대한수부외과 학회지 제3권 2호 Vo l. 3 , No 2 , Nove mb e r 199 8 .
자가 정맥 이식을 이용한 말초신경 결손부의 신경 재생 - 백서 좌골신경에 대한 연구 -
부산춘해병원 정형외과
김용진・김영호
=A b s trac t =
A utog en ou s V ein Graf t as a Con duit f or N erv e Re g en eration - E x p e rim e n t al S t u dy in R at S c i at i c N e rv e -
Yon g Jin Kim M.D. and Youn g Ho Kim M.D.
D ep artm ent of Orthop aedic S urg ery, P usan Choonhae H osp ital, P usan, K orea
The aim of this study was to determine whether vein grafts might serve as a conduit for nerve regeneration and the size of donor vein might affect the regeneration of the nerve. A 1 cm segment of sciatic nerve was resected unilaterally in 20 Sprague- Dawley rats. On 10 cases (group A) the gap was bridged by the autogenous femoral vein, the diameter of which is similar to that of sciatic nerve. On the other 10 cases (group B) the gap was bridged by autogenous infrarenal vena cava, the diameter of which is about twice of that of sciatic nerve. The morphological change, nerve conduction study and necropsies were performed at 12 weeks after vein graft. The results of our study demonstrated that autogenous vein graft can serve as a conduit for nerve regeneration. In group B, more well- arranged and efficient growth of the nerve fibers were occurred. But we couldn 't find out a coordinated regeneration of the mixed nerve.
Key Words : Rat sciatic nerve, Nerve conduit, Autogenous vein graft
─────────────────
※ 통신저자 : 김 용 진
부산시 부산진구 범천동 873 부산춘해병원 정형외과
서 론
말초신경의 분절적 결손이나 지연봉합시 발생 한 신경 결손부에 대해 무리한 단단봉합술을 시 행할 경우 과도한 장력이 봉합 부위에 가해져서 축색돌기의 재생장애 및 심한 유착성 섬유화가 생기게 된다. 그러므로 신경 봉합 부위의 과도한 장력을 피하기 위해 손상 신경의 상하를 박리하 는 방법, 골을 일부 단축 시키는 방법, 자가 신경 이식술을 시행하는 방법 등 여러가지 방법들이 사용되고 있다. 그 중에서 자가 신경 이식술은 가 장 흔히 사용되고 있는 방법이기는 하나 신경 공 여부에 생기게 되는 여러가지 장애와 충분한 신 경을 얻을 수 없다는 단점을 가지고 있다. 신경 재생의 통로로 사용할 수 있는 여러가지 신경대 체물에 대한 연구는 오래전 부터 시도되어 왔으 며 현재에도 활발히 이루어지고 있다. 그 중 자가 정맥을 이용한 말초신경 결손 부위의 이식은 신 경 재생의 통로로서 적합한 조건을 가지고 있으 며 다양한 크기와 길이를 편리하게 사용할 수 있 고 공여부의 장애가 거의 없는 장점을 가지고 있 으나 신경 연결 부위의 신경종 형성 등 기술적인 사항과 이식된 정맥의 수축에 의해 신경 재생이 일어나야 할 통로가 좁아지는 점 등이 극복되어 야 할 문제점이다. 이에 저자들은 직경이 충분히 큰 정맥을 이용함으로써 자가 정맥 이식의 문제 점을 극복할 수 있는지를 알아보고자 백서 좌골 신경을 대상으로 자가 정맥 이식의 신경 재생 과 정과 이식된 정맥의 직경에 따른 신경재생 과정 에 차이가 있는지에 대한 실험적 연구를 시행하 였다.
재료 및 방법 1. 실험 재료 및 방법
건강한 체중 200-300 gm 정도의 Sprague- Dawley 휜 쥐를 암수 구별 없이 20 마리 사용하 였다.
실험동물은 ketamine 복강내 주사와 보조적인 ether 흡입마취를 이용하여 마취시킨 뒤 실험용 수술대 위에 앙와위로 눞힌 다음 사지를 고정하 였다. 실험동물은 무작위로 각각 10 마리씩 A, B 군으로 나누었다. A군에서는 우측 대퇴부 전면의 털을 깍은 다음 10% betadine 과 alcohol 로 소독 하고 대퇴 근위부에서 슬관절을 향하여 종절개하 여 대퇴정맥을 노출시켰다. 실험 현미경 시야하 에서 대퇴부 중앙을 기준으로 노출된 대퇴정맥의 직경을 자로 측정한 다음 주위의 정맥 분지를 결 찰하고 중앙부를 중심으로 약 15 mm 길이를 체 취한 뒤 원위부와 근위부가 구분되도록 표식을 한뒤 생리 식염수에 보관하였다. B 군에서는 우 측 복부와 대퇴부의 소독 후 복부 중앙을 종절개 하여 노출된 내장기관을 좌측으로 밀어낸 뒤 하 대정맥을 노출시켰다. 실험 현미경 하에서 하대 동맥의 주위 연부조직과 대동맥과의 부착 부위를 박리하고 직경을 측정한 다음 신정맥 하방 부터 주위 정맥 분지를 결찰하고 15 mm 길이의 하대 정맥을 채취하였다.
A, B 군에서 각각 대퇴정맥과 하대정맥을 채 취한 뒤 복와위로 체위를 바꾸어 사지를 고정한 뒤 좌측 둔부와 대퇴부 후면의 피부에 약 3 cm 길이의 대퇴부 종절개하고 둔근과 대퇴이두근을 박리하여 좌골신경을 노출시켰다. 좌골공에서 슬관절 상방까지 주위 근육조직으로 부터 박리한 다음 좌골공에서 약 10mm 원위부에서 좌골신경 의 직경을 측정한 뒤 좌골공 원위 5 mm 부위에 서 10 mm 의 좌골신경 결손을 만들었다.
A 군에서는 대퇴정맥을 좌골신경 결손부에, B 군에서는 하대정맥을 좌골신경 결손부에 이식하 였다. 이식 방법은 정맥의 원위 및 근위부를 각각 신경 결손부의 근위 및 원위부로 오도록 방향을 바꾸어 위치시킨 뒤 각각의 신경 결손부의 말단 부를 이식 정맥의 내경에 평균 2 mm 정도로 충 분히 삽입되도록 telescoping technique 으로 삽 입한 후 10-0 Nylon 으로 정맥벽의 전층과 좌골 신경의 신경외막을 균일한 간격으로 4-6 바늘씩
봉합하였다(Fig. 1). 사용된 대퇴정맥의 평균 직 경은 0.97 mm, 하대정맥의 평균 직경은 2.05 mm, 좌골신경의 평균 직경은 1.06 mm 이었다.
2. 관찰 방법
수술후 실험동물들은 동일한 환경하에서 12주 간 사육한 뒤 보행의 모습을 관찰한 다음 마취를 시행하여 전기생리학적 검사 및 조직학적 검사를 시행하였다. 전기생리학적 검사 방법은 근전도 (Neuromatic 2000 M/ C, Denmark) 를 이용하여 좌골공 부위의 좌골신경에 침전극을 삽입하고 동 시에 족관절 상방의 triceps surae 근육에 활동기 록전극을 위치시켜 좌골신경을 직접 전기자극한 후 운동신경 전도속도를 측정하였다.
조직학적 관찰은 이식부위를 중심으로 20 mm 의 좌골신경을 채취한 다음 10% formaline 용액 에 고정한 후 다시 paraffin에 포매하여 이식정맥 의 중간부에서 횡절단하고 원위부는 종절단하여 신경재생의 모습을 관찰하였다. 사용된 염색 방 법은 신경 자체와 주위 조직의 일반적인 변화 양 상과 염증 소견 등을 보기 위해 Hematoxylin- Eosin 염색을 하였고, 이식 정맥 혈관벽의 보존성 을 알아 보기 위해 결체조직 중 탄력섬유의 성분 을 보여 주는 Verhoeff's elastic fiber stain 염색 을 하였으며, 이식 정맥 내의 재생신경 섬유의 유
수화를 관찰하기 위해 myelin basic protein 에 대한 면역조직화학적 염색 중 peroxidase- antiperoxidase 염색을 시행하였다.
결 과
1. 육안적 소견
술후 12주째 실험동물은 외견상 양 군 모두 하 지의 근육이 위축된 모습을 보였으며 이식을 시 행한 하지의 보행 양상은 고관절의 운동에 의해 행해지는 부조화된 모습을 보였다(Fig. 2).
이식을 시행한 부위의 육안적 소견은 양 군 모 두 주위 근막조직과 유착이 일부에서 관찰되었고 수축이 일어난 소견이 관찰되었으나 신경은 주위 조직과 비교적 쉽게 구별되었고(Fig. 3), A 군 중 3 례에서는 봉합부 주변에 결절형태의 신경종이 관찰되었다.
Fig . 1. Magnified view of vein graft (V) bridging a sciatic nerve (N) gap at the time of operation.
Fig . 2. External appearance at 12 weeks after operation shows atrophy of leg muscle.
2. 전기생리학적 검사
양 군에서 좌골신경을 좌골공 부 위에서 직접 자극시 원위 근육군의 수축 현상이 관찰되었으나 전반적으 로 조화된 근육 운동은 관찰되지 않 았다. 신경전도 속도는 A 군에서 평 균 8.83 m/ sec, B 군에서 평균 13.75 m/ sec 로 측정되었다(Fig. 4).
3. 조직학적 검사
1) He matoxylin- Eos in 염색 A, B 군 모두에서 정맥 이식편 주 위로 풍부한 혈관 조직이 관찰되었 다. 대퇴정맥을 이용한 A 군에서는 원위 연결부위의 신경섬유와 세포의 배열이 매우 불규칙하고 염증조직과 섬유화에 의해 신경 연결이 부분적 으로 단절된 듯 한 양상을 보였으며 하대정맥을 이용한 B 군에서는 신경 연결이 규칙적이고 심한 염증소견이 나 섬유화의 소견은 보이지 않았다 (Fig. 5, 6).
Fig . 3 . Twelve weeks after infrarenal vena cava graft . Mild adhesion of the graft to the peripheral tissue and some narrowing of the conduit at the middle portion was observed.
Fig . 5. Hematoxylin- Eosin stain 12 weeks after operation. (Longitudinal section of the distal portion of femoral vein graft) Somewhat fibrosis and inflammatory tissue change made disruption of the continuity of nerve regeneration.
Fig . 4 . In vivo nerve conduction study. Femoral vein graft group and infrarenal vena cava graft group 12 weeks after operation
Fig . 6. Hematoxylin- Eosin stain 12 weeks after operation (Longitudinal section of the dis- tal portion of infrarenal vena cava graft) Well arranged and evenly distributed nerve fiber and cells were seen and fibrosis and inflammatory sign was not observed.
Fig . 9 . Peroxidase- antiperoxidase stain 12 weekd after operation(Longitudinal section of the distal portion of the infr ar enal vena cava graft ) Orderly arranged nerve fiber s w ere r egenerated and w avy patten of nerve fiber was seen (s : suture material).
2) Ve rhoeff's e lastic fibe r 염색
A, B 군 모두에서 횡단면상 정맥벽의 탄력섬 유는 주위 육아조직의 침투에 의해 끊김이 없이 비교적 둥근 정맥벽의 원형을 유지하였다. 종단 면 상의 조직소견에서도 연속성을 보존한 탄력섬 유를 관찰할 수 있었다(Fig. 7).
Fig . 10. Peroxidase- antiperoxidase stain 12 weeks after operation(Cross section of the middle of infrarenal vena cava graft) The regenerated, myelinated nerve fibers were distributed evenly in the lumen of the grafted vein.
3) Mye lin basic prota in 에 대한 면역조직 화학적 염색
Hematoxylin- Eosin 염색소견과 유사하게 A 군에서는 myelin 생성이 불규칙적이고 부분적으 로 단절된 양상을 보였고 근위 혹은 원위 연결부 주위에 신경종이 형성된 소견도 관찰되었다. B 군에서는 유수화 신경섬유가 물결 모양을 보였으 며 봉합부에서의 연속성이 뚜렸하였고 재생신경 Fig . 7. Verhoeff' s elastic fiber stain 12 weeks
after operation (axonal section) The internal elastic laminar (arrow) was seen as a circular continuous, black band and no invasion of the peripheral tissue was observed in the cross section.
Fig . 8. Peroxidase- antiperoxidase stain 12 weeks after operation (Longitudinal section of the distal portion of femoral vein graft) Inter- mittently disrrupted regeneration of the nerve fiber (black arrow) and neuroma (white arrow) was seen.
이 정맥 내벽에 국한되지 않고 전 공간 내로 비교 적 균일하게 분포되고 있었다(Fig. 8, 9, 10).
고 찰
말초신경은 손상을 받으면 schwann 세포가 2- 3일 내에 대식세포에 의해 점차적으로 탐식되 어 분해되고 그 후에 기저막으로 둘러 싸인 비워 진 관상형의 구조물을 통해 축색이 근위부로 부 터 자라 들어오면 schwann 세포가 역시 근위부 로 부터 축색을 따라 이주해 오는 과정을 밟게 된 다. 말초신경의 심한 좌상 이나 분절손상, 지연봉 합, 신경종 제거후 등 신경 결손이 생겼을 때 무 리하게 단단봉합을 시행하여 봉합부위에 과도한 긴장력이 가해지게 되면 이러한 신경 재생 기전 에 장애가 초래될 수 있다5 ). 자가 신경 이식의 신 경 재생 과정은 이식된 신경 절편이 살아 있는 조 직으로서가 아니라 일단 변성과정을 밟아 신경 재생의 통로로서의 역활을 하게 되는데 이식된 신경의 중심부는 이식 초기에 순환 장애로 괴사 에 빠지며 주변부의 schwann 세포만 생존하게 되고 조직학적으로는 schwann 세포가 myelin 을 소화가고 이어 대식세포에 의해 주변 신경조직 들이 제거되어 기저막만 남는데 이를 통하여 근 위단의 축색돌기 들이 자라들어 가게 하는 도관 역활을 하고 또 이식된 절편에 있는 schwann 세 포가 살아 있다가 근위단에서 자라 들어온 축색 돌기와 만나면 성장물질을 분비한다고 알려져 있 다12 , 16 , 22 )
. 이러한 자가 신경 이식도 공여 신경의 선택상의 제약과 신경종 형성, 신경의 희생으로 인한 감각소실 등 임상적으로 사용시 제약이 많 아 신경대체물에 대한 연구가 시도되게 되었다.
이상적인 신경대체물이 갖추어야 할 요건으로 는 절단된 근위 신경단에서 재생된 축색돌기가 이식물내를 통하여 원위단으로 향하는 통로로서 의 역활을 하여야 하고, 주위로 부터의 외부 육아 조직의 침투에는 저항하지만 신생혈관이나 조직 액들이 이식물내로 쉽게 침투할 수 있는 micro-
pore 를 가지고 있어야 하며, 면역학적으로 거부 반응이 없어야 하고, 어느 정도의 탄력성이 있어 신경 봉합후 사지의 운동에 따른 유연성이 있어 야 하며, 모양, 크기, 길이 등을 비교적 자유롭게 선택할 수 있어야 하는 점을 들 수 있다6 ). 현재 신경대체물로 연구 중에 있는 물질로는 자가 동 맥 및 정맥3 , 4 , 2 1)
, pseudosynovial mesothelial tube10 , 11, 13)
, 변성 골격근1, 6, 7, 8 , 9 , 17)
, synthetic biodegradable tube14 , 15), perineural tube18 , 19 ) 등이 있다.
신경 재생은 schwann 세포의 기저막만 있어도 일어나며 이러한 기저막은 산소를 필요로 하는 세포가 없기 때문에 혈관이 미처 자라 들어오지 못하는 조건에서도 신경의 재생을 유도할 수 있 다. 이러한 관점에서 보면 골격근은 기저막을 풍 부하게 가지고 있어 신경 결손 부위에 이식하면 신경 근위단으로 부터 재생되기 시작한 축색돌기 가 저항 없이 쉽게 자라들어 갈 수 있는 통로를 제공하며 동시에 주위에서 자라 들어 온 schwann 세포들에 의하여 신경 이식을 시행한 경우와 유사한 환경을 제공하게 된다.
자가 정맥이식술도 오래전부터 시도되어 왔던 방법 중 하나로 1890 대부터 실험적 연구가 되어 왔으며3 ) 1920 년대 부터 임상적으로 시도되었으 나 그 결과가 만족스럽지 못한 것으로 보고되면 서 한동안 연구가 중단되었다. 그 후 1980년대에 와서 Chiu3 ,4 ) 는 쥐의 좌골신경에 1 cm 결손을 만 들어 자가 정맥 이식을 시행한 다음 조직학적, 신 경생리학적으로 신경이 재생됨을 증명하였고, Rigoni 등20 )은 신경 결손 간격이 신경이식술과 정맥이식술의 결과에 영향을 미쳐 신경 결손 간 격이 좁은 경우에는 양자간의 결과가 비슷하나 간격이 큰 경우에는 신경이식술의 결과가 우수하 다고 하였으며 Bruschart2 ) 는 자가 정맥을 신경 대체물로 사용할 경우 정확한 신경섬유의 재생 을 촉진하는 neurotropism 작용이 없어 근위부에 서 자라내려 오는 축색들이 산만하게 분포되어 신경섬유의 특이성을 상실하므로 신경 결손의 간
격이 클수록 비 특이적인 신경 재분포가 이루어 지게 된다고 하였다.
정맥은 그 자체의 탄력성으로 크기에 따른 제 약은 비교적 작으나 연결 봉합부의 신경종을 방 지 하기 위해서는 신경 결손단이 충분히 또한 기 술적으로 쉽게 정맥내로 함입되어야 한다. 신경 이 절단 되는 경우에는 신경외초 밖으로 빠져 나 오는 신경 섬유 다발로 인해 원래의 신경 직경보 다 더 커지는 것을 관찰할 수 있고 실제 자가 정 맥이식술시 이에 대한 극복이 기술적으로 해결해 야 할 문제이다. 저자들은 직경이 충분히 큰 정맥 을 사용하여 신경단을 정맥내로 충분히 함입 시 켜 주는 경우에 이러한 문제점을 어느정도 극복 할 수 있는지를 알아보기 위해 백서의 좌골신경 에 1cm 의 신경 결손을 만들어 직경이 비슷한 대퇴정맥과 직경이 두배 정도 큰 하대정맥을 사 용하여 정맥 이식을 시행한 다음의 신경 재생과 정을 육안적, 전기 생리학적, 조직학적으로 관찰 한 결과 자가 정맥은 신경 재생의 통로로서의 역 활을 하고 있는 것을 볼 수 있었고, 대퇴정맥과 하대정맥 이식군 모두 신경재생이 일어나는 현상 을 증명할 수 있었으나 대퇴정맥 이식군 보다 하 대정맥 이식군에서 보다 보다 원활한 신경재생을 보였다.
결 론
백서의 좌골신경에 1cm 의 신경 결손을 인위 적으로 만든 다음 대퇴정맥 및 하대정맥을 이용 하여 자가 정맥 이식을 시행한 결과 자가 정맥은 신경 재생의 통로로서의 역활을 수행하면서 정맥 내로 신경재생이 일어나는 것을 관찰할 수 있었 으며 대퇴정맥을 사용한 경우 보다 직경이 충분 히 큰 하대정맥을 사용한 경우의 신경재생이 보 다 원활히 일어나는 것을 볼 수 있었으나 혼합신 경의 각 부분들이 조화롭게 재생이 일어나는 지 는 증명할 수 없었다.
참고문헌
1) 이승구 , 권순용 , 이화성 : 가토의 말초 신경 결 손의 재생을 위한 몇가지 신경대체물의 효과. 대 한정형외과학회지, 28 : 876- 886, 1993.
2) Brushart T M, Mather V , S ood R and Koschorke GM : Disper sion of regenerating axons across enclosed neural gap. J Hand S urg 20A : 557- 564, 1995.
3) Chiu DT , Janecka I, Krizek T J, Wolff M and Lov alace RE : Autogenous vein graft as a conduit for nerve regeneration. Surgery 91 : 226- 230, 1982.
4) Chiu DT and Strauch B : A prospective clinical evaluation of autogenous vein grafts as a nerve conduit for distal sensory nerve defects of 3 cm or less. Plast R econst S urg 80 : 928- 934, 1990.
5) Daniel RK and T erzis JK : Principles, practice and technique of peripheral nerve surgery. 1st ed. Little Brown Co : 389- 429, 1987.
6) Faw cett JW and Keynes RJ : Muscle basal lamina. A new graft material for peripheral nerve repair . J N eurosurg 65 : 354- 363, 1986.
7) Glasby MA , Gashmeis sner SE , Hitchcock RJI and Huang CLH : Regeneration of the sciatic nerve in rat s. The effect of muscle basement membrane. J B one J oint S urg 68B : 829- 833, 1988.
8) Glasby MA , Gashmeis sner SE , Huang CLH and de S ouza BA : Degenerated muscle grafts used for peripheral nerve repair in primates. J Hand S urg 11B : 347- 351, 1986.
9) Jimming R, Shizhen Z, Bo S and Sheng Z : Experimental study of bridging the peripheral nerve gap with skeletal muscle. Microsurg 7 : 183- 188, 1986.
10) Lundborg G and Hans son HA : Nerve regeneration through performed pseudosy- novial tubes. J Hand S urg 5 : 35- 42, 1980.
11) Lundborg G, Dahlin L, Danielson N ,
Has son H and Lars son K : Reorganization and orientation of regenerating nerve fibers, perineurium and epineurium in performed mesothelial tubes. An experimental study on the sciatic nerve of rats. J Neuroscience Research 6 : 412- 122, 1982.
12) Lundborg G : Nerve regeneration and repair.
Acta Orthop Scand 58 : 145- 169, 1987.
13) Mackinnon S , Dellon AL, Hudson A and Hunter D : Nerve regeneration through a pseudosynovial sheath in a primate model.
Plast R econst S urg 75 : 833- 839, 1985.
14) Mackinnon S , Dellon AL : A study of nerve regeneration across synthetic and biologic nerve conduits for nerve gaps up to 5 cm in the primate. J R econst M icro 6 : 117- 121, 1990.
15) Mackinnon SE and Dellon AL : Clinical nerve reconstruction with a bioabsorbable polyglycolic acid tube. Past R econst S urg 85 : 419- 424, 1991.
16) Manthrope SE and Dellon AL : Two point discrimination test . J Hand S urg 10A : 906- 907, 1985.
17) N orris RW, Glasby MA , Gattuso JM and Bow den REM : Peripheral nerve repair in humans using muscle autografts. J B one J oint S urg 70B : 530- 553, 1988.
18) Restrepo Y , Merle M, Michon J, Folliguet B and Petry D : Fascicular nerve graft using an empty perineural tube. An experimental study in the rabbit. Microsurgery 4 : 105- 112, 1983.
19) Restpero Y , Merle M, Petry D and Michon J : Empty perineural tube graft used to repair a digital nerve. A first case report. Micro- surgery 6 : 73- 75, 1985.
20) Rigoni G, Smahel J, Chiu DT and Mey er VE : Veneninterpomat als Lietbahn fur die Regeberation peripherer nerven. Hand Chir Mikrochir plast Chir 13 : 227- 235, 1983.
21) Suematsu N , Hiray ama T , At suta Y : An experimental study of autogenous vein grafting for the repair of gap in peripheral nerve. J Jap Soc S urg Hand 3 : 98- 105, 1986.
22) T ohy ama K : The localization of lectin- binding sites on Schwann cell basal lamina. J Neurocytology 14 : 46- 61, 1984.
