Korean Journal of Cerebrovascular Surgery 2000;2(1):5-10.
Published online January 1, 2001.
An Experimental Study for the Effect of Interrupted(Intermittently-Repeated) versus Continuous Temporary Clipping on the Change of Arterial Wall of Rat.
Bae, Jae Sung , Kim, Kwang Myung , Kim, Young Soo , Ko, Yong , Oh, Seong Hoon , Oh, Suck Jun
Department of Neurosurgery, School of Medicine Hanyang University, Seoul, Korea. bjs0914@hanmail.net
Abstract
The benefits of the use of temporary clipping for intracerebral aneurysm surgery were proved through many experimental and clinical studies. There are two techniques of temporary clipping which are interrupted and continuous clipping. In the study of cerebral perfusion, interrupted clipping reduced ischemic damage to the brain. However, the comparison of histological changes in the arterial wall between them is not reported yet. Temporary clipping on the iliac artery of 80 rats was performed using Yasargil temporary mini clip. The specimens were divided into two groups; Group I (intermittently repeated clipping for 5 minutes was done 3 times on the same site with resting interval for 5 minutes: total clipping time was 15 minutes) and Group II (continuous clipping for 15 minutes). Under the light microscope, the histological findings were examined in the specimens, which were obtained at each time-interval after clipping (0 hr, 3 hrs, 6 hrs, 12 hrs, 3 days, and 3 months). The histological changes of the arterial wall of rat by two techniques for temporary clipping were observed. Although there is no significant difference between two temporary clippings, there is a trend of milder and more delayed arterial change in intermittently-repeated temporary clipping.
Key Words: SAH, Temporary clipping(intermittently-repeated), Arterial wall

서     론


   뇌혈관에 대한 일시적 혈관폐색(temporary vascular occlusion)방법중 클립을 이용한 임시 결찰술은 신경외과의 수술시에 흔히 사용되는 방법이다. 뇌종양의 수술시에 급양동맥(feeding artery)을 일시 결찰함으로써 종양으로부터의 출혈을 줄일 수 있고 뇌동정맥기형의 수술시에도 같은 장점이 있으며 뇌동맥류의 수술시에는 동맥류의 내압을 감소시켜 동맥류의 경부 결찰을 용이하게 하고 동맥류의 파열을 예방할 수 있는 장점이 있다.8)10)12)15)16)18)26)32)35)36) 반면 임시 결찰술은 뇌의 허혈성 손상을 줄 수 있고 동맥내벽에 기계적 손상을 줄 수 있다는 단점이 있다.1)5-7)11)13)14)21)24)28)29) 
   Pool26)은 1928년에 Jeffrson이 최초로 근위 동맥의 임시 결찰을 했다고 보고하였고, 1957년 Gibbs8)는 동맥류 경부 결찰술중 동맥류의 박리시에 변형카인스클립(modified Cairns clip)을 이용해 임시 결찰을 했다고 보고했다. 1969년 Suzuki등35)은 동맥류가 있는 215명의 환자에서 임시 결찰술과 중등도의 저체온법을 이용한 수술을 하여 뇌허혈증 최대안전시간한계(maximum safe time limit)를 처음으로 측정하였으며 반복적 임시 결찰술이 일시적 혈관폐색시간을 증가시킬 수 있다고 하였다. 1983년에 와서는 Ljunggren등20)은 16명의 환자에서 중대뇌동맥을 임시 결찰시 20분까지 견딜 수 있음을 보고했고, 결찰력(closing force)을 더 낮춤으로써 동맥내벽손상이나 혈전 형성등의 합병증을 최소화할 수 있었다고 보고하였다.
   처음 임시 클립을 고안할 당시 동물실험을 거쳐 동맥내벽에 손상을 주지 않도록 결찰력이 조절되었다고 하나 그 후에도 임시 클립으로 인한 동맥내벽손상과 혈전 형성등의 합병증이 보고되고 있다.1)3)4)5)7)9)11)13) 반복적 임시 결찰술이 뇌혈류의 변화나 뇌대사의 변화 등에는 지속적 임시 결찰술보다 우수하다는 많은 보고들이 있고,9)10)19)20)30-34)36) 안전한 시간에 대하여 여러 생체실험을 통해 현재는 뇌혈관의 측부순환(collateral circulation)에 따라 차이가 있으나 5분 내지 7분 결찰 후 8분동안 재관류 시키는 것을 3회 반복 시행하여도 뇌의 혈류 및 대사에는 비교적 안전한 것으로 보고되고 있다.18)23) 그러나 이러한 보고들은 전부 뇌의 혈류와 대사에 대한 동물실험 및 수술시 여러 가지 검사를 시행한 결과들이지 지속적 결찰과 반복적 결찰로 인해 발생한 동맥내벽의 해부학적 변화를 실험한 보고는 없었다.
   본 연구에서는 반복적 임시 결찰과 지속적 임시 결찰에 의한 혈관손상의 조직학적 변화의 차이를 알아보기 위해 백서의 장골동맥을 이용하여 임시 결찰을 한 후 그 결과를 조직학적으로 비교 연구하였다.

대상 및 방법

   체중 200~250 gm의 건강한 백서(Spraque-Dawley rat)를 실험대상으로 하였다. Thiopenthal sodium을 40 mg/kg의 용량으로 복강내 주사하고 마취가 될 때까지 기다려서 무균 소독한 후 대동맥과 장골동맥을 선택적으로 박리하였다. 결찰력이 70 gm/cm2인 Yasargil 임시 클립을 사용하여 대동맥에서 장골동맥으로 분지하는 근위부 1 cm 이내에서 결찰하여 결찰술 후에는 매일 2 mg의 항생제(netilmicin sulfate)로 술후 감염을 예방했으며 동일 환경에서 사육했다. 제 1 군은 5분간 결찰하고 5분간 재관류시킨 후 다시 결찰과 재관류를 반복하여 총 15분간 결찰을 하였고 제 2 군은 15분간 지속적 결찰을 한 후 재관류시켰다.
   제 1 군과 제 2 군에서 임시 결찰술을 한 후 각 시간대(직후, 3시간 후, 6시간 후, 12시간 후, 1일 후, 3일 후, 7일 후, 3개월 후)별로 각각 5마리씩 ethanol을 이용해 질식사 시킨 후 결찰되었던 동맥을 채취하였다. 5마리는 대조군으로 하여 동일 부위의 동맥을 채취해 정상적인 해부학적 구조를 관찰한 후 제 1 군, 제 2 군과 비교하였다. 동맥내벽의 변화는 Hematoxylin-Eosin 염색, Masson's trichrome 염색, Elastic van Gieson 염색 후 광학현미경으로 비교 관찰하였다.

결     과

   임시 결찰술을 시행한 직후에는 조직소견상 제 1 군과 제 2 군 모두에서 차이 없이 부분적으로 혈관내피세포층이 상당히 활성화되면서 박리가 시작되었고, 중간층이나 외층은 반응이 없었다(Fig. 1A and B). 3시간 후 조직소견은 제 1 군에서는 불완전하지만 내피세포의 소실이 상당히 진행되었고 제 2 군에서는 내피세포가 관찰되지 않았다. 6시간 후 조직소견은 제 1 군은 내피세포가 관찰되지 않았으며 Masson's trichrome 염색을 시행한 결과 근세포의 손상은 없었다(Fig. 2A). 제 2 군 역시 내피세포는 관찰되지 않았고 부분적으로 근세포가 소실되기 시작하였으나(Fig. 2B)탄력섬유는 유지되었다. 12시간 후 조직소견은 제 1 군에서는 6시간 후와 변화가 없이 여전히 근세포의 손상은 관찰되지 않았고, 제 2 군은 6시간 후와 비교해 볼 때 근세포의 소실이 여러 곳에서 관찰되었다. 24시간 후에는 제 1 군에서 근세포의 소실이 관찰되기 시작했고(Fig. 3A), 제 2 군에서는 12시간 후와 비교해서 근세포의 소실이 더 이상 진행되지 않았고(Fig. 3B) 탄력섬유도 계속 손상 없이 유지되었다(Fig. 3C). 3일 후에는 제 1 군에서는 24시간 후와 비교해 볼 때 근세포의 소실이 큰 변화 없이 관찰되었고 탄력섬유의 손상도 나타나지 않았다. 반면 제 2 군에서는 내피세포와 근세포 모두 정상 대조군과 차이 없이 관찰되었다. 7일 후와 3개월 후에는 제 1 군, 제 2 군간의 차이가 없었으며, 대조군과도 차이가 없이 혈관내피세포, 근세포, 탄력섬유 모두 손상 없이 관찰되었다(Fig. 4A and B). 임시 결찰술후 발생한 동맥내벽의 조직학적 변화를 시간대별로 정리하면 Table 1과 같다.

고     찰

   임시 결찰술의 유용성에 대해서는 많은 보고가 있는데 Jabre등12)은 임시 결찰을 양측 전대뇌동맥에서 최장 23분, 중대뇌동맥에서 최장 40분, 내경동맥에서 최장 27분 44초, 기저동맥에서 13분 30초를 한 결과 임시 결찰이 이환율과 사망율을 증가시킨다는 증거는 없다고 했다. Kubota등16)은 제 1 또는 제 2 Hunt & Kosnik 등급 환자에서 임시 결찰술을 한 군이 하지 않은 군보다 좋은 예후를 보였고 제 3, 4, 5 등급 환자에서는 임시 결찰술을 하지 않은 군이 보다 좋은 예후를 보였다고 보고하였다. 최근까지 임시 결찰술이 뇌대사에 미치는 영향에 대하여 많이 연구되었는데 Mooij등22)은 동맥류 수술시 5례에서 중대뇌동맥결찰을 8분에서 19분까지 시행하였는데 이때 체성감각유발전위를 측정하는 것이 뇌의 허혈성 손상을 막는데 도움을 준다고 하였다. 또, Sako등31)은 동맥류 수술중 임시 결찰술을 시행한 25례중 11례에서 체성감각유발전위의 변화가 있어서 임시 결찰을 풀었고 수술후 아무런 신경학적 결손이 없었다고 보고했다. 또, Buchthal등2)도 유발전위 측정하에 25명의 동맥류 환자에서 수술중 임시 결찰술을 시행하였고 수술후 아무런 신경학적 결손이 없었다고 했다. 이와 같이 임시 결찰술의 안전성은 여러 연구를 통해 증명이 되었으나, 아직까지도 임시 결찰술 방법중 지속적, 반복적 방법 사이에 안전성에대한 논란이 많다.
   Sakaki등30)은 고양이를 이용한 동물실험에서 60분간 지속적 결찰을 시행한 군과 20분간 결찰하고 1시간 재관류한 후 다시 20분간 결찰하는 반복적 결찰을 3회 시행한 군과의 뇌경색이 일어나는 빈도와 뇌혈류를 비교하였는데 반복적 결찰의 경우 뇌경색의 빈도가 많은 것으로 보아 뇌손상 방지는 지속적 결찰술이 더 우수하다고 하였다. 또 Samson등32)도 반복적 결찰이 뇌경색의 빈도를 증가시킨다고 보고하였다. Bell등1)은 동물실험을 통하여 반복적 결찰이 뇌의 조직학적 손상, 뇌부종의 빈도, 사망수를 증가시켰다고 보고했으며, Ogilvy등24)은 후향적 연구를 통해 반복적 결찰을 시행한 군에서 뇌경색의 위험도가 증가했다고 하였다.
   반면 Lee등19)은 고양이에서 단기간 반복적 허혈과 장기간 지속적 허혈이 체성감각유발전위에 미치는 영향을 발표하였는데 1시간 동안 결찰한 6마리의 고양이에서 2마리만이 체성감각유발전위가 정상적으로 돌아왔고 6마리 모두에서 여러 부위에 뇌경색이 보인 반면 20분씩 3번 결찰한 6마리의 고양이에서 모두 체성감각유발전위가 정상적으로 돌아왔고 1마리만이 뇌경색을 보였다고 했으며, 이 결과로 보아 반복적 결찰이 지속적 결찰보다 허혈성 손상이 적다고 하였다. 또, Goldman등9)은 23마리의 백서를 이용하여 10분 결찰 후 5분간 재관류하는 방법으로 60분, 90분, 120분간 반복적 결찰을 시행한 후 같은 시간의 지속적 결찰을 시행한 군과 뇌경색의 정도를 비교했는데 반복적 결찰한 군이 뇌경색의 정도가 경미했고, 반복적 결찰을 시행한 군은정상 대조군과 혈뇌관문의 파괴, 뇌실질내 출혈, 대뇌반구 부종, 경련발작에서 차이가 없음을 보고하였다. Kurokawa등17)은 쥐를 이용한 실험에서 지속적으로 90분간 결찰한 군과 30분간 2시간의 간격으로 세차례 반복적으로 결찰을 시행한 군사이에 뇌경색의 정도를 비교했는데 반복적 결찰을 시행한 군이 지속적 결찰을 시행한 군보다 신경학적 결과가 더 좋았고, 뇌경색의 범위도 좁았다고 하여 반복적 결찰의 우수성을 보고하였다. Steinberg등34)도 토끼를 이용하여 1시간동안 지속적 결찰을 시행한 군과 20분씩 3회 반복적 결찰을 시행한 군을 비교하였는데 반복적 결찰을 시행한 군에서 뇌경색의 범위가 더 좁았고, 피질신경손상이 감소했다고 보고하였다. Regli등27)은 20마리의 토끼를 이용하여 60분간 지속적 결찰한 군, 30분씩 2회 반복적 결찰한 군, 15분씩 4회 반복적 결찰을 한군의 뇌산도, 뇌혈류, nicotinamide adenine dinucleotide(NADH)를 비교했는데 3군간에 차이는 없었다고 하여, 임시 결찰에 따른 뇌대사의 변화에는 차이가 없다고 하였다.
   그러나 이러한 연구들은 임시 결찰술이 혈관에 미치는 해부학적 영향에 대한 내용은 없었다. Gertz등7)은 30 g 결찰력을 가진 하이페츠클립(Heifetz clip)으로 임시 결찰한 후 전자현미경으로 관찰하였는데, 손상의 정도는 부분적 내피세포 탈락부터 전반적 탈락으로 인한 내피하층(subendothelial layer)의 노출까지 다양하였고, 5분간 재관류한 후에는 혈소판과 섬유소가 응집되어 혈전이 형성되었다고 하였다. 본 연구에서도 광학현미경하에서 내피세포의 탈락이 나타났으나 전자현미경을 이용하지 않아서 확실한 비교가 되지 않았다. DePalma등4)은 클립에 의한 혈관손상으로 인하여 동맥 평활근 세포가 증식되고 결합조직내에 지방이 축적되어 죽상경화판이 형성된다고 하였다. 본 연구에서는 혈관이 손상 후 회복되는 현상이 보였고 반복적 결찰과 지속적 결찰을 시행한 두군 모두에서 혈전이 형성되는 것은 보이지 않았다. Dodson등5)은 하이페츠 클립을 이용하여 원숭이(squirrel monkey)의 중대뇌동맥을 결찰하여 혈관내 평활근의 손상이 초래된다고 하였는데, 반복적 결찰과 지속적 결찰간의 비교는 없었다. Richling등28)은 임시 결찰술 후 내피세포의 손상을 조직학적으로 관찰했는데 내피세포손상은 클립의 결찰력보다는 결찰 시간이 더 영향을 미친다고 했고, 내피세포손상의 원인이 클립 결찰에 의한 기계적 손상이라기 보다는 내피에 혈류가 차단되어 생기는 허혈성 손상이라고 하였다. 본 연구에서 사용한 백서의 장골동맥은 내층, 중층, 외층으로 구성되어 구조적으로 사람의 뇌동맥과 큰 차이가 없어서25) 본 실험에 사용하였다. 본 연구에서 나타난 초기의 혈관내피세포층 박리는 혈관의 급성 손상시 나타나는 반응으로, 이후 시간이 경과하면서 혈관내피세포가 관찰되지 않았으나, 이는 전자현미경적 관찰이 아니므로 완전히 탈락된 것인지 회복되는 과정인지는 확인할 수 없다. 실험중 시간이 경과하면서 근섬유의 소실이 나타났던 것은 혈관손상이 진행될 때 나타나는 반응으로 근섬유가 소실된 정도로 혈관손상의 정도를 추론할 수 있고 근섬유 소실이 더 이상 진행되지 않았던 것은 혈관손상이 더 이상 진행되지 않은 것으로 생각할 수 있다. 반복적 결찰술을 시행한 군에서는 결찰술 시행 후 초기 급성 변화는 지속적 결찰술을 시행한 군과 큰 차이 없이 나타났으나 이후 지속적 결찰술에 비해 늦게 손상이 진행되어 근세포의 소실이 24시간 후에 나타나기 시작했고 더 이상 진행되는 것도 관찰되지 않아 더 이상의 혈관손상은 없었다고 할 수 있고 결론적으로 지속적 결찰술에 비해 혈관손상이 경미했다고 할 수 있다.
   본 연구 결과 혈관의 손상이 결과적으로 회복되었긴 하였지만 조직학적인 변화가 있었다는 것은 혈관의 손상을 주지 않는 새로운 클립의 고안이 필요할 것으로 사료된다. 또한 이번 실험에서 반복적 임시 결찰술을 시행할 때 같은 부위에 결찰을 시행했지만 만일 조금씩 클립의 위치를 변화시켰다면 혈관에 주는 손상은 더 경미했을 것으로 생각되고 이에 대해서는 추후 더 연구가 필요할 것으로 사료되며, 임시 결찰을 시행하는 동안의 뇌의 생리적인 변화에 대해서도 더 연구가 필요할 것으로 사료된다.

결     론

   백서의 동맥에서 지속적 임시 결찰술과 반복적 임시 결찰술을 한 동맥내벽의 변화 비교는 반복적 임시 결찰술을 한 경우가 혈관의 손상이 보다 늦게 진행되었고 손상의 정도도 경미했다.
   반복적 임시 결찰술이 지속적 임시 결찰술에 비해 혈관내벽에 미치는 손상이 경미하다면 반복적 결찰술을 시행하는 것이 더 연장된 시간동안 뇌혈관에 기계적 또는 허혈성 손상을 주지 않고 결찰을 시행할 수 있다고 사료된다.


REFERENCES


  1. Bell BA, et al. CBF and time thresholds for the formation of ischemic cerebral edema, and effect of reperfusion in baboons. J Neurosurg 62:31-41, 1985

  2. Buchthal A. Evoked potential monitoring and temporary clipping in cerebral aneurysm surgery. Acta Neurochir 93:28-36, 1988

  3. Burke PA. Vascular endothelial growth factor causes endothelial proliferation after vascular injury. Biochem Biophys Res Commun 207:348-54, 1995

  4. DePalma RG, et al. Pathogenesis and prevention of trauma-provoked atheromas. Surgery 82:429-37, 1977

  5. Dodson RF, et al. Acute ultrastructural changes in the middle cerebral artery due to the injury and ischemia of surgical clamping. Can J Neurol Sci 3:23-7, 1976

  6. Dujovny M, et al. SEM evaluation of endothelial damage following temporary middle cerebral artery occlusion in dogs. J Neurosurg 48:4-8, 1978

  7. Gertz SD, et al. Endothelial cell damage by temporary arterial occlusion with surgical clips. Study of the clip site by scanning and transmission electron mycroscopy. J Neurosurg 80:230-6, 1994

  8. Gibbs JR. On the advantages of opening certain intracranial aneurysms. J Neurol Neurosurg Psychiat 20:165-71, 1957

  9. Goldman MS, et al. Effects of intermittent reperfusion during temporal focal ischemia. J Neurosurg 77:911-6, 1992

  10. Ikawa F. Multivariate analysis of intentional temporary vessel occlusion in aneurysmal surgery. No Shikei Geka 26:19-24, 1998

  11. Ishida Y. Experimental study on brain reversibility following temporary regional ischemia; From the point of view vessel behavior and histological changes. No Shinkei Geka 19:1039-46, 1991

  12. Jabre A, et al. Temporary vascular occlusion during aneurysm surgery. Surg Neurol 27:47-63, 1987

  13. Jamal A. Structural changes and recovery of function after arterial injury. Arterioscler Thromb 12:307-13, 1992

  14. Keskil S. Early phase alterations in endothelium dependent vasorelaxation responses due to aneurysm clip application and related manipulations. Acta Neurochir (wien) 1391:71-6, 1997

  15. Kourtopoulos H, et al. Clinical experience with the use of a temporary clip for intracranial aneurysm surgery. Analysis of eighteen cases. Acta Neurochir 70:59-64, 1984

  16. Kubota S. An evaluation of temporary clipping during aneurysmal surgery: A retrospective study. No Shinkei Geka 20:1247-54, 1992

  17. Kurokawa Y, et al. Interrupted arterial occlusion reduces ischemic damage in a focal cerebral ischemia model of rats. Neurosurgery 37:750-7, 1995

  18. Lavine SD, et al. Temporary occlusion of the middle cerebral artery in intracranial aneurysm surgery: Time limitation and advantage of brain protection. J Neurosurg 87:817-24, 1997

  19. Lee KC, et al. Effects of repeated short versus single long episodes of focal ischemia on somatosensory evoked potentials and development of cerebral infarction in cats. Neurol Med Chir 37:447-52, 1997

  20. Ljunggren B, et al. Temporary clipping during early opertion for ruptured aneurysm: Preliminary report. Neurosurgery 12:525-30, 1983

  21. MacDonald JD. Acute phase vascular endothelial injury: A comparision of temporary arterial occlusion using and endovascular occlusive balloon catheter vesus a temporary aneurysm clip in a pig model. Neurosurgery 34:876-81, 1994

  22. Mooij JJ, et al. Somatosensory evoked potential monitoring of temporary middle cerebral artery occlusion during aneurysm opertion. Neurosurgery 21:492-6, 1987

  23. Ogawa A. Limitation of temporary vascular occlusion during aneurysm surgery, study by intraoperative monitoring of cortical blood flow. Surg Neurol 36:453-7, 1989

  24. Ogilvy CS, et al. Temporary vessel occlusion for aneurysm: Risk factors for stroke in patients protected by induced hypothermia and hypertension and intravenous mannitol adminstraton surgery. J Neurosurg 84:785-91, 1996

  25. Patrick JG. Blood vessels, in Sternberg(eds): Histology for pathologists, New York: RAVEN Press, 1992, pp195-211

  26. Pool JL. Aneurysms of anterior communicating artery. J Neurosurg 18:98-112,1961

  27. Regli L, et al. Effects of intermittent reperfusion on braain pHi, rCBF and NADH during rabit focal ischemia. Stroke 26:1444-52, 1995

  28. Richling B. Endothelial lesions after temporary clipping. A comparative study. J Neurosurg 51:654-61, 1979

  29. Rosenbaum TJ. Interrelatonship of aneurysm clips and vascular tissue. J Neurosurg 48:929-34, 1978

  30. Sakaki T, et al. Effects of repeated temporary clipping of the middle cerebral artery on pial arterial diameter, regional cerebral blood flow and brain structure in cats. Neurosurgery 27:914-20, 1990

  31. Sako K, et al. Aneurysm surgery using temporary occlusion under SEP monitoring. No Shinkei Geka 23:35-41, 1995

  32. Samson D. A clinical study of the parameters and effects of temporary arterial occlusion in the management of intracranial aneurysm. Neurosurgery 34:22-9, 1994

  33. Selman, et al. Temporary vessel occlusion in spontaneously hypertensive and normotensive rats. Effect of single and multiple episodes on tissue metabolism and volume of infarction. J Neurosurg 80:1085-90, 1994

  34. Steinberg GK. Cerebral damage caused by interrupted, repeated arterial occlusion versus uninterrupted occlusion in a focal ischemic model. J Neurosurg 81:554-9, 1994

  35. Suzuki J, et al. The safe time limit of temporary clamping of cerebral arteries in the direct surgical treatment of intracranial aneurysm under moderate hypothermia. Tohoku J Exp Med 125:1-7, 1979

  36. Taylor CL. Temporary vessel occlusion during intracranial aneurysm repair. Neurosurgery 39:893-905, 1996

TOOLS
METRICS Graph View
  • 10 View
  • 0 Download
Related articles


ABOUT
BROWSE ARTICLES
EDITORIAL POLICY
FOR CONTRIBUTORS
Editorial Office
The Journal of Cerebrovascular and Endovascular Neurosurgery (JCEN), Department of Neurosurgery, Wonkwang University
School of Medicine and Hospital, 895, Muwang-ro, Iksan-si, Jeollabuk-do 54538, Korea
Tel: +82-2-2279-9560    Fax: +82-2-2279-9561    E-mail: editor.jcen@the-jcen.org                

Copyright © 2020 by Korean Society of Cerebrovascular Surgeons and Korean NeuroEndovascular Society. All rights reserved.

Developed in M2community

Close layer
prev next