Frontiers in Bioengineeringand Biotechnology

Introduction

Käsi on yleisimmin käytetty lisäke jokapäiväisessä elämässä ja haavoittuvin kehon osa. Loukkaantunut käsi aiheuttaa todennäköisesti fyysisiä toimintahäiriöitä, vaikuttaa haitallisesti henkilön ulkonäköön ja tuottaa psykologista taakkaa (Masakatsu et al., 2018; Viktor ja Max, 2018; Xu et al., 2018). Dorsaalisen metakarpaalivaltimon läppiä käytetään käden kudosvikojen ja erityisesti sormien vikojen korjaamiseen. Joitakin dorsaalisen metakarpaalivaltimoläpän etuja ovat yksinkertainen operaatio, kätevä kudossiirto ja samankaltaisuudet kudoskuoren ominaisuuksissa, sitkeydessä ja elastisuudessa (Isaraj, 2011; Schiefer ym., 2012).

Toinen dorsaalinen metakarpaalivaltimo on anatomisesti suhteellisen yhtenäinen ja harvoin puuttuu. Siksi toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon läppää käytetään yleensä käden ihovian peittämiseen. Nykyiset tutkimukset osoittavat, että toinen dorsaalinen metakarpaalinen iholäppä suunnitellaan yleensä siten, että toinen dorsaalinen metakarpaalinen valtimo voi toimia verisuonijohtimena korjattaessa käden pienialaisia ihovikoja. Tämän suunnittelun haittapuolena on kuitenkin se, että se uhraa toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon ja vahingoittaa suuren määrän kudosta (Wang ym., 2011; Chi ym., 2018; Webster ja Saint-Cyr, 2020).

Uudemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että toinen dorsaalinen metakarpaalivaltimo ulottaa ihohaarakkeita, jotka kytkeytyvät toisiinsa pinnallisessa faskiaosassa muodostaen runsaan verisuonten rikkaan verkkomaisen rakenteen. Dorsaalisesta metakarpaalivaltimosta lähtevät ihonalaiset haarat jakautuvat pääasiassa distaaliseen 1/3-segmenttiin, ja niiden keskimääräinen halkaisija on > 0,2 mm. Toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon ihonalaista haaraa voidaan käyttää verisuonipedikkelinä korjattaessa pienen alueen vikaa kädessä (Da-Ping ja Morris, 2001; Guang-Rong ym., 2005; Zhang ym., 2009; Appleton ja Morris, 2014). On kuitenkin vaikeaa käyttää ultraääntä ihon haarojen tarkan sijainnin tarkistamiseen ennen leikkausta, koska ne eivät erotu toisistaan. Siksi ihon haarojen anatomisen jakautumisen kvantitatiivinen analyysi on hyödyllinen läpän suunnittelussa.

Vaskulaarinen perfuusio on yleinen menetelmä tutkia verisuonten rakentamista, kuten verisuonten kulkua, jakautumista ja anastomoosia. Verisuonten perfuusioon voidaan käyttää erilaisia täyteaineita, minkä jälkeen verisuonten kulku voidaan näyttää anatomian, läpinäkyvyyden, korroosion ja radiografian avulla. Näitä täyteaineita ovat muun muassa kumi, muovi, gelatiini ja öljy. Lateksi on emulsio ennen kumin jähmettymistä. Punaisella lateksilla perfusoidut verisuoninäytteet ovat joustavia, helposti venyviä eivätkä helposti rikkoudu. Tämä menetelmä soveltuu mikroanatomian havainnointitutkimukseen. Etyyliasetaatin ja muovin perfuusio on menetelmä valettujen näytteiden valmistamiseksi. Verisuonet perfusoidaan etyyliasetaatilla ja muovilla, johon on sekoitettu värjäysainetta. Etyyliasetaatin ja muovin kovettumisen jälkeen näytteet syövytetään hapolla, jolloin jäljelle jää vain etyyliasetaatti- ja muovimalli verisuonista. Lateksiperfuusioon verrattuna etyyliasetaatti- ja muoviperfuusiosta tehdyistä valetuista näytteistä voidaan näyttää kolmiulotteinen verisuonten kulku ja jakautuminen.

Vaikka lukuisissa tutkimuksissa on kuvattu, että on käytetty ihohaaraläppiä, joissa dorsaalinen metakarpaalivaltimo on toiminut pedaalina, ei ole tehty kvantitatiivista analyysiä ihohaarojen jakautumismalleista, mukaan lukien niiden radiaalinen ja ulnaarinen jakautuminen. Tässä tutkimuksessa käytettiin anatomisia tekniikoita, kuten verisuoniperfuusiota, valua ja läpinäkyvyyttä, tutkittaessa ihohaarojen jakautumismalleja, mukaan lukien niiden radiaalinen ja ulnaarinen jakautuminen, ananatomisen perustan tarjoamiseksi läpän suunnittelua varten.

Materiaalit ja menetelmät

Kokonaisuudessaan 24 yläraajan näytettä saatiin laillisesti Eteläisen lääketieteellisen yliopiston (Southern Medical University) ihmisen anatomian laitokselta Guangzhoussa, Kiinassa. 24 yläraajan näytettä amputoitiin ihmisen kyynärnivelen kohdalta ja välittömästi rannevaltimo perfusoitiin värillisillä materiaaleilla. Näytteet sijoitettiin -18 °C:n jääkaappiin säilytystä varten. Suoritimme anatomiset kokeet 1 viikon kuluttua. Seuraavaksi 16 näytettä ruiskutettiin lateksilla mikroanatomian tutkimista varten, neljä näytettä upotettiin etyyliasetaattiin ja muoviin käytettäväksi valunäytteinä ja neljä näytettä ruiskutettiin lateksilla läpinäkyvien näytteiden luomiseksi. Tutkimusprotokolla hyväksyttiin Guangzhoun Punaisen Ristin sairaalan institutionaalisessa arviointilautakunnassa.

Lateksinäytteet mikroanatomiaa varten

Lasikatetri työnnettiin varovasti rannevaltimoon, joka täytettiin tietyllä määrällä punaista lateksia. Seuraavaksi tehtiin pitkittäinen viilto toisen ja kolmannen metakarpaaliluun väliin käden selkäpuolelle, ja ihokudos nostettiin syvältä faskiasta, jotta saatiin näkyviin toisesta dorsaalisesta metakarpaalivaltimosta lähtevät ihonhaarat. Toisesta dorsaalisesta metakarpaalisesta valtimosta lähtevien ihohaarojen pituudet, halkaisijat ja sijainnit mitattiin. Toisen värttinäluun reunan keskikohdan ja toisen värttinäluun keskikohdan välinen etäisyys asetettiin yksiköksi, ja mitattiin kaikkien haarojen etäisyys toisen värttinäluun reunan keskikohtaan.

Valukappaleet

Lasikatetri työnnettiin varovasti rannevaltimoon, johon ruiskutettiin 10 ml etyyliasetaatti-muoviliuosta, joka riitti täyttämään verisuonen; liuosta täydennettiin tietyllä määrällä etyyliasetaatti-muoviseosta joka toinen tunti; seosta täydennettiin yhteensä viisi kertaa. Rintavaltimo täytettiin viimeisen täydennyksen aikana itsestään kovettuvalla hammaslääketieteellisellä alustamateriaalilla. Valmistuksen jälkeen valukappale upotettiin 25-prosenttiseen suolahappokylpyyn ja sen annettiin syöpyä hitaasti viikon ajan. Toisesta dorsaalisesta metakarpaalivaltimosta lähtevien ihohaarojen sijainnit, jakautuminen ja anastomoottiset yhteydet havainnoitiin.

Transparentit näytteet suoraa havainnointia varten

Reseptoriin perfusoitiin sopiva määrä punaista lateksia. Kun se oli jähmettynyt verisuoniin, näyte liotettiin ja sen jälkeen kiinnitettiin 75-prosenttiseen alkoholiin, minkä jälkeen se ilmakuivattiin tuuletetussa paikassa. Lopuksi näyte liotettiin glyseroliin, jotta siitä saatiin läpinäkyvä.

Statistinen analyysi

Kaikki tiedot analysoitiin käyttämällä SPSS Statistics for Windows, versio 17.0 (SPSS, Inc., Chicago, IL, Yhdysvallat). Toisen verkkoavaruuden reunan keskipisteen ja toisen metakarpaaliluun keskipisteen välinen etäisyys määritettiin vakioyksikköpituudeksi (100 %) (kuva 1). Kunkin ihon haaran etäisyys toisen nivustaipeen reunan keskikohdasta kirjattiin ylös. Tiedot klusteroitiin K-means-klusteroinnilla, jotta voitiin kvantitatiivisesti analysoida ihon haarojen alkuperäjakaumaa. Toisesta dorsaalisesta metakarpaalivaltimosta lähtevien ihonhaarojen radiaalisen ja ulnaarisen jakauman halkaisijat ja pedaalien pituudet analysoitiin kvantitatiivisesti riippumattomalla t-testillä.

Tulokset

Toisesta dorsaalisesta metakarpaalisesta valtimosta lähtevien ihohaarojen alkuperäjakauma

Kaikki toisesta dorsaalisesta metakarpaalisesta valtimosta lähtevät ihohaarat laskettiin 16:sta näytteestä, ja kaikkiaan haaroja yksilöitiin 103. Ihohaarat ryhmittyivät pääasiassa kolmeen kohtaan: toinen klusteripiste oli 43,9 %, ja siihen kuului 21 haaraa, neljäs klusteripiste oli 61,2 %, ja siihen kuului 22 ihohaaraa, ja viides klusteripiste oli 72,1 %, ja siihen kuului 22 ihohaaraa. Ensimmäinen klusteripiste oli 30,8 prosenttia ja kuudes klusteripiste 85,6 prosenttia. Oli ilmeistä, että ihohaarat olivat jakautuneet heikommin toisessa klusteripisteessä; kuudennessa klusteripisteessä haarojen halkaisijat ja pedaalien pituudet olivat kuitenkin suurimmat (taulukko 1 ja kuva 2).

Toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon ulottuvien ihohaarojen radiaalisen ja ulnaarisen jakauman läpimittojen ja varren pituuksien jakautumisominaisuudet

Toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon radiaaliselle puolelle jakautui yhteensä 55 haaraa ja ulnaariselle puolelle 48 haaraa. Radiaalipuolella oli seitsemän haaraa enemmän kuin ulnaaripuolella. Radiaalisten haarojen keskimääräinen läpimitta oli pienempi kuin ulnaaristen ihohaarojen; ihohaarojen läpimitan jakautumisessa radiaaliselle ja ulnaariselle puolelle ei kuitenkaan ollut merkittävää eroa (p = 0,659). Radiaalisten haarojen keskimääräinen pedaalin pituus oli merkitsevästi pienempi kuin ulnaaristen haarojen (p = 0,265). Näin ollen ihohaarojen läpimittojen ja pedaalien pituuksien jakautumisessa radiaali- ja ulnaaripuolella ei ollut merkittävää eroa (taulukko 2 ja kuva 3).

Kutaanisten haarojen ja radiaalihermon selkäpuolen haarojen anatominen suhde

Kakkosen selkäpuolen metakarpaalihaarakkeen valtimo kulkee kakkos- ja kolmosvälin metakarpaalisen luun välissä, ja se emittoi matkan varrella lukuisia kutaanisia haaroja. Kutaaniset haarat keskittyvät pääasiassa toisen ja kolmannen jännetuppinivelen distaaliosiin. Tässä anatomisessa tutkimuksessa havaittiin kuitenkin, että toisesta dorsaalisesta metakarpaalivaltimosta lähtee 1-2 ihonalaista haaraa myös ennen jännetuppiniveltä ja että se muodostaa verisuonten anastomoosin kauempana jännetuppinivelestä sijaitsevien ihonalaisten haarojen kanssa. Kutaanisten haarojen halkaisija oli 0,31-0,47 mm (kuva 4). Käden sädehermon dorsaalinen haara ulotti hermohaaran rannenivelen kohdalla ja kulki toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon ihonalaisten haarojen väliin hallitsemaan vastaavaa ihoa. Tämä anatominen piirre voi tarjota anatomisen perustan toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon läpän suunnittelulle, jossa on sensorinen hermo (kuva 5).

Keskustelu

Toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon läppä on tärkeä läppä, jota käytetään yleisesti käden ihopuutosten korjaamiseen. Dorsal metacarpal -valtimon ihonalaiset haarat muodostavat verisuoniketjun, joka syöttää verta toiseen dorsal metacarpal -valtimoläppään. Tässä tutkimuksessa analysoimme ihon haarojen alkuperän jakautumista sekä toisesta dorsaalisesta metakarpaalivaltimosta lähtevien ihon haarojen radiaalisen ja ulnaarisen jakautumisen läpimittoja ja pedaalin pituuksia. Todettiin, että kliinikot voivat käyttää klusteroitujen ihohaarojen kolmea sijaintia ihohaaraläpän suunnitteluun ja leikkauksen suorittamiseen. Anatomiset vierekkäiset suhteet ihohaarojen ja selkäydinhermon välillä havaittiin myös.

Toinen dorsaalinen metakarpaalivaltimo saa alkunsa arteria radialisista tai dorsaalisen karpaalivaltimon verkostosta. Sen jälkeen se kulkee dorsaalisen välikämmenlihaksen pinnalla ja lähettää matkan varrella lukuisia ihohaaroja, jotka ravitsevat vastaavaa ihokudosta (Marx ym., 2001; De Rezende ym., 2004; Al-Baz ym., 2019). Tutkimuksessamme havaittiin, että toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon ihonalaiset haarat jakautuivat pääasiassa kuuteen klusteriin, joista 43,9, 61,2 ja 72,1 %:ssa klusteripisteistä oli enemmän ihonalaisia haaroja. Kliinikko voi paikantaa verisuonipunoksen ennen leikkausta tässä asennossa. Tilastollinen analyysimme osoitti, että keskimäärin 6,4 haaraa oli peräisin toisesta dorsaalisesta metakarpaalivaltimosta. Siksi suoritimme k-mean-klusterointianalyysin kuuden luokan luomiseksi, jotta voimme paremmin arvioida ihon haarojen klusteriominaisuuksia ja saada enemmän tietoa kuin kaksivaiheinen klusterianalyysi voisi antaa (Liu ym., 2015).

Kliinisesti toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon läppä suunnitellaan pisteen, viivan ja pinnan periaatteen mukaisesti, ja sillä on tavallisesti symmetrinen rakenne. Monet verisuonihaarat ovat kuitenkin usein anatomisesti dominoivia (Schaverien ja Saint-Cyr, 2008; Saint-Cyr ym., 2010; Sun ym., 2013). Ihohaarojen radiaalisen ja ulnaarisen jakautumisen tutkiminen on hyödyllistä läpän koon ja muodon määrittämisessä. Tässä tutkimuksessa ei havaittu merkittävää eroa ihohaaran läpimitan ja pedaalin pituuden jakautumisessa radiaalisella ja ulnaarisella puolella (kuva 6).

Vaikka useimmat aiemmat tutkimukset ovat keskittyneet ihonhaaroihin jännetuppinivelestä distaalisessa osassa, ennen jännetuppiniveltä on tavallisesti 1-2 ihonhaaraa, joiden läpimitta on 0,37 ± 0,11 millimetriä, ennen jännetuppiniveltä (Yoon et al., 2007; Zhu ym., 2013; Rozen ym., 2015; van Alphen ym., 2016). Toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon distaalisen ja proksimaalisen osan ihonalaiset haarat yhdistyvät toisiinsa, mikä voi lisätä läpän verisuonipedikkelin pituutta ja laajentaa sen kiertopeitettä. Radiaalihermon dorsaalinen haara kulkee radiaalihermon ja ulnaarihermon välissä. Tämä anatominen piirre voi auttaa lääkäreitä suunnittelemaan toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon läpän siten, että se sisältää sensorisia hermoja, jotka palauttavat haavan pinnan sensorisen toiminnan ja parantavat sormenpäiden taktiilista toimintaa.

Anatomisten havaintojemme ja tilastollisten tutkimusten perusteella toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon läheisyydessä olevia tai sen klusteripisteissä olevia ihohaarakkeita käytettiin läpän varren varrenä ja toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon pinnan ulokkeena toimi läpän akselina. Ihohaaraläppä on suunniteltu leikkaamaan pinnallisen ja syvän faskian välinen taso (kuva 7). Kirurgisen toimenpiteen aikana säilytimme pedikkelin ympärillä olevan faskiaalisen kudoksen mahdollisimman hyvin, jotta vältettäisiin verisuonikouristukset, jotka johtuisivat ihonhaarojen liiallisesta vääristymisestä tai kiertymisestä. Lasta nostettaessa ei ollut tarpeen leikata syvää faskiakudosta, jotta voitiin suojella sekä toista dorsaalista metakarpaalivaltimoa että ihohaarojen alkuperäistä juurta. Leikkauksen jälkeen potilaan etusormen ja keskisormen liikkeet olivat normaalit ja sormen aistitoiminta oli hyvä 2 mm:n kahden pisteen erottelukyvyn perusteella (Delikonstantinou ym., 2011; kuva 8).

Kutaanihaarojen halkaisijat ovat kuitenkin niin pieniä, että alastulohaarat ovat äärimmäisen alttiita vasospasmille. Ennen leikkausta on erittäin tärkeää tehdä Doppler-tutkimus. Leikkauksen aikana on kiinnitettävä huomiota ihonhaarojen anastomoosiin ja suojattava ihonhaarojen välinen anastomoosilinkki mahdollisimman hyvin.

Johtopäätös

Toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon ihonhaarat ryhmittyivät pääasiassa kolmeen paikkaan: 43,9, 61,2 ja 72,1 % distaalisessa toisessa dorsaalisessa metakarpaalivaltimossa, joka valittiin läppävartaloksi, jossa on ihonalainen hermo potilaan käden ja sormien ihovian korjaamiseksi.

Data Availability Statement

Kaikki tätä tutkimusta varten tuotetut tietokokonaisuudet sisältyvät artikkeliin/täydentävään aineistoon.

Etiikkaa koskeva lausunto

Tutkimukset, joissa oli mukana ihmisosallistujia, arvioitiin ja hyväksyttiin Guangzhoun Punaisen Ristin sairaalan institutionaalisessa tarkastuslautakunnassa. Kirjallinen tietoinen suostumus saatiin lähiomaisilta.

Author Contributions

Työn alussa XL antoi idean tarkkailla anastomoosisuhdetta ja toisesta dorsaalisesta metakarpaalisesta valtimosta lähtevien perforaattoreiden jakautumista. TZ, ZD ja PL leikkasivat huolellisesti toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon ja sen perforaattorit, mukaan lukien perforaattoreiden välinen yhteys pinnallisessa faskiassa ja dermiksessä. TZ teki pellukoidista näytteestä näkyväksi perforaattorien kulun ja vierekkäisten haarojen välisen anastomoosin. Samaan aikaan mittasimme perforaattoreiden läpimitan ja pedikkelin pituuden leikkelyn aikana, minkä jälkeen ZD ja PL suorittivat SPSS 17.0 -ohjelmalla khiin neliö -testin vertaillakseen toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon ulnaari- ja radiaalihaarojen määriä kahdessa ryhmässä, mutta myös klusterianalyysin, joka oli kaksivaiheinen klusterointimenettely, jonka avulla voitiin havainnoida perforaattoreiden integroitua jakautumista. ZD ja PL suunnittelevat läpän sormivian peittämiseksi toisen dorsaalisen metakarpaalivaltimon perforaattoreiden anatomian perusteella. Koko kurssin aikana XL auttoi meitä suuresti tämän tutkimuksen loppuun saattamisessa. Kaikki kirjoittajat osallistuivat artikkeliin ja hyväksyivät toimitetun version.

Rahoitus

Tätä työtä tukivat Guangzhoun kunnan terveyskomitean yleisen ohjaushankkeen tutkimusapuraha 20191A011015 (PL), Guangdongin lääketieteellisen tieteen ja tekniikan tutkimusrahaston tutkimusapuraha A2019273 (PL), Guangzhoun korkeatasoisen kliinisen avainalueen erikoisalan rakentamisrahaston tutkimusapuraha (XL), Guangzhoun 59-erityisteknologiahankkeen tutkimusapuraha (XL), tutkimusapuraha vuoden 2019 Ph.D. Workstation Scientific Research Fund of Guangzhou Red Cross Hospital, ja tutkimusapuraha Guangzhoun Punaisen Ristin sairaalan vuoden 2018 projektirahastoista.

Conflict of Interest

Tekijät ilmoittavat, että tutkimus suoritettiin ilman mitään kaupallisia tai taloudellisia suhteita, jotka voitaisiin tulkita mahdolliseksi eturistiriidaksi.