External Volume Expansion for Recipient Site Preparation

Abstract

Introduction: In large volume fat grafting, recipient preparation with external volume expansion (EVE) can improve graft survival. To enhance patient compliance, we tested a new, shorter, cyclic high negative pressure mode that involves 1 h/day at -55 mmHg, cycled between 1 second negative pressurized, followed by a 2 second depressurized period in an animal model.

Material and Method: In eighteen 8-week-old male Sprague Dawley rats, a miniaturized EVE device was applied. Different pressure settings were applied after randomly assigning rats to three groups (no pressure for the control, -25 mmHg, 8 h/day for continuous moderate negative pressure mode, and -55 mmHg, 1 h/day for cyclic high negative pressure mode groups). Micro-computed tomography scans and skin biopsy specimens were obtained after 28 days.

Results: Cyclic high negative pressure group showed a 6.6-fold increase in volume compared to the control group, which showed a 4.4-fold increase compared to the continuous moderate negative pressure group. Hematoxylin and eosin staining showed a significant increase in subcutaneous tissue thickness in both EVE groups compared to the control group. Masson's trichrome and proliferating cell nuclear antigen staining showed significantly higher collagen deposition and subdermal adipocytes in EVE groups. Immunohistochemistry against platelet endothelial cell adhesion molecule 1 showed 2.5- and 2.7-times higher vessel density in the continuous moderate negative pressure and cyclic high negative pressure mode groups, respectively. There was no statistically significant difference in subcutaneous tissue thickness, collagen deposition, subdermal adipocyte proliferation, and vessel density between the two EVE groups.

Conclusion: Cyclic high negative pressure produced higher volume expansion results in recipient site preparation as the conventional protocol while markedly reducing the daily application time from 8 h to 1 h. Although further clinical data must be acquired, our new setting seems promising and provides higher tissue expansion with a much more patient-friendly, pre-expansion environment.

서론: 대용량으로 지방이식을 시행할 때 외부 조직확장기를 수혜부에 적용시키면 지방이식 생존율을 높일 수 있다. 하지만 기존의 외부 조직확장기는 낮은 음압을 하루 8시간 동안 지속적으로 적용하는 설정이므로 착용 시간이 길어짐에 따라 환자의 순응도가 떨어지거나 피부에 문제가 발생하기도 하였다. 이에 저자는 높은 음압을 짧은 주기로 시행하여 착용 시간을 단축한 설정을 (-55 mmHg, 하루에 1시간, 1초 활성과 2초 비활성 주기) 백서 실험 모델에서 적용시켜 보았다.

재료와 방법: 소형화한 외부 음압 장치를 8주 연령의 수컷 백서 18마리에게 적용시켰다. 백서는 음압을 걸지 않은 대조군, 기존 설정과 같이 -25 mmHg을 8시간 동안 지속적으로 적용한 군(continuous moderate negative pressure group), -55 mmHg을 1시간 동안 1초 활성, 2초 비활성 주기로 적용한 군(cyclic high negative pressure mode group)으로 나누어서 실험을 시행하였다. 28일 후에 micro-CT 촬영을 시행하였고, 조직학적 및 면역조직화학적 검사를 위해 피부 조직을 채취하였다.

결과: 확장된 조직의 부피는 micro-CT 촬영을 이용하여 측정하였으며 대조군에 비해 continuous moderate negative pressure 군에서는 4.4배, cyclic high negative pressure mode 군에서는 6.6배로 유의하게 증가 되었다. Hematoxylin과 eosin 염색에서는 대조군에 비해 음압을 적용한 두 군에서 비슷한 정도의 피하조직 두께의 증가가 있었다. Massons trichome과 PCNA 염색에서는 대조군에 비해 음압을 적용한 두 군에서 교원질 축적과 피하지방세포의 수가 유의하게 증가되었다. 면역조직화학법으로 시행한 PECAM-1에서는 대조군에 비해 continuous moderate negative-pressure mode 군과 cyclic high negative pressure mode 군에서 각각 2.5배, 2.7배 미세혈관 밀도가 유의하게 증가되었다. 음압을 적용한 두 군 사이에서 피하조직 두께, 교원질 축적, 피하지방세포 증식, 미세혈관 밀도는 통계학적으로 유의할 만한 차이는 없었다. 결론: 대용량 지방이식을 위한 수혜부 준비 백서 모델에서 높은 음압을 짧은 주기로 적용한 방법은 기존의 프로토콜에 비해 높은 조직확장 효과를 얻었으며 총 적용 시간을 8시간에서 1시간으로 단축 시킬 수 있다. 추후 부가적인 임상적용 데이터가 필요하겠지만, 이번 새로운 음압 설정은 환자의 불편 감을 감소시키면서 수혜부 준비 환경을 조성하는데 있어 유용할 것으로 전망한다.