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문제 정의
- 각 실험군에서 복막(peritoneum)의 수복에 대해 관찰하였다. PROCEEDⓇ에서는 mesh 주위로 섬유화가 되면서 유사 상피막(pseudoepithelial lining)이 생성된 것처럼 보였다.
- 본 연구에서는 이렇게 다양한 분야에서 이용되고 있는 인체 무세포진피를 인공 합성물질과 비교하여 전층 복벽 결손 시 복막을 재건하는 데에 있어 그 유효성을 알아보고자 하였다. 동물실험에 앞서 인장강도를 평가한 것은 인체 근막과 가장 많이 쓰이고 있는 합성물질 중 하나인 GoreTexⓇ와 비교함으로써 복막의 대체 물질로서 충분한 기계적 강도를 가지고 있는지를 알아보기 위함이었다. 인장강도 측정 시 측정물질의 두께와 구성 성분에 따라 변형속도(cross- head speed) 값은 다르다.
- 본 연구에서는 이렇게 다양한 분야에서 이용되고 있는 인체 무세포진피를 인공 합성물질과 비교하여 전층 복벽 결손 시 복막을 재건하는 데에 있어 그 유효성을 알아보고자 하였다. 동물실험에 앞서 인장강도를 평가한 것은 인체 근막과 가장 많이 쓰이고 있는 합성물질 중 하나인 GoreTexⓇ와 비교함으로써 복막의 대체 물질로서 충분한 기계적 강도를 가지고 있는지를 알아보기 위함이었다.
제안 방법
- 인장강도를 측정하기 위한 시료(sample)는 2 × 5 cm의 크기로 동일하게 재단하였으며, 복벽 재건에 가장 많이 사용되고 있는 합성물질 중의 하나인 GoreTexⓇ (WL, Gore, USA)와 인체 조직으로 수술 중 채취한 사람의 대퇴긴장근막(tensor fascia lata)의 강도를 비교 측정하였다. 5 mm/min의 세기로 실험 재료의 양측 끝에서 잡아당겨 재료에 균열이 발생하는 시점까지 지속적인 힘을 가하고 균열이 발생하는 순간의 힘을 Mpa 단위로 측정하였다. 또한 재료가 늘어나는 정도를 비율(%)로 측정하여 실험 재료를 복벽 결손 재건에 사용하였을 때 복압에 의하여 발생할 수 있는 변형 정도를 알아보았다.
- A부터 D는 PROCEEDⓇ를 이식한 대조군이며, E부터 H는 SureDermTM을 이식한 실험군으로 각각 실험 8주, 12주, 16주, 32주에 조직검사를 실시하였다.
- SureDermTM 및 PROCEEDⓇ의 물리적 강도를 측정하기 위하여 Tension meter (Instron 4482, Instron, Canton, MA, USA)를 이용하였다. 인장강도를 측정하기 위한 시료(sample)는 2 × 5 cm의 크기로 동일하게 재단하였으며, 복벽 재건에 가장 많이 사용되고 있는 합성물질 중의 하나인 GoreTexⓇ (WL, Gore, USA)와 인체 조직으로 수술 중 채취한 사람의 대퇴긴장근막(tensor fascia lata)의 강도를 비교 측정하였다.
- 수술을 시행한 모든 실험동물들은 피부 봉합을 끝낸 뒤 봉합 부위에 povidone-iodine으로 소독 후 멸균 거즈를 창상 부위에 붙이고 압박붕대로 감아준 뒤 마취가 완전히 깬 뒤 표준화된 사육실로 옮겨졌다. 감염 예방을 위해 하루에 두 번씩 항생제(cefotaxim)를 50 mg/kg의 용량으로 근육 내 주사를 하였고 하루에 한 번씩 창상 소독을 시행하면서 감염과 염증 및 탈장 등의 증상이 없는지 면밀히 관찰하였다.
- 2 kg) 내외의 수컷 토끼(New Zealand white rabbit, 16주) 16마리를 사용하였고 실험기간 중 동물들은 일정한 온도와 습도, 사료 등 표준화된 동일 실험조건에서 사육하였다. 두 개의 군으로 나누어 실험을 진행하였다. 첫 번째 군은 PROCEEDⓇ를 이용하여 재건한 군(Group mg, n=8)으로서 대조군이고, 두 번째 군은 SureDermTM의 기저 세포막이 안쪽 내장측으로 향하도록 재건한 군(Group II, n=8)을 실험군으로 설정하여 실험을 진행하였다.
- 이후 채취된 조직은 hematoxylin and eosin (H&E) 염색을 하였으며 혈관의 생성 유무, 섬유모세포 및 염증세포의 침윤 정도, 결체조직의 구성 및 형태를 관찰하였다. 또한 면역화학염색을 통해 복막 수복여부를 확인하였다.
- 5 mm/min의 세기로 실험 재료의 양측 끝에서 잡아당겨 재료에 균열이 발생하는 시점까지 지속적인 힘을 가하고 균열이 발생하는 순간의 힘을 Mpa 단위로 측정하였다. 또한 재료가 늘어나는 정도를 비율(%)로 측정하여 실험 재료를 복벽 결손 재건에 사용하였을 때 복압에 의하여 발생할 수 있는 변형 정도를 알아보았다.
- 복부에 7 cm의 종절개를 가한 후 모든 군에서 2 × 5 cm 크기로 복막을 절제하여 결손을 만든 뒤 3 × 7 cm 크기의 PROCEEDⓇ와, 3 × 7 cm 크기의 SureDermTM을 각각 사용하여 재건을 시행하였다(Fig. 1).
- 본 연구에서는 SureDermTM과 PROCEEDⓇ의 비교 실험에서 인장 강도, 섬유아세포 침윤, 염증반응, 신생 혈관 생성 및 복막의 형성 등을 관찰하였다. 이에 대한 결과들로 미루어 볼때 복벽 재건에 있어 PROCEEDⓇ와 같은 인공 합성물질 보다는 SureDermTM과 같은 무세포진피(ADM)가 생체적합성이 우수한 물질이라고 생각된다.
- 육안적 관찰은 수술 후 8주, 12주, 16주째에 전체 실험개체를 대상으로 시행하였으며 복막층의 연속성과 안정성, 탈장 및 장과의 유착 유무 및 혈관생성을 관찰하였다. 조직 검사는 수술 후 8주, 12주, 16주, 32주에 시행하였다.
- 이에 본 연구에서는 국내에서 개발된 인체 무세포진피인 SureDermTM (Hans Biomed Corp., Korea)과 인공 합성물질인 PROCEEDⓇ (Ethicon, USA)를 토끼 모델에 적용하여 복벽 결손 및 탈장 재건에 대한 지지체 및 물리적 장벽으로서의 효과 및 효능을 물리적, 조직학적으로 분석하였다. PROCEEDⓇ mesh는 polypropylene과 셀룰로오스 구조(cellulose fabric)으로 구성된 물질로 근막 재건에 많이 이용되고 있으며, 다양한 인공합성물질 중에서도 합병증이 적은 물질로 알려져 있다.
- 이후 채취된 조직은 hematoxylin and eosin (H&E) 염색을 하였으며 혈관의 생성 유무, 섬유모세포 및 염증세포의 침윤 정도, 결체조직의 구성 및 형태를 관찰하였다.
- 인장강도를 측정하기 위한 시료(sample)는 2 × 5 cm의 크기로 동일하게 재단하였으며, 복벽 재건에 가장 많이 사용되고 있는 합성물질 중의 하나인 GoreTexⓇ (WL, Gore, USA)와 인체 조직으로 수술 중 채취한 사람의 대퇴긴장근막(tensor fascia lata)의 강도를 비교 측정하였다.
- 첫 번째 군은 PROCEEDⓇ를 이용하여 재건한 군(Group mg, n=8)으로서 대조군이고, 두 번째 군은 SureDermTM의 기저 세포막이 안쪽 내장측으로 향하도록 재건한 군(Group II, n=8)을 실험군으로 설정하여 실험을 진행하였다. 재건은 Inlay repair technique을 사용하였으며 4/0 vicryl (Ethicon)로 단속 봉합(interrrupted suture)을 시행하였다.
- 인장강도 측정 시 측정물질의 두께와 구성 성분에 따라 변형속도(cross- head speed) 값은 다르다. 적절한 변형속도를 알기 위해 측정 물질을 반복 측정하여 그 변화 폭이 적은 값으로 결정하게 되는데 여기에서는 생체물질을 이용하여 인장강도를 측정한 논문들을 기반으로 변형속도를 5 mm/min으로 결정하였다.5 SureDermTM은 근막보다는 낮은 인장강도(14.
- 육안적 관찰은 수술 후 8주, 12주, 16주째에 전체 실험개체를 대상으로 시행하였으며 복막층의 연속성과 안정성, 탈장 및 장과의 유착 유무 및 혈관생성을 관찰하였다. 조직 검사는 수술 후 8주, 12주, 16주, 32주에 시행하였다. 조직을 적출 시에는 정상 복막과 실험물질 적용 부위를 함께 채취하였다.
- 두 개의 군으로 나누어 실험을 진행하였다. 첫 번째 군은 PROCEEDⓇ를 이용하여 재건한 군(Group mg, n=8)으로서 대조군이고, 두 번째 군은 SureDermTM의 기저 세포막이 안쪽 내장측으로 향하도록 재건한 군(Group II, n=8)을 실험군으로 설정하여 실험을 진행하였다. 재건은 Inlay repair technique을 사용하였으며 4/0 vicryl (Ethicon)로 단속 봉합(interrrupted suture)을 시행하였다.
- 토끼의 대퇴부에 5% ketamine hydrochloride를 kg당 40 mg씩 근육 내 주사하여 마취시킨 후 실험대에 복와위로 사지를 고정하였다. 복부의 털을 깎고 10% povidone-iodine 용액으로 소독한 후 수술포를 덮어 무균상태를 만들어 수술 준비를 완료하였다.
대상 데이터
- 체중 2.9 kg (2.6~3.2 kg) 내외의 수컷 토끼(New Zealand white rabbit, 16주) 16마리를 사용하였고 실험기간 중 동물들은 일정한 온도와 습도, 사료 등 표준화된 동일 실험조건에서 사육하였다. 두 개의 군으로 나누어 실험을 진행하였다.
성능/효과
- 실험기간 내에 이러한 염증반응으로 인한 합병증이 발생하지는 않았지만 지속적인 염증반응이 일으킬 수 있는 문제에 대해서는 좀 더 오랜 기간에 걸쳐 실험이 계속되어야 할 것으로 생각된다.10 반면 SureDermTM을 사용한 군에서는 8주까지는 PROCEEDⓇ군과 비슷한 정도의 염증반응을 관찰할 수 있었지만 점차적으로 감소되었으며 동시에 혈관 형성, 조직 안으로 섬유아세포의 침윤, 복막 구조의 재생 현상을 관찰할수 있었다. 이러한 소견은 정상적인 창상 치유과정이라 볼 수 있을 것이고 32주의 조직 소견을 보면 염증반응이 상당히 감소되어 있어 합성 물질에 비해 생체적합성이 높으며 바람직한 치유 과정을 보여주었다.
- 12주째에는 염증 반응이 현저히 감소되었고 근육조직 사이에 섬유모세포의 증식이 현저하게 관찰되었으며, 호산구 침윤이 경하게 관찰되었다. 12주째부터는 이물질성 육아종이 거의 관찰되지 않았으며 섬유화 및 호산구 침윤이 경하게 관찰되었고, 근육조직 사이에 염증 반응은 현저하지 않았다. 32주째 근육조직내 섬유화의 정도는 PROCEEDⓇ에 비해 훨씬 경하게 관찰되었다(Fig.
- 반면 SureDermTM에서는 8주째에 경계가 불분명한 이물질성 육아종이 관찰되고 주위에 림프구 침윤, 일부에서 림프 여포(lymph follicle) 형성이 관찰되었으며 호산구(eosinophil)의 침윤이 심하게 관찰되었다. 12주째에는 염증 반응이 현저히 감소되었고 근육조직 사이에 섬유모세포의 증식이 현저하게 관찰되었으며, 호산구 침윤이 경하게 관찰되었다. 12주째부터는 이물질성 육아종이 거의 관찰되지 않았으며 섬유화 및 호산구 침윤이 경하게 관찰되었고, 근육조직 사이에 염증 반응은 현저하지 않았다.
- 12주째부터는 이물질성 육아종이 거의 관찰되지 않았으며 섬유화 및 호산구 침윤이 경하게 관찰되었고, 근육조직 사이에 염증 반응은 현저하지 않았다. 32주째 근육조직내 섬유화의 정도는 PROCEEDⓇ에 비해 훨씬 경하게 관찰되었다(Fig. 7).
- 실제 임상에서도 유방재건을 위해 횡복직근피판을 사용한 후 공여부의 복벽 결손 재건에 AlloDermⓇ을 사용하여 낮은 복부 탈장률을 보인 보고를 볼 때, SureDermTM 역시 평균 복압인 5 mmHg에 충분히 견딜 수 있다고 생각된다.6,7 신장률을 살펴보면 maximal loading 때 103.62%의 신장률을 보여주어 GoreTexⓇ (283.05%)에 비교하여 외부 힘에 대하여 충분히 저항할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 반면 근막의 신축성은 maximal loading 시 원래 크기와 전혀 변화가 없었는데 비교 대상인 3가지 재료 중에 기계적 강도가 가장 강함을 알 수 있었지만 수술 후 복압 변화에 대해서는 오히려 불리한 점으로 작용할 수 있을 것으로 생각된다.
- 이번 연구에서는 PROCEEDⓇ와 SureDermTM 간의 유착 정도에 큰 차이가 없었으나 일반적으로 PROCEEDⓇ와 같은 인공 합성물질이 SureDermTM보다 내장기관에 대한 유착 성향이 더 크다는 보고가 있어 이 점에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다고 생각된다.8,9 또한 SureDermTM으로 재건한 실험군에서는 대조군과 다르게 32주에 주변으로부터 이식편 안으로의 재혈관화(revascularization)를 육안적, 조직학적으로 확인할 수 있었는데, 이는 대식세포와 산소, 영양소 등의 전달을 가능하게 해주므로 박테리아에 대한 자정능력을 나타내어 인공합성물질에 비해 감염에 저항성이 있음을 보여주는 것이다.2
- 32주의 실험기간 동안 대조군과 실험군 모두에서 감염이나 염증 및 탈장은 발생하지 않았다. 8주, 12주, 16주째 육안적 소견으로는 모든 실험동물에서 복막의 연속성이 유지되고 있었다. PROCEEDⓇ를 사용한 대조군은 8주, 12주, 16주에 두 마리 중에서 각각 한 마리씩 그물막 (omentum)과 PROCEEDⓇ 사이에 유착(adhesion)이 발견되었으나 SureDermTM을 사용한 실험군에서는 그물막과의 유착은 발견되지 않았다.
- PROCEEDⓇ에서는 8주째 근육과 지방조직에 만성 육아종성 염증이 다발성으로 관찰되었고, 12주째는 화농성 염증(purulent inflammation)과 육아조직 증식이 심하며 부분적으로 농양(abscess) 형성이 관찰되었다. 16주째는 화농성 염증병변은 관찰되지 않았으나 근육조직과 변연부 (peripheral area)에 이물질성 육아종(foreign body granuloma)이 관찰되었다.
- 05%로 약 3배 정도에 가까운 높은 신장률을 가지고 있었다. PROCEEDⓇ와 대퇴긴장근막은 100%로 길이의 변화가 없어 신축성이 전혀 없는 것으로 나타났다(Fig. 2, 3) (Table I).
- 이식 군에서는 주로 염증반응이 일어난 주위에 섬유모세포가 침윤되어 있는 것을 관찰할 수 있었다. SureDermTM 이식 군에서는 조직 안으로 cell migration을 관찰할 수 있었으며 8주에는 가장자리부터 host 세포의 침윤이 시작되었고 시간이 경과할수록 조직 안으로 대부분 섬유모세포가 침윤하여 섬유화(fibrosis)된 것을 관찰할 수 있었다(Fig. 6).
- Tension meter를 이용하여 인장강도를 측정한 결과 SureDermTM은 14.64 ± 0.51 Mpa, GoreTexⓇ는 8.54 ± 0.45 Mpa로 측정되었으며, 대퇴긴장근막과 PROCEEDⓇ는 인장강도의 수치가 높은 관계로 측정 허용범위 이상(∞)의 결과 값이 도출되었다.
- 각 기간별로 섬유모세포(fibroblast)의 침윤 정도를 관찰한 결과 PROCEEDⓇ 이식 군에서는 주로 염증반응이 일어난 주위에 섬유모세포가 침윤되어 있는 것을 관찰할 수 있었다. SureDermTM 이식 군에서는 조직 안으로 cell migration을 관찰할 수 있었으며 8주에는 가장자리부터 host 세포의 침윤이 시작되었고 시간이 경과할수록 조직 안으로 대부분 섬유모세포가 침윤하여 섬유화(fibrosis)된 것을 관찰할 수 있었다(Fig.
- 동물실험을 통하여 얻어진 결과를 살펴보면 모든 동물에서 우려할 만한 수술 후 합병증은 발생하지 않았다. 육안소견으로 모든 경우에서 복막의 연속성이 잘 유지되었고 탈장이나 장유착과 같은 문제가 발생하지 않음으로써 성공적인 복벽 재건 결과를 보여주었다.
- 4). 또한 SureDermTM을 이용하여 재건을 시행한 실험군에서는 32주째에 주변 정상근육 조직으로부터 얇은 혈관이 이식편 안으로 침윤된 것을 육안으로 확인할 수 있었다 (Fig. 5).
- 이물질성 육아종은 32주째도 변연부에서 관찰되었다. 반면 SureDermTM에서는 8주째에 경계가 불분명한 이물질성 육아종이 관찰되고 주위에 림프구 침윤, 일부에서 림프 여포(lymph follicle) 형성이 관찰되었으며 호산구(eosinophil)의 침윤이 심하게 관찰되었다. 12주째에는 염증 반응이 현저히 감소되었고 근육조직 사이에 섬유모세포의 증식이 현저하게 관찰되었으며, 호산구 침윤이 경하게 관찰되었다.
- 45 Mpa로 측정되었으며, 대퇴긴장근막과 PROCEEDⓇ는 인장강도의 수치가 높은 관계로 측정 허용범위 이상(∞)의 결과 값이 도출되었다. 신장률은 SureDermTM이 103.62%로 거의 변화가 없었으며, GoreTexⓇ는 283.05%로 약 3배 정도에 가까운 높은 신장률을 가지고 있었다. PROCEEDⓇ와 대퇴긴장근막은 100%로 길이의 변화가 없어 신축성이 전혀 없는 것으로 나타났다(Fig.
- 동물실험을 통하여 얻어진 결과를 살펴보면 모든 동물에서 우려할 만한 수술 후 합병증은 발생하지 않았다. 육안소견으로 모든 경우에서 복막의 연속성이 잘 유지되었고 탈장이나 장유착과 같은 문제가 발생하지 않음으로써 성공적인 복벽 재건 결과를 보여주었다. 다만 PROCEEDⓇ를 사용하여 재건을 시행한 토끼에서 mesh와 그물막(omentum) 사이에 느슨한 유착이 발생하였으나 문제를 일으키는 정도는 아니었다.
- 10 반면 SureDermTM을 사용한 군에서는 8주까지는 PROCEEDⓇ군과 비슷한 정도의 염증반응을 관찰할 수 있었지만 점차적으로 감소되었으며 동시에 혈관 형성, 조직 안으로 섬유아세포의 침윤, 복막 구조의 재생 현상을 관찰할수 있었다. 이러한 소견은 정상적인 창상 치유과정이라 볼 수 있을 것이고 32주의 조직 소견을 보면 염증반응이 상당히 감소되어 있어 합성 물질에 비해 생체적합성이 높으며 바람직한 치유 과정을 보여주었다. 또한 8주 조직 소견에서 호산구 침윤을 발견할 수 있었는데 이는 동종이식(allograft)으로 인한 면역반응의 일부로 판단되며 16주 이후에는 발견할 수 없었다.
- 이상의 결과로 미루어 전층 복벽 결손을 재건하는 데에 있어 인체 무세포진피가 매우 유용할 수 있음을 알 수 있었다. 강도에 있어 GoreTexⓇ와 비교하여 더 강한 인장강도를 가지고 있고 합성물질이 아니기 때문에 이물반응이 거의 없었으며 초기 나타났던 염증반응은 정상적인 창상 치유과정의 일환으로 시간이 지나면서 점차 사라졌다.
- 45 Mpa)보다는 높은 인장강도를 보였다. 일반적으로 복벽 결손에 사용되고 있는 인체 무세포진피인 알로덤(AlloDermⓇ)과도 비슷한 인장강도(13.6 Mpa)를 보여주어 복막을 대체하는 데 있어 충분한 강도를 지니고 있음을 확인할 수 있었다. 실제 임상에서도 유방재건을 위해 횡복직근피판을 사용한 후 공여부의 복벽 결손 재건에 AlloDermⓇ을 사용하여 낮은 복부 탈장률을 보인 보고를 볼 때, SureDermTM 역시 평균 복압인 5 mmHg에 충분히 견딜 수 있다고 생각된다.
후속연구
- 이에 대한 결과들로 미루어 볼때 복벽 재건에 있어 PROCEEDⓇ와 같은 인공 합성물질 보다는 SureDermTM과 같은 무세포진피(ADM)가 생체적합성이 우수한 물질이라고 생각된다. 그러나 비교 분야가 한정되어 있고 장기간에 걸친 추적관찰이 부족하기 때문에 앞으로 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.
- 강도에 있어 GoreTexⓇ와 비교하여 더 강한 인장강도를 가지고 있고 합성물질이 아니기 때문에 이물반응이 거의 없었으며 초기 나타났던 염증반응은 정상적인 창상 치유과정의 일환으로 시간이 지나면서 점차 사라졌다. 또한 성공적인 이식된 조직 안으로의 재혈관화를 보여주어 가장 심각한 합병증인 감염에 대항하는 측면에서 매우 효과적이리라 생각된다. 동종이식에서 나타나는 면역반응은 재료의 명칭처럼 세포 성분을 완전히 제거하였기 때문에 미미한 수준에 머물렀으며 시간이 지날수록 구조적 안정성이 점차 견고하게 되었다.
- 05%)에 비교하여 외부 힘에 대하여 충분히 저항할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 반면 근막의 신축성은 maximal loading 시 원래 크기와 전혀 변화가 없었는데 비교 대상인 3가지 재료 중에 기계적 강도가 가장 강함을 알 수 있었지만 수술 후 복압 변화에 대해서는 오히려 불리한 점으로 작용할 수 있을 것으로 생각된다.
- PROCEEDⓇ를 사용한 군에서 가장 특징적인 것은 실험기간 전체에 걸쳐 심한 염증반응과 이물반응이 지속되었다는 것이다. 실험기간 내에 이러한 염증반응으로 인한 합병증이 발생하지는 않았지만 지속적인 염증반응이 일으킬 수 있는 문제에 대해서는 좀 더 오랜 기간에 걸쳐 실험이 계속되어야 할 것으로 생각된다.10 반면 SureDermTM을 사용한 군에서는 8주까지는 PROCEEDⓇ군과 비슷한 정도의 염증반응을 관찰할 수 있었지만 점차적으로 감소되었으며 동시에 혈관 형성, 조직 안으로 섬유아세포의 침윤, 복막 구조의 재생 현상을 관찰할수 있었다.
- 복벽이 전층으로 결손되어 mesh와 내장기관이 직접 맞닿는 경우 유착이 생기는 정도는 합병증 발생률과 직접적으로 관련되므로 매우 중요하다. 이번 연구에서는 PROCEEDⓇ와 SureDermTM 간의 유착 정도에 큰 차이가 없었으나 일반적으로 PROCEEDⓇ와 같은 인공 합성물질이 SureDermTM보다 내장기관에 대한 유착 성향이 더 크다는 보고가 있어 이 점에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다고 생각된다.8,9 또한 SureDermTM으로 재건한 실험군에서는 대조군과 다르게 32주에 주변으로부터 이식편 안으로의 재혈관화(revascularization)를 육안적, 조직학적으로 확인할 수 있었는데, 이는 대식세포와 산소, 영양소 등의 전달을 가능하게 해주므로 박테리아에 대한 자정능력을 나타내어 인공합성물질에 비해 감염에 저항성이 있음을 보여주는 것이다.
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