이 향상된 해부학적 지식과 향상된 기술을 결합하여 재건 외과의는 결함이 국소 솔루션에 가깝지 않을 때 무료 플랩 이식을 수행할 수 있습니다. 그러나, 천공 플랩 수술은 현재 재건 수술에서 가장 진보된 기술이지만, 문헌은 자유 플랩 이식에서 5%의 실패율(1,2,3)과 유경 플랩 재건술(4,5,6)에서 최대 20%의 실패율을 보고합니다. 부분적 또는 전체 플랩 실패는 플랩의 척추경이 손상되었을 때 발생하므로 현재 기술의 개선 사항을 지속적으로 찾는 것이 필수적입니다. 플랩 생존을 향상시키는 방법 중 하나는 상처 부위에서 신생 혈관 형성을 촉진하여 척추경 이외의 소스에 의한 관류를 허용하는 것입니다. 허혈성 전처리(I.P.)는 심장 모델7에서 초기에 기술되었으며, 이는 제어된 허혈에 노출된 기관이 허혈 유발 혈관신생을 겪음으로써 1차 혈액 공급을 상실한 후 더 높은 수준으로 생존한다는 것을 보여줍니다. 몇몇 저자는 전임상 및 임상 모델 8,9,10에서 플랩 생존을 최적화하기 위해 이 초석 원리를 연구했습니다.
플랩 생존율을 향상시키는 다른 방법에 비해 이 기술의 장점은 혈액 공급원의 클램프/디클램프 테스트로 구성된 구현이 쉽다는 것입니다. 쥐 모델에서 이전 저자는 표재성 하복부 동맥(SIEA) 플랩을 사용하여 I.P. 주 척추경11,12,13을 클램핑합니다. 그럼에도 불구하고 이 모델에서는 몇 가지 기술적인 문제가 발생할 수 있으며 문헌에는 잘 설명된 프로토콜이 없습니다.
따라서 이 작업은 연구자들에게 대퇴 혈관의 확장된 해부와 함께 쥐 SIEA 플랩 조달 기술에 대한 자세한 설명을 제공하여 I.P. 축 방향 피부 피판 모델에 대한 연구. 이 모델은 상복부 혈관의 무결성을 유지하고 대신 더 탄력적인 대퇴 혈관을 조작합니다. 우리는이 현상에 대한 연구를 개선하고이 절차의 복제 가능성을 높이기 위해 경험과 도구를 공유합니다.
매사추세츠 종합 병원 기관 동물 관리 및 사용 위원회는 실험 프로토콜(IACUC-프로토콜 #2022N000099)을 승인했습니다. 저자는 이 작업에 대한 ARRIVE(Animal Research: Reporting In Vivo Experiments) 지침 체크리스트를 따랐습니다. 모든 동물은 실험 동물의 관리 및 사용을 위한 국립 보건원 가이드에 따라 인도적 관리를 받았습니다. 총 12마리의 수컷 루이스 래트(250-350 g, 8-10주령)를 모든 실험에 사용하였다.
1. 동물 준비
참고: 쥐는 신진대사율이 높고 지방 매장량이 제한되어 있습니다. 따라서 수술 전에 금식하지 말고 수술 전에 물을 제한하지 마십시오.
2. 수술 전 관리
3. 수술 중 모니터링
4. 상복부 플랩 수확
그림 1 : 동물의 복부에 플랩 그림. 정중선은 상복부 피판 위치를 찾는 마커로 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 플랩이 완전히 올라갔습니다. 뚱뚱한 패드는 표재성 하복부 척추경에서 오는 혈관 형성을 보존하기 위해 플랩의 근위 부분에 보존됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
5. 혈관 준비 및 허혈 유도
참고: 플랩은 이 단계에서 완전히 수확되지만 혈관은 아직 허혈성 전처리를 위해 준비되지 않았습니다.
그림 3: 대퇴 혈관의 현미경 보기. 원위 대퇴 혈관이 묶여 있습니다. 신경이 보존되었습니다. 해부 쪽은 오른쪽 사타구니 주름(R)입니다. 배율 : 40x. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 두 개의 개별 미세수술용 클램프를 사용한 근위 대퇴 혈관의 클램핑. 이를 통해 더 나은 클램핑 제어가 가능하여 동맥 및 역행성 정맥 흐름이 없음을 보장합니다. (A)는 모두 좌측(L) 대퇴골관이 고정된 것을 나타낸다. 표재성 하복부 혈관이 보입니다(SIEA/SIEV). (B)는 동물 (R)의 우측 사타구니 주름 상에 클램핑 전의 대퇴 동맥 및 대퇴 정맥을 나타낸다. 배율 : 40x. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
6. 수술 후 관리
모든 플랩은 POD5에서 실행 가능했으며 SIEA 단독으로 우수한 혈관 형성을 보여주었습니다. 도 5 는 플루오레세인 IV 주입 전후의 플랩을 보여주며, 완전한 혈관형성을 나타낸다.
그림 5: 즉각적인 정맥 형광 혈관조영술(POD0). 이 평가는 SIEA 단독으로 플랩의 혈관 형성을 보여줍니다. 녹색 형광은 전체 플랩 패들을 포함하여 잘 관류된 조직을 보여줍니다. 배율 : 40x. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
픽셀 분석 소프트웨어( 재료 표 참조)를 사용하여 플랩 생존성을 객관적으로 평가했습니다. 형광이 위치한 Fluorescein 형광은 녹색 파장(115 내지 255 nm의 윈도우가 사용되었다)에 위치한다. 플랩 둘레를 선택하면 소프트웨어가 특정 파장에 포함된 픽셀의 백분율을 제공합니다. 이를 통해 괴사 영역에 포함된 픽셀이 형광 파장 창 내에 있지 않기 때문에 플랩 생존성을 정확하게 측정할 수 있습니다.
두 가지 대조군 모델의 결과가 제시된다: I.P. 없이 이 축방향 피부 근막 피판 모델의 생존 가능성을 확인하기 위한 음성 대조군과 이전 I.P. 없이 POD 5에서 결찰 시 비생존성을 확인하기 위한 양성 대조군 현재 문헌16. 그림 6 은 이 두 제어 모델에 대한 실험 설계를 보여줍니다.
그림 6: 대조군 모델의 타임라인. 모든 그룹은 POD0에서 플랩 상승을 받았습니다. 음성 대조군은 플랩의 혈관에 대한 외과적 개입 없이 플랩 관찰로 구성되었습니다. 양성 대조군은 허혈성 전조건 없이 POD5에 대한 결찰로 구성되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 7에서 볼 수 있듯이, 음성 대조군은 플랩 패들의 전체 생존율을 나타내었다. 이 그룹에서는 99.50% ± 0.76%의 생존율이 POD10에서 경험되었으며, 여기서 공급 용기에 결찰이 수행되지 않았습니다. 이 관찰 기간 동안 모든 동물은 건강을 유지했습니다.
그림 7: (A) POD5 및 (B) POD10에서 음성 대조군의 혈관 조영술. 이 평가는 척추경에 개입하지 않고 플랩의 완전한 생존을 보여줍니다. 녹색 형광은 전체 플랩 패들을 포함하여 잘 관류된 조직을 보여줍니다. 참고: 이 복제물에서 대조군 생검을 수행했습니다. 배율 : 40x. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
양성 대조군은 동일한 초기 피판 적출 수술을 받았습니다. 그 후, POD5에서 혈관을 소작하여 플랩으로의 혈류를 직접 차단했습니다. 결찰 전에 I.P.가 수행되지 않았습니다. POD5-10 전반에 걸쳐 플랩의 색이 어두워지고 굳어지면서 진행성 플랩 괴사가 발견되었습니다. 도 8A에서 볼 수 있듯이, 결찰 후 플랩은 IV 플루오레세인 주입 후 팁과 별개로 형광을 나타내지 않았으며, 주변 피부는 관류되었다. POD10에 의해 플랩은 모든 복제물에 대해 표면의 11.25% ± 1.58% 이상에서 실행 가능했으며(그림 8B), POD5의 주요 척추경에서 낮은 자율성을 보여주었습니다. 흥미롭게도 말단 팁은 POD10에서 자율화되고 살아남은 유일한 부분이었습니다.
그림 8: 결찰 후 (A) POD5 및 (B) POD10에서 양성 대조군의 혈관조영술. 결찰 직후 녹색 형광의 부재(A)는 플랩의 관류를 나타내지 않으며, 이는 신생혈관 형성의 부재를 증명합니다. 이것은 POD10(B)에서 확인되며 피부 패들의 85%(검은색/보라색)의 괴사로 확인됩니다. 흥미롭게도, 말단 팁은 생존 가능하고 신생 혈관 (플랩의 녹색 형광 부분)입니다. 배율 : 40x. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
I.P.의 짧은 주기를 사용하는 그룹(n = 3)도 이 모델의 가치를 입증하기 위해 테스트되었습니다. 동물들은 POD5 16에서 결찰하기 전에 POD0, 1, 2 및 3의 사타구니 주름을 통해 접근한 근위 대퇴 혈관의 동맥과 정맥을 클램핑 및 언클램핑하여 15분의 재관류를15분 동안 3주기로 거쳤습니다.
시각적으로 연구자들은 허혈 기간 동안 플랩의 옅은 / 파란색 변색과 상복부 혈관의 혈액이 어두워지는 것을 관찰함으로써 클램핑 기간의 기능을 확인했습니다. 또한 연구진은 결찰 후 POD5에 플루오레세인을 주입하고 양성 대조군과 비슷한 플랩 생존율(플랩 생존율 13.67% ± 5.03%)을 관찰하여 이 IP 프로토콜이 이 모델에서 비효율적임을 보여주었습니다(그림 9).
그림 9: POD10에서 플랩 표면 생존력의 통계 분석. 그룹을 비교하기 위해 Mann-Whitney U 테스트를 수행했습니다. 양측 p-값은 U 지그재그 선 위에 표시됩니다. 음성대조군(n=4)은 99.5%의 생존율을 보였다. 양성대조군(n=5)은 11.25%의 생존율을 보였다. 일례로 실험군은 13.67%의 생존율을 보였으며, 양성대조군에 비해 유의한 개선을 보이지 않았다(p =0.86). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이 기사는 쥐에서 수확한 재현 가능한 피부 근막 피판 모델에 대해 설명하여 IP 평가를 허용합니다. 이 단계별 수술 프로토콜은 연구 그룹에 다양한 IP 요법을 테스트할 수 있는 신뢰할 수 있는 모델을 제공합니다. 척추경 이외의 혈관 형성을 방지함으로써 이 모델을 사용하면 상처 부위와 가장자리에서 플랩의 혈관신생을 연구할 수 있습니다. 이 연구는 이전 연구에서 POD5-711,13,16의 쥐에서 이 플랩의 자율화를 관찰한 바와 같이 POD5에 대한 결찰을 수행했습니다. 이 모델은 완전 자율화에 필요한 간격을 최적화하고 단축하는 허혈-재관류 손상(IRI) 연구를 지원하는 것을 목표로 합니다. 따라서 허혈성 전처리로 가장 중요한 결과를 보기 위해 우리의 목표는 자율화 후 플랩의 완전한 신생혈관 형성 전에 영양 혈관을 결찰하는 것이었습니다(POD716에서 발생하는 것으로 설명됨).
이 모델의 성공은 피부 피판을 조달하는 동안 대퇴골 또는 SIE 혈관에 손상이 발생하지 않도록 하는 데 있으며, 이를 위해서는 외과의가 전체 피판 절차 동안 혈관의 시각화를 유지해야 합니다. 또한, 원위 대퇴 혈관은 다른 혈관에서 역류가 오지 않고 근위 혈관을 통해 정확하게 허혈을 유도하도록 적절하게 결찰되어야 합니다. 이러한 단계는 실험 결과를 관찰하는 데 중요합니다.
이 모델의 이점은 근위 대퇴 혈관이 SIEA 척추경에 대한 유일한 혈액 공급원임을 보장하는 신중한 혈관 준비 후 대신 대퇴 혈관을 조작하여 상복부 혈관의 무결성을 보존한다는 것입니다. 장점은 클램핑 된 대퇴 혈관의 크기가 내강을 잘 회복 할 수 있다는 것입니다. 대조적으로, 정맥 미세 수술 클램프는 상복부 혈관에 영구적으로 손상을 줄 수 있으므로 실험을 종료해야 합니다. 또한, 사타구니 주름의 대퇴 혈관 절제술은 수술 후 섬유증으로 인해 초기 수술 후 상복부 지방 패드보다 더 쉽게 접근할 수 있습니다. 이 모델은 혈관 클램핑과 관련된 반복적인 수술에 보다 안전하게 접근할 수 있도록 합니다. Hsu et al.17 은 IRI 연구에 대해 유사한 모델을 설명했지만 절차를 설명하지는 않았습니다.
이 모델의 또 다른 혁신은 플랩 혈관 형성 및 생존력을 확인하기 위한 IV 플루오레세인 주사입니다. 다른 저 자들은 클리닉20,21에서 사용된 것과 유사한 쥐 플랩 모델18,19에서 IV 인도시아닌 그린(ICG) 주사를 설명했습니다. 그러나, ICG 및 특정 필요한 하드웨어의 비용은 한계이며, 효율적인 기술(22)이 아닌 것으로 보인다. 우리는 간단한 목재 램프로 모든 실험실에서 사용할 수 있는 간단한 기술을 설명하여 플랩의 생존력과 혈관 형성을 잘 시각화할 수 있었습니다.
이 모델의 한 가지 한계는 동일한 동물에서 두 개의 플랩을 적절하게 평가할 수 없다는 것입니다. 대측 피판의 척추경(23)의 클램핑에 의해 유발되는 원격 I.P.의 잠재적 영향으로 인해 처리된 피판과 생물학적 대조군을 동시에 평가하는 것은 불가능하다.
I.P.의 임상 적용은 성형외과 의사가 테이블 상의 클램프/언클램프 시퀀스에 대한 신뢰할 수 있는 프로토콜을 제공함으로써 피부 근막 피판 생존을 향상시킬 수 있습니다. 일부 저자는 이마 플랩과 사타구니 플랩에서 초기 척추경 분할을 허용하기 위해 IP를 사용하는 것을 설명했습니다24,25. 그러나 IP 프로토콜은 외과의에게 보다 일반적으로 사용할 수 있는 신뢰할 수 있는 도구를 제공하도록 최적화되어야 합니다. 우리가 설명하는 모델로 가능한 국부적 인 IP와 원격 IP 모두 근막 피부 피판 생존 가능성을 향상시키는 유망한 결과를 보여줍니다26. 마지막으로, 이 모델은 허혈-재관류 손상 및 이러한 유형의 스트레스에 대한 전신 반응을 연구하는 데 적합하며, 이는 연구 관심 분야입니다23.
결론적으로, 신뢰할 수 있고 재현 가능한 모델에 대한 이 정확한 설명은 쥐 피부 근막 피판 모델에서 IP 및 허혈 재관류 손상 연구를 위한 귀중한 도구를 제공하여 연구자들에게 이전 모델에 비해 조작하고 접근할 수 있는 더 큰 혈관을 제공합니다.
모든 저자는 선언 할 재정적 이익이 없습니다.
이 작업은 매사추세츠 종합 병원(WGA)과 슈라이너스 어린이 보스턴(B.U, K.U, C.L.C)의 자금 지원을 받았습니다. YB와 I.F.v.R은 슈라이너스 아동병원(Shriners Hospitals for Children)에서 자금을 지원합니다(제안 ID: #970280 및 #857829).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL Syringe Luer-Lok Tip | BD | 309628 | |
3-0 Ethilon 18” Black Monofilament Nylon suture | Ethicon | ETH-663H | |
8-0 Ethilon 12” Black Monofilament Nylon suture | Ethicon | 1716G | |
Adson Atraumatic Forceps | Aesculap Surgical Instruments | BD51R | |
Akorn Fluorescein Injection USP 10% Single Dose Vial 5 mL | Akorn | 17478025310 | |
Betadine Solution 5% Povidone-Iodine Antiseptic Microbicide | PBS Animal Health | 11205 | |
Bipolar Cords | ASSI | ASSI.ATK26426 | |
Buprenorphine Hydrochloride Injection | PAR Pharmaceutical | 3003406C | This concentration needs to be diluted for rodents. |
Depilatory product – Nair Hair remover lotion | Nair | NC0132811 | |
Ear tag applier | World Precision Instruments | NC0038715 | |
Gauze Sponges | Curity | 6939 | |
Isoflurane Auto-Flow Anesthesia Machine | E-Z Systems | EZ-190F | |
Isoflurane, USP | Patterson Veterinary | 1403-704-06 | |
Jewelers Bipolar Forceps Non-Stick 11 cm, straight pointed tip, 0.25 mm tip diameter | ASSI | ASSI.BPNS11223 | |
Lone Star elastic stays | Cooper Surgical | 3311-1G | |
Lone star Self-retaining retractor | Cooper Surgical | 3304G | |
Metronidazole tablets USP | Teva | 500111-333-06 | |
Micro spring handle scissors | AROSurgical | 11.603.14 | |
Microscope (surgical) | Leica | M525 F40 | |
Microsurgical clamp applying forceps | Ambler Surgical | 31-906 | |
Microsurgical clamps (x2) | Millennium Surgical | 18-B1V | |
Microsurgical Dumont #4 forceps | Dumont Swiss made | 1708-4TM-PO | |
Microsurgical needle holder | ASSI | B-14-8 | |
Needle holder | World Precision Instruments | 501246 | |
Nosecone for Anesthesia | World Precision Instruments | EZ-112 | |
Pixel analysis software | GNU Image Manipulation Program v2.10 | GIMP | GNU Open licence |
PrecisionGlide Needle 27 G | BD | 305109 | |
Ragnell Scissors | Roboz Surgical | RS-6015 | |
Rimadyl (carprofen) | Zoetis | 10000319 | This concentration needs to be diluted for rodents |
Scientific Elizabethan collar (e-collar) for Rats | Braintree Scientific | NC9263311 | |
Small animal ear tag | National Band & Tag Company | Style 1005-1 | |
Small Animal Heated Operating Table (Adjustable) | Peco Services Ltd | 69023 | |
Sterile towel drape | Dynarex Corporation | 4410 | |
Sterile water for injection and irrigation | Hospira | 0409488724-1 | |
Surgical scrub – BD ChloraPrep Hi-Lite Orange 3 mL applicator with Sterile Solution | BD | 930415 | |
UV lamp | UVP | UVL-56 | |
Webcol Alcohol prep pads | Simply Medical | 5110 |
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