멜라토닌이 백서의 임의형 등피판 생존에 미치는 영향

Abstract

무작위형 피판 거상 시 국소 조직의 손상과 혈류 감소로 인해 피판의 원위 말단부에서는 허혈 상태가 발생될 수 있다. 이 경우 허혈에 의한 일련의 손상 기전으로 인해 유리기 (free radical)가 형성되어 조직의 손상을 유발하게 된다. 강력한 유리기 탐식자 (free radical scavenger)를 사용한다면 유리기 (free radical)의 형성을 줄일 수 있고 피판의 생존을 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다. 따라서 강력한 유리기 탐식자로 알려진 멜라토닌 (melatonin; N-acethyl-5-methoxytryptamine)을 투여함으로서 피판의 생존을 향상시킬 수 있는 지 알아보고자 하였다. 백서(Sprague-Dawley rat) 40 마리를 10 마리씩 4 군으로 나누어, 멜라토닌을 투여하지 않고 운반체 용액 (10% ethanol)만 복강 투여한 군 (n=10)을 정상 대조군으로 하였다. Dimethyl sulfoxide (DMSO)를 복강 투여한 군 (n=10), 멜라토닌을 복강 투여한 군 (n=10), 멜라토닌을 복강 투여하고 수술 부위에 멜라토닌을 도포한 군 (n=10)을 실험군으로 분류하였다. 백서 등 부위에 꼬리쪽에 기저를 둔 임의형 피판을 폭 3 cm, 길이 10 cm 의 크기로 도안한 후, 피부, 피하 조직 및 피부 근층을 포함한 피판을 근막층으로부터 완전히 거상한 후, 다시 원위치 시켰다. 약물은 수술 30분 전에 한차례, 그리고 수술 당일부터 수술 후 7일간 하루에 한차례씩 복강 주사하였고, 추가적으로 국소 도포를 시행한 군에서는 수술 후 봉합 부위에 7일간 1 % 멜라토닌 용액을 하루에 한차례 2 cc 씩 도포하였다. 수술 후 7일째 피판의 생존 면적을 측정하고 괴사부위와 생존부위의 조직을 채취하여 광학 현미경 하에서 검경하였다. 정상 대조군, DMSO 군, 멜라토닌 군, 멜라토닌 투여 및 국소 도포군은 각각 피판 면적 30 cm²중 평균 55.26 ± 9.2 %, 70.29 ± 7.47 %, 81.45 ± 4.14 %, 86.1 ± 1.52 %의 생존율을 보였다. 정상 대조군에 비해 각 실험군 의 생존면적은 95 % 유의수준에서 현저히 증가하였다. 하지만 멜라토닌 복강 투여군과 멜라토닌 복강 투여 및 국소 도포군 간의 생존률은 통계학적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 조직학적 검사를 통해 괴사되지 않은 피판 부위와 정상 피부의 봉합 부위에서 상처 치유 상태를 확인한 결과, 정상 대조군의 경우 섬유모세포의 침윤과 콜라겐 침착 범위가 모든 실험군 중에서 가장 넓게 형성되어 있었으며, DMSO군, 멜라토닌 투여군, 멜라토닌 투여 및 국소 도포군 순으로 그 면적이 감소하였다. 또한 괴사 부위의 조직 소견을 관찰한 결과, 정상 대조군의 경우 피부와 피부 근막층의 괴사 및 변성 (degeneration)이 가장 심하였으며, 다핵구, 호중구 같은 급성 염증 세포의 광범위한 침윤이 확인되었다. DMSO 투여군의 경우 부분적으로 근섬유의 소실과 국소적 염증 세포 침윤이 확인되었지만, 일부에선 신생 모세혈관이 관찰 되었다. 멜라토닌 복강 투여군과 복강 투여 및 국소 도포군에서는 염증 세포의 분포가 가장 경미하였으며, 신생 모세혈관의 형성이 더욱 증가되어 있었다. 본 연구에서는 백서의 등 부위에 피판술을 시행한 후 멜라토닌 투여로 피판의 생존율을 높일 수 있었고, 조직학적 검사를 통해서도 이를 확인 할 수 있었다. 이는 멜라토닌이 강력한 유리기 탐식자, 산소기 탐식자의 기능 뿐만 아니라 세포를 안정화 시키고 보호하는 기능을 통해 피판 원위부의 허혈 상태에 있는 중등도 손상부위의 생존을 항상 시킬 수 있음을 시사한다. 또한 멜라토닌은 독성이 없으며, 형태생리학적 장벽을 쉽게 통과하여 세포 안으로 침투할 수 있기 때문에, 기존의 약물에 비해 피판의 허혈 손상을 최소화 하는데 더욱 효과가 있을 것으로 생각된다.;In skin flap surgery, surgeons often encounter distal ischemia of the flap. When tissue is subjected to ischemia, a sequence of chemical reactions (free radicals, reactive oxygen species and calcium dependent such as calpain, endonucleases, ATPases, and phopholipases) is initiated that may ultimately lead to cellular dysfunction and necrosis. If a powerful free radical scavenger is used, it may reduce the formation of free radical and improves the survival of flap. Thus, the present study purposed to examine whether the survival of flap can be enhanced by administering melatonin (N-acethyl-5-methoxytryptamine), which is known to be a powerful free radical scavenger a antioxidant molecule. We divided 40 Sprague-Dawley rats into 4 groups, 10 in each group For the control group (n=10), we intraperitoneally injected only carrier solution (10% ethanol). Among the experimental groups, a group (n=10) was administered with dimethyl sulfoxide (DMSO), in another group (n=10), melatonin was intraperitoneally injected, and in the other (n=10) melatonin was intraperitoneally injected and applied topically to the operation site. Caudally based skin flaps measuring 3 x 10 cm2 were elevated on the mid-dorsum of the rats. and then repositioned. The drugs were intraperitoneally injected once 30 minutes before the operation, and once a day for 7 days from the day of operation. In the group with additional topical application, 2 cc of 1 % melatonin was applied to the site sutured after operation once a day for 7 days. On the seventh postoperative day, the survival area of the flap was measured by means of the paper template method, and tissues were taken from the necrotic area and the survival area and examined under an light microscope. The control group, the DMSO group, the melatonin administration group and the melatonin administration and application group showed the mean survival rates of 55.26 ± 9.2 %, 70.29 ± 7.47 %, 81.45 ± 4.14 % and 86.1 ± 1.52 %, respectively, for 30 cm² of flap. Compared to the control group, the experimental groups showed a significantly high increase in survival area at significance level of 95 %. However, there was no significant difference in survival rate between the melatonin administration group and the melatonin administration and application group. On hematoxylin and eosin staining, the control group showed the most severe necrosis and degeneration of the skin and the fascial layer and the most extensive infiltration of acute inflammatory cells such as polymorphounuclear cells and neutrophils. In the DMSO group, partial loss of muscle fiber and local infiltration of inflammatory cells were observed, but new capillaries were also observed in some cases. In the melatonin administration group and the melatonin administration and application group, the distribution of inflammatory cells was least significant and new capillaries increased markedly. In this study, the survival rate of flap was enhanced through the administration of melatonin after flap surgery, and this was confirmed also by histological examination. This suggests that melatonin not only functions as a powerful free radical scavenger and oxygen radical scavenger but also stabilizes and protects cells, and by doing so, enhances the survival of moderately injured ischemic sites in the distal end of flap. In addition, because melatonin is non-toxic and can pass easily through morphophysiological barriers and penetrate into intracellular structure, it is believed to be more effective than existing drugs in minimizing the ischemic damage of flap.