Livaditis' Circular Myotomy Does Not Decrease Anastomotic Leak Rates and Induces Deleterious Changes in Anastomotic Healing

Abstract

Considering that Livaditis' myotomy is still accepted as a good method for lengthening the esophagus to allow primary repair of long-gap esophageal atresia, the aim of this experimental study was to verify if this procedure decreases the incidence of leaks in anastomoses performed under severe tension. In addition, it was verified whether the myotomy promotes any morphological or biochemical change in the healing esophageal anastomosis. Sixty small dogs were submitted to a cervicotomy and resection of an esophageal segment (8.0 - 10.0 cm) resulting in an anastomosis under severe tension. The animals were divided into two groups (control group: only anastomosis; experimental group: anastomosis plus circular myotomy in the proximal esophageal segment). The animals were sacrificed on the 14th postoperative day, submitted to autopsy, and were evaluated as to the presence of leaks. Twelve scars of each group were collected for histological, histomorphometric (evaluation of scar thickness), electrophoretic and immunoblotting studies of collagen (total collagen and types of collagen determinations). Leak rates were the same in both groups. Histologic examination showed that the scar at the anastomosis was formed by fibrous tissue, without mucosa or muscular tissue. In the myotomy animals, a decreased number of newly formed small vessels was noted in comparison to control animals, and morphometric analysis showed that in the myotomy animals the anastomotic scar was thinner than in the control animals. Biochemical analysis of scars demonstrated that myotomy promoted a decrease in the soluble collagen content in comparison with the control animals and no alteration in the content of insoluble collagen. The electrophoretic separation of the types of collagen and characterization by immunoblotting demonstrated the presence of collagen types I, III, and V, and the quantification by densitometry of the bands showed a reduction in collagen type V (present in the blood vessels) in the myotomy animals in comparison to controls. This result is in accordance with the histological observation of a decrease in newly formed blood vessels. Circular myotomy does not decrease the possibility of anastomotic leaks, in addition to promoting deleterious changes in anastomotic healing.

Résumé

Classiquement la myotomie circulaire de Livaditis est une technique proposée pour l'allongement du segment œsophagien afin de permettre une anastomose primaire. Elle est indiquée en cas d'atrésie de l'œsophage sur un long segment. Ce modèle expérimental a été réalisé pour déterminer l'efficacité de la myotomie de Livaditis à réduire l'incidence de rupture de l'anastomose et de vérifier l'absence d'impact de l'intervention sur la cicatrisation œsophagienne. Une cervicotomie était réalisée chez 60 chiens avec dissection d'un segment œsophagien de 8,0 à 10,0 cm créant une grande tension sur l'anastomose. Deux groupes étaient étudiés, un groupe témoin où l'anastomose était réalisée sans myotomie et le groupe d'étude où l'anastomosé était réalisée après myotomie de Livaditis sur le segment proximal. Les animaux étaient sacrifiés à 14 jours avec recherche de fuites au niveau de l'anastomose. Douze cicatrices de chaque groupe étaient analysées par des méthodes histologiques, histomorphométriques (mesure de l'épaisseur du tissu cicatriciel), électrophorétiques et immunologiques (collagène total et type de collagène). Le taux de fuites était équivalent dans les deux groupes. L'analyse histologique des cicatrices montrait un tissu fibreux, sans tissu muqueux ou musculaire. La néovascularisation était moins prononcée dans le groupe avec myotomie. L'histomorphométrie montrait une cicatrice plus mince chez le groupe témoin. La quantité de collagène soluble était plus faible dans le group avec myotomie sans modification du taux de collagène insoluble par rapport au groupe témoin. Après séparation par électrophorèse et caractérisation par immunoblot, la présence de collagène de types I, III et V était constatée dans les deux groupes avec une réduction du type V (présent dans les vaisseaux sanguins) dans le groupe avec myotomie par rapport au groupe témoin. Ces résultats sont en accord avec l'observation histologique d'une néovascularisation moins avancée. La myotomie circulaire ne diminue pas le potentiel de fuites anastomotiques et provoque des modifications délétères du processus de cicatrisation œsophagienne.

Resumen

La miotomía de Livaditis es aceptada todavía como un buen método para el alargamiento esofágico que permite la reparación primaria de la atresia esofágica con cabos separados. El objetivo de este estudio experimental fue verificar si dicho procedimiento disminuye la tasa de dehiscencia de anastomosis realizadas bajo tensión. Además, verificamos si la miotomía promueve o estimula cambios morfológicos y bioquímicos en la cicatriz anastomótica esofágica. Se realizaron cervicotomía y resección de un segmento esofágico de 8 a 10 cm. de longitud en 60 perros pequeños confeccionando a continuación una anastomosis con tensión importante. Los animales fueron divididos en dos grupos: control, solo anastomosis y experimental, anastomosis con miotomía del segmento esofágico proximal. Sacrificamos a los animales en el 14º día postoperatorio y buscamos en la autopsia la presencia de dehiscencias de anastomosis. Recogimos 12 especímenes para estudios histológicos y morfométricos (medida del grosor de la cicatriz), electroforesis, inmunoserología del colágeno total y determinación de los diferentes tipos de colágeno). El índice de dehiscencia fue igual en ambos grupos. El examen histológico mostró que la cicatriz anastomótica estaba formada por tejido fibroso sin mucosa o tejido muscular. En los animales con miotomía se observó una disminución de la neoformación de pequeños vasos en comparación con los animales control y el análisis morfométrico mostró que en los animales con miotomía la cicatriz anastomótica era más delgada que en los controles. El análisis bioquímico de la cicatriz anastomótica demostró que la miotomía disminuyó el contenido de colágeno soluble en comparación con el grupo control y no alteró el contenido de colágeno insoluble. La electroforesis de los diferentes tipos de colágeno y la tipificación por inmunoserología mostró la presencia de colágeno tipo I, III y V y la cuantificación por densitometría en bandas mostró una reducción en el colágeno tipo V (presente en los vasos sanguíneos) en los animales miotomizados. Estos resultados concuerdan con la demostración histológica de una disminución de la neoformación de vasos anguíneos. La miotomía circular no disminuyó la posibilidad de dehiscencia y promovió además cambios negativos en la cicatriz anastomótica.

Zusammenfassung

Unter dem Gesichtspunkt, dass die Myotomie nach Livaditis immer noch als das beste Verfahren zur Verlängerung des Ösophagus im Rahmen der Überbrückung langstreckiger Ösophagusatresien gilt, war das Ziel dieser experimentellen Studie zu verifizieren, ob die Myotomie die Inzidenz von Anastomoseninsuffizienzen bei starker Spannung im Anastomosenbereich reduziert. Zudem wurde untersucht, ob die Myotomie zu morphologischen oder biochemischen Änderungen im Verlauf der Wundheilung der ösophagealen Anastomose führt. Sechzig Welpen wurden zervikotomiert und ein ca. 8,0 bis 10,0 cm langes Ösophagussegment reseziert. Die daraus resultierende Anastomose stand unter entsprechend großer Spannung. Die Tiere wurden in zwei Gruppen aufgeteilt (Kontrollgruppe: nur Anastomose; experimentelle Gruppe: Anastomose und zirkuläre Myotomie im proximalen ösophagealen Segment). Die Tiere wurden am 14. postoperativen Tag eingeschläfert, in der sich anschließenden Autopsie wurde nach Anastomoseninsuffizienzen gesucht. Zwölf Narben jeder Gruppe wurden für histologische, histomorphometrische (Erhebung der Narbendicke), elektophoretische und Immunoblotting-Untersuchungen des Kollagens (gesamtes Kollagen und Typen von Kollagendeterminanten) gesammelt. Die Anastomoseninsuffizienzen waren in beiden Gruppen gleich häufig. Histologische Untersuchungen ergaben, dass das Narbengewebe der Anastomosen aus fibrinösem Gewebe bestand, ohne Anteile von Mukosa oder Muskelgewebe. In der Gruppe der myotomierten Tiere konnte eine reduzierte Gefäßneubildung im Vergleich zur Kontrollgruppe festgestellt werden. Morphometrische Untersuchungen zeigten, dass die Narben im Anastomosenbereich bei myotomierten Tieren dünner waren als die der Kontrollgruppe. Biochemische Untersuchungen der Narben ergaben, dass die Myotomie eine Verminderung im Gehalt von löslichem Kollagen im Vergleich zur Kontrollgruppe bewirkt, der Gehalt an nicht löslichem Kollagen erbrachte keine Differenz. Die elektrophoretische Trennung des Kollagens und die Charakterisierung durch Immunoblotting ergab das Vorkommen von Kollagen I, III und V. Die Quantifizierung mittels der Densitometrie der Banden zeigte in den myotomierten Tieren im Vergleich zur Kontrollgruppe eine Reduzierung des Kollagens V (Kollagen V findet man in Blutgefäßen). Dieses Ergebnis stimmt mit der histologischen Beobachtung einer verminderten Neovaskularisation überein. Die zirkuläre Myotomie führt zu keiner Reduktion von Anastomoseninsuffizienzen, sondern induziert vielmehr Wundheilungsstörungen im Anastomosenbereich.

Key words

Esophagus - circular esophageal myotomy - esophageal atresia - collagen

Mots-clés

Myotomie œsophagienne circulaire - atrésie de l'œsophage - collagène

Palabras clave

Miotomía circular esofágica - atresia esofágica - colágeno

Schlüsselwörter

Ösophagus - zirkuläre ösophageale Myotomie - Ösophagusatresie - Kollagen

References

• 1 Andreucci D, Teodoro W R, Mariani C. Very high collagen increase in placentae of smoking mothers.  Gynecol Obstet Invest. 1992;  34 88-91
• 2 Bardini R, Asolati M, Rodou A, Bonavina L, Baseggio S, Peracchia A. Anastomosis.  World J Surg. 1994;  18 373-378
• 3 Bergmann I, Laxley R. Two improved simplified methods for the spectrophotometric determination of hydroxyproline.  Anal Chem. 1963;  35 1961-1965
• 4 Boyle Jr E M, Irwin E D, Foker J E. Primary repair of ultra-long-gap esophageal atresia: results without lengthening procedures.  Ann Thorac Surg. 1994;  57 576-579
• 5 Culav E M, Clark C H, Merrilees M J. Connective tissues: matrix composition and its relevance to physical therapy.  Phys Ther. 1999;  79 308-319
• 6 Ein S H, Shandling B. Pure esophageal atresia: a 50-year review.  J Pediatr Surg. 1994;  29 1208-1211
• 7 Graham M F, Diegelmann R F, Elson C O. Collagen content and types in the intestinal strictures of Crohn's disease.  Gastroenterology. 1988;  94 257-265
• 8 Halstedt W S. Circular suture of the intestine; an experimental study.  Am J Med Sci. 1987;  94 436-440
• 9 Hesp F, Hendriks T, Lubbers E J, DeBoer H H. Wound healing in the intestinal wall. A comparison between experimental ileum and colonic anastomosis.  Dis Colon Rectum. 1984;  27 99-104
• 10 Hogstrom H, Haglund U, Zederfeld B. Suture technique and early breaking strength of intestinal anastomoses and laparotomy wounds.  Acta Chir Scand. 1983;  151 441-447
• 11 Jiborn H, Ahonen J, Zederfeldt B. Healing of experimental colonic anastomoses. The effect of suture technique on collagen concentration in the colonic wall.  Am J Surg. 1978;  135 333-340
• 12 Lehto M, Sims T J, Bailey A J. Skeletal muscle injury - molecular changes in the collagen during healing.  Res Exp Med. 1985;  185 95-106
• 13 Levine J J, Shoshany G, Davidson M. Manometric variations following spiral myotomy for long-gap esophageal atresia.  J Pediatr Gastroenterol Nutr. 1990;  10 380-384
• 14 Lindahal H. Esophageal atresia: A simple technical detail aiding the mobilization and circular myotomy of the proximal segment.  J Pediatr Surg. 1987;  22 113-114
• 15 Lindell-Iwan L. Modification of Livaditis myotomy for long-gap oesophageal atresia.  Ann Chir Gynecol. 1990;  79 101-102
• 16 Livaditis A, Radberg L, Odensjö G. Esophageal end-to-end anastomosis: reduction of anastomotic tension by circular myotomy.  Scand J Thorac Cardiovasc Surg. 1972;  6 206-214
• 17 Louhimo I, Lindahl H. Livaditis myotomy in long-gap esophageal atresia.  J Pediatr Surg. 1987;  22 109-112
• 18 Muangsombut J, Hankins J R, Mason G R, McLaughlin J S. The use of circular myotomy to facilitate resection and end-to-end anastomosis of the esophagus: an experimental study.  J Thorac Cardiovasc Surg. 1974;  68 522-529
• 19 Rabau M Y, Hirshberg A, Hiss Y, Dayan D. Intestinal anastomosis healing in rat: collagen concentration and histochemical characterization by picrosirius red staining and polarization microscopy.  Exp Mol Pathol. 1995;  62 160-165
• 20 Rhodes R K, Miller E J. Pathological characterization and molecular organization of the collagen A and B chains.  Biochemistry. 1978;  17 3440-3448
• 21 Ricketts R R, Luck S R, Raffensperger J G. Circular myotomy for primary repair of long gap esophageal atresia.  J Pediatr Surg. 1981;  16 365-369
• 22 Rosselló P J, Lebrón H, Franco A AR. The technique of myotomy in esophageal reconstruction: An experimental study.  J Pediatr Surg. 1980;  15 430-432
• 23 Schneeberger A L, Scott R B, Rubin S Z, Machida H. Esophageal function following Livaditis repair of long gap esophageal atresia.  J Pediatr Surg. 1987;  22 179-183
• 24 Shoshany G, Kimura K, Jaume J, Sterman H, Birnbaum E, Stein T, Levine J. A staged approach to long gap esophageal atresia employing a spiral myotomy and delayed reconstruction of the esophagus: An experimental study.  J Pediatr Surg. 1988;  23 1218-1221
• 25 Siegel M J, Shackelford G D, McAlister W H, Bell M J. Circular esophageal myotomy simulating a pulmonary or mediastinal pseudocyst.  Pediatr Radiol. 1980;  36 365-368
• 26 Stromberg B V, Klein L. Collagen formation during the healing of colonic anastomoses.  Dis Colon Rectum. 1981;  25 301-304
• 27 Sykes B C, Puddle B, Francis M. The estimation of two collagens from human dermis by interrupted gel electrophoresis.  Biochem Biophys Res Commun. 1976;  72 1472-1480
• 28 Taylor R G, Myers N A. Management of a post-Livaditis-procedure esophageal diverticulum.  Pediatr Surg Int. 1989;  4 238-240