지혈대 사용으로 인한 근병변의 실험적 연구

Abstract

[영문]

[한글]

정형외과 분야 특히 사지와 수술에 있어서 출혈이 없는 수술 시야는 매우 긴요하며 여

기에는 지혈대 사용이 보럴적인 동시에 필요하다. 세밀한 사지의 수술에서 지혈술은 수술

조작을 쉽게하고 조직손상 및 조직유착의 예방에 큰토움을 준다고 한다.

지혈대의 사용은 100여년 전부터 사용해 왔으며 이러한 지혈대 사용으로 인한 부작용이

지금까지 계속 논난의 대상이 되어오고 있다. 지혈대 사용으로 인한 울혈성 국소빈혈은

조직의 무산소증과 세포손상을 초래하는고로 혈액순환의 완전정지는 확실히 비생리적 조

건을 가져온다고 하겠다. 현재까지 임상연구 및 동물실험으로 알려진 지혈대 사용시의 부

작용은 2가지로 생각해 볼수 있다. 첫째, 지혈대 직하의 조직에 끼치는 직접적인 압박과

둘째, 지혈대 착용부보다 훤위부에 오는 울혈 및 조직의 무산소증을 들수 있으며 직접 압

박의 예는 적절한 방법으로 예방할수 있으므로 현재 그예는 극히 드물게 되었으나 원위부

의 간접적 근병변에 대해서는 아직도 해결해야할 임상적 문제점과 이에 상반되는 임상경

험상의 견해차가 있다. 현재 안전하다고 널리 믿어지고 있는 단시간내 (1시간내지 2시간)

지혈대 사용시의 부작용 내지 합병증은 아직도 완전히 배제될 수 없으며 더욱 세밀한 실

험을 통한 확증 및 대책이 절실히 요구된다고 생각되므로 저자는 광학현미경 및 미세구조

상에서도 변화가 없는 지혈대 사용시간 즉 조직의 무산소증으로 인한 조직손상을 거의 일

으키지 않는 최장의 시간을 작정하고 또한 간혈적 재순환 방식으로 조직손상을 연장 시킬

수 있는지의 여부를 형태학적, 조직화학적 방법으로 연구하였다.

실험동물로는 체중 3kg 내외의 건강하고 성숙한 가토를 사용하였으며 정상대조군과 pne

umatic tourniquet을 사용하여 240mmHg로 혈류를 차단한 실험군의 2대군으로 나누고 실험

군은 다시 1시간 혈류차단군, 2시간 혈류차단군, 3시간 혈류차단군, 그리고 3시간 간혈혈

류차단군으로 구분하였다. 각각의 혈류차단군은 지혈대 제거후 4시간 및 72시간 후에 도

살하여 도살 즉시 비복근 내측두(medial head of M.gastrocnemius)를 분리하여 근육전층

을 절취하였다. 절취한 근육조직편은 각각 4개의 소절편으로 나누어 제 1절편은 hematoxy

lin eosin염색을 시행, 경검하였으며 제 2절편은 전자현미경으로 관찰하였다. 제 3절편은

calcium activated ATPase의 활성도를 관찰하였고 제 4편은 periodic acid Schiff반응에

의한 당원분포를 경검하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 급성염 증반응은 1시간 혈류차단군에서부터 경미하나마 시작되고 변성은 2시간 이후

에 나타나서 3시간 혈류차단군에서는 근세포의 분절 및 위축이 심하였다.

2. 전자현미경 소견으로는 Z-line의 배열은 1시간 혈류 차단에서부터 시작되어 3시간

혈류차단근에서는 심하게 불규칙해져 부분적인 소실과 단절상을 보여 주었으며 역시 3시

간 혈류차단군에서의 사립체는 팽대되고 그 내부의 사립체릉은 불분명 하였으며 근형질

역시 팽대되어 있는 반면 당원자립은 감소되어 있는등, 심한 변성의 양상을 띄었다.

3. 3시간 간혈혈류차단군의 조직착적 소견은 1시간 및 2시간 혈류차단군과 대체로 비숫

하였다.

4. ATPase의 활성은 1시간 및 2시간 혈류차단군에서는 강하게 나타나고 3시간 혈류차단

군에서는 현저히 감소되었고 3시간 간혈차단군에서는 중등도 및 강도의 활성을 보였다.

5. 당원의 분포는 1시간 및 2시간 혈류차단군에서는 근섬유초 직하부에서 세포체 중앙

부까지 심하게 축적되었으며 3시간 혈류차단군에서는 일부세포에서만 경미하게 반응하였

고 3시간 간혈차단군에서는 경도 및 중등도의 반응을 보였다.

이상의 결과로 보아 현재 임상에서 시행되고 있는 1시간 내지 2시간의 혈류차단에서도

경한 병변이 일어나고 있으며 특히 3시간 혈류차단군에서는 심하게 나타났다. 또한 3시간

간혈 혈류차단군에서는 얀 1시간 및 2시간 혈류차단군과 비슷한 소견을 보였다.

즉 위의 소견을 종합하여 보면 2시간 이상의 혈류차단은 조직손상으로 인한 부작용이

우려되어 중단되어야 할것으로 생각되며 2시간 이상의 혈류차단이 꼭 필요한 경우에는 매

시간 간혈적 재순환으로 조직의 논상을 경감시켜야 될 것으로 생각된다.

Experimental Studies on Muscular changes due to Tourniquet Application

Kwang Min Wee, M.D.

Departmemt of Medical Science The Graduate School, Yonsei University

(Directed by Prof. In Hee Chung)

Hemostasis by pneumatic tourniquet is a popular technique for orthopedic and

plastic surgery of the extremities since it provides a bloodless field. However,

consequent ischemia leads to tissue anoxia, and, if prolonged, to cellular damage.

Complete arrest of the circulation is obviously unphyoiological. Yet the assertion

is frequently made that such stoppage may be continued for periods of one and

one-half to three hours without harm. As to the length of time that a tourniquet

can be applied safely, opinion varies from one (Bruner, 1970) to two hours (Flatt,

1972) ; irreversible damage has been reported in three (Dahlback, 1970) to four

hours (Harman, 1947). We doubt that this is true. It has not as yet been shown

clinirally or experimentally just how long surgical ischemia may be safety

prolonged.

The present investigation undertakes therefore to define the early morphological

and hiatochemical alterations accompanying the necrosis of ischemic skeletal muscle

and to correlate these changes with duration of tourniquet application.

Complete ischemia was produced in the hind legs of rabbits weighing about 3 Kg.

The animals were divided into 2 groups: the control and experimental groups. The

latter wha further subdivided into 4 subgroups: 1 hour-occulusion, 2

hour-occulusion, 3 hour-occulusion and 3 hour-interrupted occulusion group. After

anesthetizing the animals with intravenously administered pentobarbital sodium 30

mg/kg, a pneumatic cuff was placed around the upper thigh and inflated to 240 mmHg.

Occulusion was maintained for one to three hours. The last subgroup represents the

3 hour-occulusion group with 10 minutes releasing of tourniquet every hour.

The animals were sacrificed after recirculation for 4 hours or 72 hours, and then

the lower leg was dissected to expose the medial head of M. gastrcnemius. One of

the specimens, a paraffin block, was cut at 5u and stained with hematoxylin and

eosin (H & E). A second specimen for the electron microscope was fixed in buffercd

osmium tetroxide for 2 hours. The specimen was then washed, dehydrated in alchol

and embedded in Epon 812. Sections were cut with glass knives on a microtome and

stained wish uranyl acetate and lead hydroxide. Micrograps were taken by the

Hitachi electron microscope, Model HU-11E. A third specimen was fixcd in Baker's

formalin calcium for 24 hours, followed by the procedures of Padykula and

Herman(1955) for calcium activated ATPase. A fourth spcsimen was used to determine

glycogen content by the periodic acid Schiff(PAS) technic.

The results of the histological and histochemical findings are as follows:

1. Acute inflammatory reactions and degeneative changes became more marked with

incresasing duration of ischemia, and severe segmentation and atrophy of the muscle

cells occurred in the 3 hour-occulusion group.

2. An irregular arrangement of the Z-line could be seen in the 1 hour-occulusion

group. In the 3 hour-occulusion group, degenerative changes, such as partial

dissolution and fragmentation of the Z-line, swelling of mitochondria with

disorientation of the cristae, a dilatation of sarcoplasm and a significant

reduction in amount of glycogen particles were seen.

9. Histological and ultrastructural changes of the 3 hour-interrupted occuluaion

group were generally similar to chose of the 1 hour and 2 hour-occulusion group.

4. Although a strong reaction of adenosinc triphosphatase (myosine-ATpase)

activity was shown in the 1 and 2 hour-occuluaion group as well as the 3

hour-interrupted occulusion group, a marked decrease in degree of activity was

found in the 3 hour-occulusion group.

5. Glycogen (by PAS technic) was concentrated strongly beneath the sarcolemma in

the 1 and 2 hour-occulusion group, but glycogen was distributed very weakly

throughout the sarcoplasm. The interrupted group showed a moderate degree of

glycogen content.

From these results, it is suggested that ischemia for more than 2 hours should be

avoided and that if occulusion for more than 2 hours io necessary, the interrupted

technique should be considered.