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책임저자：김해영, 부산광역시 서구 아미동 1가 10번지
602-739, 부산대학교병원 외과학교실 Tel: 051-240-7238, Fax: 051-247-1365 E-mail: [email protected]
접수일：2007년 10월 14일, 게재승인일：2007년 12월 31일 본 연구는 부산대학교병원 의학연구소 연구(과제번호 2001-06)의 연구비 지원을 받아 수행되었음.
중심 단어: 간이식, 혈관 이식, 돼지
돼지에 있어 인공혈관으로 대정맥 재건을 통한 자가 부분 간이식 동물 실험 모델
부산대학교 의과대학 외과학교실, 1마취과학교실
서형일ㆍ심문섭ㆍ김동헌ㆍ전태용ㆍ조홍재ㆍ권재영1ㆍ김해규1ㆍ김해영
An Experimental Model of Partial Auto-liver Transplantation in Pig with Intrahepatic Inferior Vena Cava Reconstruction Using a GORE-TEX
RVascular Graft
Hyung-Il Seo, M.D., Mun Sup Sim, M.D., Dong-Heon Kim, M.D., Tae Yong Jeon, M.D., Hong-Jae Jo, M.D., Jae Young Kwon, M.D.1, Hae Kyu Kim, M.D.1 and Hae Young Kim, M.D.
Departments of Surgery and 1Anesthesiology, Pusan National University College of Medicine, Busan, Korea
Purpose: Experimental animal models are useful training methods for liver transplantation, despite of ethical issues.
The aims of this study are to examine the technical feasibility of living donor liver transplantation in pigs and to address the ethical problems.
Methods: Eight pigs were used in this experiment. The pig liver was divided via a left hemi-hepatectomy without inflow occlusion. The GORE-TEXR Vascular Graft was used as a replacement for the inferior vena cava during the graft. After the bench technique, the remnant right lobe of the pig was removed. During the anhepatic phase, an abdominal aortic clamp in combination with general hypothermia was applied, instead of using a conventional bypass procedure.
Results: Anhepatic time was 41.3±7.0 min and cold ische- mic time was 200.3±29.4 min. The 1st, 4th, and 8th pig died because of declamping shock and arrhythmia on releasing the abdominal aortic clamp. Three pigs had five post- operative complications: pneumonia, gastrointestinal bleed- ing, IVC thrombosis, portal vein thrombosis, and bile duct stricture. The 6th pig received a hepaticojejunostomy due to
stricture of the anastomosis site at 37 days after transplan- tation.
Conclusion: Pigs are economically and ethically more con- venient compared to primate models. For auto-liver trans- plantation, no immunotherapy was needed. The pigs lived relatively long, allowing operative faults to be detected and studied. This experimental model will be useful training for living donor liver transplantation. (J Korean Surg Soc 2008;
74:243-247)
Key Words: Liver transplantation, Vascular graft, Pig
서 론
이미 많은 국내 센터에서 생체 부분 간이식, 사체 간이식, 사체 분할 간이식 등 다양한 형태의 간이식이 널리 시행되 고 있고 앞으로 보다 많은 센터에서 이와 같은 간이식이 시도될 것이다. 새로이 간이식을 준비하는 센터에서 술기 의 습득과 이식 팀 간의 조화를 위해 동물 실험은 반드시 선행되어야 한다. 동물을 이용한 간이식에 대한 첫 보고는 개를 이용하였는데 생존율은 매우 불량하였다.(1) 다른 시 도로 인체와 가장 유사한 원숭이를 이용한 간이식이 보고 되었으나 이 실험은 대상을 구하기가 어려울 뿐 아니라 경 제적인 이유로 제약이 많았다.(2) 그 후 원숭이의 대체 동물 로 돼지가 효율적으로 이용되게 되었고 이에 대한 실험도 널리 이루어져 왔다.(3) 그러나 돼지는 해부학적 구조상 미 상엽에서 수많은 소간정맥이 하대정맥으로 직접 유입되기 때문에 간이식 실험을 할 때 공여 돼지에서 간만을 구득하 는 것은 불가능하며 하대정맥을 함께 절제해야 하는 제약 이 있어 생체 부분 간이식 모델로써는 한계를 가진다. 이로 인해 돼지에 있어 생체 부분 간이식을 시행하는 것은 많은 어려움이 따랐는데, 이를 극복하기 위해 Nardo 등(4)은 구득 한 좌간에 연결할 대정맥으로 인공혈관을 이용함으로써 생 체 부분 간이식의 실험 모델로 돼지의 유용성을 제안하였 다. 이에 저자들은 돼지를 이용한 자가 생체 부분 간이식 실험 모델을 개발하고 실험 동물의 효율적 활용 방안을 제
Fig. 1. Techniques of harvesting the left liver. The parenchymal transaction runs between the RM and LM segment. The cannulation was done portal vein (large black line) and hepatic artery (small black line) for flushing (RL = right lateral; RM = right medial; LM = left medial; LL = left lateral).
Fig. 2. (A) The infrahepatic IVC of left liver was reconstructed with vascular prosthesis. Left hepatic patch and reconstructed infrahepatic IVC was sutured in the bench technique. (B) Completion state in bench technique (a. = artery; v. = vein; IVC = reconstructed 시하고자 본 연구를 시도하였다.
방 법
1) 실험대상
체중 25∼30 kg의 돼지 8마리를 이용하였다.
2) 수술의 준비
마취는 xylazine hydrochloride와 Ketamin을 4：1의 비율로 10 mg/kg을 근육 주사하여 돼지를 진정시킨 후 귀 후면의 정맥을 통해 정맥로를 확보하였다. 이를 통하여 pentotal so- dium (10 mg/kg)을 정맥 주사하여 마취를 유도하고 기도 삽 관 후 isofluran으로 마취를 유지시켰다. Pancronium bromide (0.1 mg/kg)로 근이완을 시켰다. 우측 외경정맥으로 중심정 맥 삽관을 시행하고 피부절개는 ‘ㅗ'자 모양으로 정중절개 와 늑골하 절개를 병행하여 충분한 시야를 확보하였다.
3) 좌간의 구득(Fig. 1)
간문부를 박리하여 좌간으로 가는 간동맥, 간문맥, 그리고 담도를 확인하고, 1분 가량 좌간으로의 혈류를 차단하여 좌 간의 경계면을 확인하였다. 이 후 좌간의 혈류를 유지하면 서 경계면을 따라 좌간의 실질을 절제하여 좌간을 분리한 다. 혈관과 담관만 남게 되면 헤파린 1,000 U를 중심정맥로 를 통하여 정주한 후 우선 좌간동맥을 절단하는데 원위부 에 카테터를 삽입한 후 고유간동맥 분지부에 근접하여 절 단하였다. 좌문맥은 주문맥에 연하여 혈관 겸자로 잡고 역 시 원위부에 카테터를 삽입 후 절단하여 마지막으로 좌담 관를 절단하였다. 좌간정맥은 가능한 대정맥 일부를 포함 하여 절단하며, 좌간정맥의 절단으로 좌간의 구득이 완료 되는 즉시, 4oC 하트만 용액 1,000 ml로 문맥 관류를 시행하 였다.
4) Bench Technique (Fig. 2)
구득한 좌간을 University of Wisconsin (UW) 용액으로 차 있는 대야로 옮기고 UW 용액 500 ml 가량을 관류시켰다.
이때 대정맥을 대체하기 위해 준비한 인공 혈관(GORE- TEXR Vascular Graft, W.L. Gore & Associate, Inc., USA)에 좌간정맥을 5.0 prolene으로 봉합하였다.
5) 우간의 절제와 좌간 이식(Fig. 3)
Bench Technique이 이루어지면 무간기 동안 실험동물의
Table 1. Operating data
Left liver Anhepatic Immediate operative Postoperative
No Weight (kg) GRWR* (%) CIT† (min)
weight (g) time (min) result (＜1 day) complication (＞1 day)
1 28 348 1.2 54 247 Expire −
2 30 412 1.4 47 213 Alive Pneumonia
Gastrointestinal bleeding
3 31 385 1.2 32 189 Alive Alive
4 27 269 1.0 35 237 Expire −
5 34 375 1.1 43 165 Alive IVC thrombosis
6 28 311 1.0 37 193 Alive Bile duct stricture
7 32 350 1.1 40 177 Alive Portal vein thrombosis
8 31 405 1.3 42 181 Expire −
*graft-to-recipient-weight ratio, †cold ischemic time.
Fig. 3. The transplantation technique of the vascular and bile duct reconstruction was performed as routine method (LL = left lateral; LM = left medial; HA = hepatic artery; PV = portal vein; BD = bile duct).
생존을 돕기 위해 chlorpromazine (0.5 mg/kg)을 정맥 주사하 였다. 또한 저체온 상태를 유지하기 위해, 복강 안을 결빙된 하트만 수액으로 채워 실험동물의 체온을 32oC로 유지하였 다. 횡격막 하부에서 대동맥을 혈관 겸자로 혈류의 복강 장 기로의 유입을 막으면서 연이어 하간 대정맥, 상간 대정맥 과 간문맥을 각각 혈관 겸자로 결찰 후 절단하였다. 이후 돼지의 우간을 대정맥과 함께 제거하였다. 문합의 용이성 을 위해 좌간을 180도 회전시켜 좌간에 연결된 인조혈관을 상간 하대정맥과 하간 하대정맥에 먼저 prolen 5.0를 이용하 여 문합하고 하간 하대정맥을 문합을 마치기 전에 UW 용 액을 4oC 하트만 용액 100 ml로 씻어 냈다. 그 후 간문맥, 간동맥 순으로 prolen 5.0와 prolen 9.0를 이용하여 문합하였 다. 간문맥을 문합한 후 정맥을 결찰한 혈관감자를 먼저 풀 고 이어 대동맥의 혈관감자도 조심스럽게 서서히 풀었다.
간동맥의 문합이 완료되면 따뜻한 생리식염수로 복막 세척 을 시행하여 체온을 상승시켰다. 담관은 Vicryl 6.0를 이용 하여 단단 담관-담관 문합술을 시행하였다.
결 과
실험에 이용된 돼지의 무게는 평균 30.1±2.4 kg이었고 구 득된 좌간의 무게는 356.9±48.4 g이었다. GRWR (graft-to-re- cipient-weight ratio)은 1.2±0.1%였다. 무간기 시간은 평균 41.3±7.0분이었고 냉허혈 시간은 평균 200.3±29.4분이었다.
1번째, 4번째, 8번째 실험 돼지는 대동맥을 풀었을 때 쇼크 와 부정맥으로 사망하였고 2번째 돼지는 술 후 2일째 폐렴 에 이은 위장관 출혈로 사망하였다. 5번째 돼지는 술 후 3일 째 간부전과 위장관출혈로 사망하였고 원인은 대정맥 내 발생한 혈전으로 유출혈류의 폐색으로 인한 것이었다. 7번 째 실험 돼지는 문맥혈전이 술 후 5일째 발생하여 혈전 제 거술을 시행하였으나 이후 발생한 패혈증으로 사망하였다.
6번째 실험 돼지는 술 후 37일째 담도 문합 부분의 협착이 발생하여 담도-공장 문합술을 시행 받고 2개월까지 생존하 였다(Table 1). 생존한 3번째, 6번째 실험돼지는 2개월째 안 락사시켰다.
고 찰
간이식에 대한 동물 실험은 1955년 Welch(1)에 의해 개를 이용하여 처음 시행되었다. 그 후 200번 이상 개를 이용하 여 간이식 실험을 한 후, 1963년 Starzl(5)은 간이식을 처음 인체에 적용하였으나 성적은 좋지 못했다. 의학의 발전으 로 장기 보존액, 면역억제제 등이 개발되고 간이식 술기도 비약적 발전하여 최근에 안전하게 간이식이 시행될 수 있 게 됨으로써 말기 간질환 환자의 유일한 치료방법으로 제 안되고 있다. 그러나 장기 공여자의 절대적인 부족은 간이 식을 기다리는 말기 간 질환 환자의 소실을 가져 왔고 이
문제를 해결하고자 부분 간이식이 고안되었다. 1984년 Bisth- mus와 Houssin(6)은 축소 간이식(reduced-size liver trans- plantation)을, 1988년 Pichlmayr 등(7)과 1995년 Rogiers 등(8) 은 생체 내와 외 분할 간이식(Ex vivo and In situ split- liver transplantation)을 시도하였다. 1989년에 Strong과 Lynch (9) 는 혈연 간 생체 부분 간이식(living-related liver trans- plantation)을 성공한 후 분할 간 이식술이 부족한 공여 간으 로 발생하는 문제를 해결하는 대안으로 제시되고 있다. 그 중에서 혈연 간 생체 부분 간이식은 공여자에 대한 윤리적 인 문제로 인해 서양에서 제약을 받고 있는 반면 혈연 관계 가 강한 우리 나라에서는 대부분을 차지하는 간이식의 형 태이다. 이에 저자들은 혈연 간 생체 부분 간이식을 준비 하면서 이에 앞서 동물 실험을 통해 술기의 훈련과 수술 팀의 조화를 이루면서 장기 생존할 수 있는 실험 모델을 정함으로써 술기상 발생할 수 있는 문제점을 개선하고자 하였다.
개나 원숭이를 이용한 동물실험 모델과 비교하여 경제적 윤리적 이점이 있는 돼지가 간이식 실험동물로 많이 이용 되고 있는데 돼지는 이종 간이식의 대상 동물로도 연구되 고 있다. 몇몇 사람들은 애완용으로 친근한 동물을 실험 대 상으로 사용하는데 윤리적으로 받아들이지는 못하지만 돼 지, 양 그리고 소 등과 같은 식용 대상이 되는 동물에 있어 서는 관대한 것 같다. 이런 점으로 윤리적인 문제에서 실험 대상으로 돼지의 사용은 다소 자유로워질 수 있고 이종 간 이식의 대비 차원에서 이 동물의 활용가치는 높다 할 수 있을 것이다.
공여 돼지의 간 구득 시 대정맥을 동반 절제하지 않으면 미상엽으로부터 수많은 정맥에서의 과다 출혈로 사망할 수 있어 대정맥을 포함한 전간을 적출하지 않고서는 이식실험 을 할 수 없는 이유로 생체 부분 간 이식 모델로는 부적합 하였다. 그러나 Nardo 등(4)이 인조 혈관으로 대정맥을 재건 한 후 성공적으로 좌간의 생체 부분 간이식을 시행하여 생 체 부분 간이식 실험 모델로서 돼지의 유용성을 제시하였 다. 저자들의 실험에서, 간이식 실험모델에서 일반적으로 행해지는 저체온을 유지하면서 무간기 동안 내장장기의 손 상을 예방하기 위해 복부대동맥의 혈류를 일시적으로 차단 하였다. 일반적으로 내장장기는 내장으로 유입-혈관을 모 두 차단하였을 때 28oC에서 60분을 견딜 수 있는 것으로 보 고되고 있는데,(10) 저자들의 실험에서도 무간기의 시간은 60분을 넘지 않았다.
대정맥의 차단은 심장으로의 혈류 유입을 40∼60% 감소 시키고 심박출량도 감소하지만 혈관 저항과 심박수의 증가 를 통하여 이를 보상하게 되며 중앙 혈압이 10% 감소와 심 장 지수(cardiac index)의 40% 감소가 보고된다.(11) 심박출 량이 50% 이상 감소하거나 중앙 혈압이 80 mmHg 이상 감 소하는 경우 혈역동학적 불관용(hemodynamic intolerance) 상태가 되게 된다. 이것을 극복하기 위해 복강동맥 상부 결
찰(supraceliac aortic clamping) 또는 정맥간 우회술이 필요하 다. 전간 혈류 차단술(total hepatic vascular exclusion) 시 저 하되는 혈압을 보상하기 위한 과다한 수액요법은 술 후 간, 신장 그리고 폐부전을 초래할 수 있다. 따라서 1마리의 동 물을 사용하는 저자들의 모델에서 출혈을 최소화하여 실험 을 시행하는 것이 중요하다 할 수 있을 것이다. 복부 대동맥 으로 혈류의 재유입 시 저혈압, 부정맥 그리고 호흡부전을 피하는 주의가 필요하지만 이에 대한 적절한 방법은 찾을 수 없으나 가능한 서서히 혈류를 개통시키는 것이 중요하 다 하겠다. 대동맥의 혈관 감자를 풀었을 때 저혈압과 부정 맥으로 술 중 사망한 3예와 술 후 장관 내 출혈로 사망한 1예의 경우 술 중 혈압이 80 mmHg 이하로 저하된 경우였 다. 대정맥 혈전으로 사망한 1예의 실험동물의 경우 혈전이 간정맥 내까지 있어 유출 혈관의 폐색이 원인으로 생각하 고 인조혈관의 충분하지 못한 창을 내었던 것이 원인으로 추정되었다. 공여 간의 180도 회전으로 인하여 이식편의 위 치와 간정맥-인조혈관 문합의 각도 차이가 발생하는 경우 유출 혈류의 폐색을 막기 위해 인조 혈관과 대정맥의 문합 시 인조혈관이 다소 오목하게 위치시켜 이를 극복하고자 하였고 사망 실험동물의 부검 시 유출혈류의 폐색이 문제 가 된 경우는 1예를 제외하고는 없었다.
기존의 동물 실험에서 간이식 이후 면역 억제제를 복용 시키지 않는 경우가 많기 때문에 수여 동물의 장기 생존은 불가능하였고 따라서 술기의 문제점을 정확히 검토하기엔 한계를 가졌다. 수술 합병증은 술 후 출혈, 혈관계 합병증 (간동맥혈전, 간문맥 혈전, 간정맥 폐색)과 담도계 합병증으 로 크게 구분할 수 있고, 이들 합병증의 발생은 술 후 첫 날부터 수개월 이후까지 다양한 형태로 발생할 수 있기 때 문에 수여 동물의 장기 생존이 수술 조작의 타당성 평가를 위해 반드시 선행되어야 한다. 저자들의 경우 5번째 실험 돼지는 이식 후 3일째 유출혈류의 폐색으로 간부전과 위장 관 출혈로 사망하였고, 7번째 실험 돼지는 이식 후 5일째 간문맥혈전이 발생하여 혈전 제거술을 시행하였으나 7일째 에 패혈증으로 사망하였으며 6번째 실험돼지의 경우 37일째 담도 협착이 발생하여 간담도-공장 문합술을 시행 받았다.
결 론
저자들의 실험 모델은 두 마리의 돼지를 이용하여 시행 되던 전 간이식 또는 생체외 분할간이식 실험을 대신할 수 있는 술기의 훈련 방법일 수 있을 것으로 생각하며, 돼지 한 마리가 수여자와 공여자의 역할을 할 수 있어 보다 경제 적인 모델이며 자기 간을 이식 받기에 면역억제제의 투여 가 필요가 없는 장점을 가진다. 따라서 거부반응이 없기 때 문에 수술적 결함이 아니라면 장기 생존할 수 있기에 간이 식을 준비하는 센터에서 수술 조작의 결점을 보완할 수 있 는 유용한 실험모델의 하나가 될 수 있을 것으로 생각한다.
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