Strategies for increasing tissue survival in critically perfused musculocutaneous flaps

Abstract

Ischemic tissue damage remains a significant challenge in reconstructive plastic surgery due to the extensive undermining required for flap mobilization. Impaired microcirculation can lead to complications such as tissue necrosis, prolonged hospitalization, and increased patient morbidity. In this thesis, three therapeutic strategies were evaluated in a mouse dorsal skinfold chamber model to reduce ischemia-induced necrosis of random-pattern musculocutaneous flaps. First, intermittent fasting (16h fasting/8h feeding) promoted angiogenesis, increased capillary density, and decreased neutrophil infiltration, yielding significantly higher flap survival compared to controls. Second, bromelain administered perioperatively enhanced microvascular perfusion, reduced apoptotic and inflammatory markers, and increased the viable tissue area. Third, the injection of adipose tissue‑derived microvascular fragments improved the functional capillary density, promoted neovascularization at the vital–necrotic interface, and decreased apoptotic activity, with approximately 5-10% of new microvessels originating from the transplanted fragments. Together, these findings demonstrate that dietary restriction, bromelain treatment, and microvascular fragment transplantation can protect ischemic flaps by preserving microcirculation, suppressing inflammation, and reducing cell death. Dietary restriction and bromelain are promising preoperative treatments due to low cost and feasibility, while microvascular fragments offer an intraoperative option for acute settings. These approaches have the potential to reduce flap necrosis and its associated clinical and socioeconomic burdens.

Ischämischer Gewebeschaden stellt in der rekonstruktiven plastischen Chirurgie aufgrund der zur Lappenmobilisierung erforderlichen ausgedehnten Präparation eine wichtige Herausforderung dar. Eine beeinträchtigte Mikrozirkulation kann zu Komplikationen wie Gewebsnekrosen, verlängertem Krankenhausaufenthalt und erhöhter Patientenmorbidität führen. In dieser Dissertation wurden drei therapeutische Ansätze in einem Mausmodell der dorsalen Rückenhautkammer untersucht, um ischämisch bedingte Nekrosen bei randomisierten muskulo-kutanen Lappen zu reduzieren. Erstens förderte das intermittierende Fasten (16 h Fasten/8 h Nahrungsaufnahme) die Angiogenese, erhöhte die Kapillardichte und verringerte die Infiltration von Neutrophilen, was zu einer signifikant höheren Lappenüberlebensrate im Vergleich zur Kontrollgruppe führte. Zweitens verbesserte die perioperative Gabe von Bromelain die mikrovaskuläre Perfusion, reduzierte apoptotische und entzündliche Marker und vergrößerte den vitalen Gewebebereich. Drittens steigerte die Injektion von aus Fettgewebe gewonnenen Mikrogefäßfragmenten die funktionelle Kapillardichte, förderte die Neovaskularisierung am vital‑nekrotischen Übergang und verringerte die apoptotische Aktivität, wobei etwa 5–10 % der neu entstandenen Mikrogefäße aus den transplantierten Fragmenten stammten. Zusammengefasst zeigen diese Ergebnisse, dass Ernährungsrestriktion, Bromelain‑Behandlung und Mikrogefäßfragment‑Transplantation ischämische Lappen durch den Erhalt der Mikrozirkulation, die Unterdrückung von Entzündungen und die Reduktion des Zelltods schützen können. Ernährungsrestriktion und Bromelain sind vielversprechende präoperative Ansätze aufgrund geringer Kosten und hoher Umsetzbarkeit, während Mikrogefäßfragmente eine intraoperative Option für akute Situationen bieten. Diese Ansätze bergen das Potenzial, Lappennekrosen und deren klinisch‑soziale Belastung zu reduzieren.