Vaskularisation von freien myokutanen Grazilislappen im ersatzschwachen Transplantatlager nach präoperativer Radiotherapie Eine experimentelle Untersuchung

Hintergrund:

Nach präoperativer Radiotherapie vor ablativer Chirurgie von Plattenepithelkarzinomen der Kopf- und Halsregion werden Schäden am Gefäßbindegewebe beobachtet, die zu einer Verzögerung der Einheilung freier Lappen om vorbestrahlten Transplantatlager führen können. Ziel der Untersuchung war, die Vaskularisation zwischen ortsständigem und transplantiertem Gewebe im vorbestrahlten und nicht vorbestrahlten Transplantatlager experimentell qualitativ und quantitativ zu erfassen.

Material und Methoden: Wistar-Ratten (männlich, Körpergewicht 300 bis 500 g) wurden zur Erzeugung eines vorbestrahlten Transplantatlagers mit 3-mal 10 Gy (30 Tiere) und 5-mal 10 Gy (30 Tiere) im Halsbereich bestrahlt (Kontrollgruppe: 42 nicht bestrahlte Tiere). Bei allen Tieren erfolgte nach einem Zeitintervall von vier Wochen die Transplantation eines freien myokutanen Grazilislappens (2,5×2,5 cm) von der rechten Leiste in den Halsbereich mit Anastomosierung an den Halsgefäßen. Postoperativ wurden nach drei, vier, fünf, sieben, 14 und 28 Tagen aus dem Transplantat und dem Transplantatlager Biopsien gewonnen. Nach HE- und immunhistochemischer Färbung (Markierung der Kapillarendothelien mit polyklonalem Goat-F[ab]-2-anti-von-Willebrand-Faktor) erfolgte die quantitative histomorphometrische (NH-Image) Erfassung der Relation Kapillarfläche/Gesamtfläche und des Kapillarlumens. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Mann-Whithney-Test.

Ergebnisse: Im Gegensatz zur Kontrollgruppe zeigte sich qualitativ bei den bestrahltenTieren eine reduzierte unregelmäßige Kapillarverteilung mit ausgeprägter perikapillärer Fibrosierung im ortsständigen Transplantatlager. Quantitativ nahm die Relation Kapillarfläche/Gesamtfläche im Übergangsbereich zwischen Transplantat und bestrahltem Transplantatlager als Hinweis auf eine abnehmende Kapillarisierung im Gegensatz zur Kontrollgruppe vom dritten bis siebten Tag nach Bestrahlung signifikant ab (p = 0,004). Auch im zweiten Untersuchungsintervall vom 14. bis 28. Tag wurde ein signifikanter Unterschied zwischen der Kontrollgruppe und den bestrahlten Tieren festgestellt (p = 0,005). Ebenfalls trat im zeitlichen Verlauf eine signifikante Abnahme des mittleren Kapillarlumens im Übergang zwischen transplantiertem und bestrahltem Gewebe im Vergleich zur Kontrollgruppe auf (p < 0,001 und p = 0,003).

Schlussfolgerung: Nach Vorbestrahlung kommt es zu einer kontinuierlichen Abnahme und Verzögerung der Vaskularisation bei der Einheilung von freien Transplantaten. Eine Optimierung des Zeitintervalls zwischen Radiotherapie und Transplantation und der Bestrahlungsdosis ist deshalb für den Einheilungserfolg freier Transplantate bedeutungsvoll.

Background:

Following preoperative radiotherapy prior to ablative surgery of squamous epithelial carcinomas of the head and neck region, inflammatory changes to the connective tissue and vascular endothelium are observed. These processes may lead to a delay in healing of free flaps in the irradiated transplant bed. The aim of the study was to investigate qualitative and quantitative changes in vascularization in irradiated and regular transplant beds.

Material and Methods: In Wistar rats (male, weight 300 to 500 g) undergoing preoperative irradiation of the neck region with 3 times 10 Gy (30 animals) and 5 times 10 Gy (30 animals) and non-irradiated rats (42 animals), a free myocutaneous gracilis flap taken from the groin was transplanted to the irradiated region of the neck. The time interval between irradiation and transplantation was 4 weeks. On day 3, 4, 5, 7, 14 and 28 post operation, the capillary sprouting, structural changes and the distribution patterns were analyzed by H & E and immunohistochemical staining (goat-F[ab]-2-anti-von Willebrand factor antibody). Three histological sections 2 to 4 μm) per sample were investigated histomorphometrically, qualitatively and quantitatively (ratio capillary area/total area, and capillary lumen) by NH-image-digitized measurement. A statistical analysis was performed using the Mann-Whithney test.

Results: In contrast to non-irradiated rats, irradiated animals showed a qualitatively reduced and a more irregular capillary distribution with more marked pericapillary fibrosis in the irradiated transplant bed. Quantitatively, the ratio capillary area/total area, as a marker of improved capillarization was significantly reduced in the transition are transplant/irradiated transplant bed and in irradiated transplant bed tissues in contrast to the non-irradiated control group (p = 0.004). Also, from day 14 to 28 a significant decrease was found in the transition area between transplanted tissues and irradiated transplant bed tissues in irradiated animals (p = 0.005). The median capillary lumen size also decreased significantly in the transition area and transplant bed in 30 Gy and 50 Gy irradiated animals (p < 0.001 and p = 0.003).

Conclusions: Following irradiation, vascularization of the soft tissue flaps is both reduced and delayed. This is evidence of delayed healing of soft tissue transplants in transplant beds irradiated prior to surgical intervention. Further optimization of the time interval between radiotherapy and surgery and the total radiation dose are therefore needed.