Metoder til in vivo -Biomekanisk testning af brachial plexus til neonatal smågrise
Summary
Præsenteret her er metoder til at udføre in vivo biomekaniske test på brachialis plexus i en neonatal Grisling model.
Abstract
Neonatal brachialis plexus parese (nbpp) er en strækning skade, der opstår under fødselsprocessen i nerve komplekser beliggende i nakke og skulder regioner, kollektivt benævnt brachialis plexus (BP). Trods nylige fremskridt inden for obstetrisk pleje er problemet med NBPP fortsat en global sundhedsbyrde med en incidens på 1,5 tilfælde pr. 1.000 levendefødte. Mere alvorlige typer af denne skade kan forårsage permanent lammelse af armen fra skulderen ned. Forebyggelse og behandling af NBPP berettiger en forståelse af de biomekaniske og fysiologiske reaktioner af nyfødte BP nerver, når de udsættes for stretch. Aktuel viden om den nyfødte BP er ekstrateret fra voksne dyr eller nekro BP væv i stedet for in vivo neonatal BP væv. Denne undersøgelse beskriver en in vivo mekanisk test anordning og procedure til at udføre in vivo Biomekanisk testning i neonatal smågrise. Enheden består af en klemme, aktuator, belastningscelle, og kamerasystem, der anvender og overvåger in vivo stammer og belastninger indtil fiasko. Kamerasystemet tillader også overvågning af fejlplacering under ruptur. Samlet set giver den præsenterede metode mulighed for en detaljeret Biomekanisk karakterisering af neonatal BP, når den udsættes for stræk.
Introduction
På trods af de seneste fremskridt inden for obstetrik er problemet med nbpp forårsaget af stræk skade på BP-komplekset fortsat en global sundhedsbyrde med en incidens på 1,5 tilfældepr. 1.000levendefødte1,2. Associerede risikofaktorer kan være mødre (dvs. overdreven vægt, mødres diabetes, uterin abnormaliteter, anamnese med BP lammelse), føtal (dvs. føtal macrosomia), eller fødselsrelaterede (dvs. skulder dystokcia, langvarig arbejdskraft, assisteret levering med pincet eller vakuum ekstraktorer, bundstykket præsentation3). Mens disse komplikationer er uundgåelige under visse omstændigheder, forebyggelse og behandling af NBPP berettiger en forståelse af den biomekaniske og fysiologiske reaktioner af det neonatal BP, når de udsættes for stretch.
Rapporterede biomekaniske undersøgelser af BP har brugt voksne dyr og humant kadaverisk væv og viser betydelige uoverensstemmelser4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Klinisk relevans af biomekaniske egenskaber af det komplekse BP-væv berettiger en neonatal dyremodel samt en in vivo Biomekanisk testtilgang. Endvidere, begrænsninger med at studere BP stretch skade i komplicerede virkelige verden levering scenarier øger afhængigheden af computermodeller, der giver metoder, der tillader undersøgelse af virkningerne af forskellige levering komplikationer og teknikker. Nøglen til klinisk relevans af disse modeller er deres biofidelity (humant-lignende respons). Tilgængelige beregningsmæssige modeller af Gonik et al.16 og Grimm et al.17 er afhængige af kanin-og rotte nerve væv, men ikke neonatal BP-væv. Udførelse in vivo Biomekanisk testning i en klinisk relevant Neonatal dyremodel kan udfylde den kritiske kløft af utilgængelige neonatal BP data.
Den nuværende undersøgelse beskriver en in vivo mekanisk test anordning og procedure til at gennemføre biomekaniske test i 3-5 daggamle mandlige Yorkshire neonatal smågrise. Enheden består af en klemme, aktuator, belastningscelle og kamerasystem, der anvender og overvåger in vivo-belastninger og belastninger under svigt. Kamerasystemet tillader også overvågning af fejlplacering under ruptur. Samlet set giver systemet mulighed for detaljeret Biomekanisk karakterisering af det neonatal BP, når det udsættes for strækning, hvilket giver bp’s tærskel belastninger og belastninger for mekanisk svigt in vivo. De opnåede data kan yderligere forbedre menneskelig-lignende adfærd (biofidelity) af de eksisterende beregningsmæssige modeller, der er designet til at undersøge virkningerne af eksogene og endogene kræfter på BP stretch i leverings scenarier forbundet med NBPP.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tilgængelig litteratur om biomekaniske respons af stræk på BP væv udviser en bred vifte af tærskelværdier samt metodologiske uoverensstemmelser4,6,8,18,19,20,21,22,23. Variationer i publicerede resultater kan skyldes…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forskning rapporteret i denne publikation blev støttet af Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child sundhed og menneskelig udvikling af de nationale institutter for sundhed under Award nummer R15HD093024 og af National Science Foundation CAREER Award Nummer 1752513.
Materials
| Omega Subminature Tension & Compression Load Cell | Omega | LCM201-200N | 200N load cell |
| Basler acA640-120uc camera | Basler | acA640-120uc | |
| Feedback Linear Actuator | Progressive Automations | PA-14P | 10" stroke, 150lb force, 15mm/s speed |
| Motion Tracking Software | Kinovea | N/A | Open Source |
| Proramming Software – MATLAB | Mathworks | N/A | version 2018A |
| Surgical instruments | |||
| Forceps | Fine Science Tools Inc | 11006-12 and 11027-12 or 11506-12 | |
| Hemostats | Fine Science Tools Inc | 13009-12 | |
| Scissors | Fine Science Tools Inc | 14094-11 or 14060-09 |
References
- Chauhan, S. P., Blackwell, S. B., Ananth, C. V. Neonatal brachial plexus palsy: Incidence, prevalence, and temporal trends. Seminars in Perinatology. 38 (4), 210-218 (2014).
- Foad, S. L., Mehlman, C. T., Ying, J. The epidemiology of neonatal brachial plexus palsy in the United States. Journal of Bone and Joint Surgery – Series A. 90 (60), 1258-1264 (2008).
- García Cena, C. E., et al. Skeletal modeling, analysis and simulation of upper limb of human shoulder under brachial plexus injury. Advances in Intelligent Systems and Computing. 252, 195-207 (2014).
- Marani, E., van Leeuwen, J. L., Spoor, C. W. The tensile testing machine applied in the study of human nerve rupture: a preliminary study. Clinical Neurology and Neurosurgery. 95, S33-S35 (1993).
- Zapałowicz, K., Radek, A. Mechanical properties of the human brachial plexus. Neurologia i Neurochirurgia Polska. 34 (6), 89-93 (2000).
- Singh, A., Shaji, S., Delivoria-Papadopoulos, M., Balasubramanian, S. Biomechanical Responses of Neonatal Brachial Plexus to Mechanical Stretch. Journal of Brachial Plexus and Peripheral Nerve Injury. 13 (1), e8-e14 (2018).
- Driscoll, P. J., et al. An in vivo study of peripheral nerves in continuity: biomechanical and physiological responses to elongation. Journal of Orthopaedic Research. 20 (2), 370-375 (2002).
- Zapalowicz, K., Radek, A. Experimental investigations of traction injury of the brachial plexus. Model and results. Annales Academiae Medicae Stetinensis. 51 (2), 11-14 (2005).
- Ma, Z., et al. In vitro and in vivo mechanical properties of human ulnar and median nerves. Journal of Biomedical Materials Research – Part A. 101 (9), 2718-2725 (2013).
- Rydevik, B. L., et al. An in vitro mechanical and histological study of acute stretching on rabbit tibial nerve. Journal of Orthopaedic Research. 8 (5), 694-701 (1990).
- Kwan, M. K., Wall, E. J., Massie, J., Garfin, S. R. Strain, stress and stretch of peripheral nerve rabbit experiments in vitro and in vivo. Acta Orthopaedica. 63 (3), 267-272 (1992).
- Takai, S., et al. In situ strain and stress of nerve conduction blocking in the brachial plexus. Journal of Orthopaedic Research. 20 (6), 1311-1314 (2002).
- Zhe, S., Feng, T., Sun, C., Ma, H. Tensile mechanical properties of the brachial plexus of experimental animals. Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research. 14 (20), 3730-3733 (2010).
- Alexander, M. J., Barkmeier-Kraemer, J. M., Geest, J. P. Vande Biomechanical properties of recurrent laryngeal nerve in the piglet. Annals of Biomedical Engineering. 38 (8), 2553-2562 (2010).
- Zilic, L., et al. An anatomical study of porcine peripheral nerve and its potential use in nerve tissue engineering. Journal of Anatomy. 227 (3), 302-314 (2015).
- Gonik, B., Zhang, N., Grimm, M. J. Prediction of brachial plexus stretching during shoulder dystocia using a computer simulation model. American Journal of Obstetrics and Gynecology. 189 (4), 1168-1172 (2003).
- Grimm, M. J., Costello, R. E., Gonik, B. Effect of clinician-applied maneuvers on brachial plexus stretch during a shoulder dystocia event: Investigation using a computer simulation model. Obstetrical and Gynecological Survey. 203 (4), (2011).
- Kawai, H., et al. Stretching of the brachial plexus in rabbits. Acta Orthopaedica. 60 (6), 635-638 (1989).
- Narakas, A. O. Lesions found when operating traction injuries of the brachial plexus. Clinical Neurology and Neurosurgery. 95, S56-S64 (1993).
- Kleinrensink, G. J., et al. Upper limb tension tests as tools in the diagnosis of nerve and plexus lesions – Anatomical and biomechanical aspects. Clinical Biomechanics. 15 (1), 9-14 (2000).
- Zapałowicz, K., Radek, A. Mechanical properties of the human brachial plexus. Neurologia, i Neurochirurgia Polska. 34 (6), 89-93 (2000).
- Singh, A., Lu, Y., Chen, C., Cavanaugh, J. Mechanical properties of spinal nerve roots subjected to tension at different strain rates. Journal of Biomechanics. 39 (9), 1669-1676 (2006).
- Singh, A., Lu, Y., Chen, C., Kallakuri, S., Cavanaugh, J. M. A new model of traumatic axonal injury to determine the effects of strain and displacement rates. Stapp Car Crash Journal. 50, 601-623 (2006).
- Gonik, B., et al. The timing of congenital brachial plexus injury: A study of electromyography findings in the newborn piglet. American Journal of Obstetrics and Gynecology. 178 (4), 688-695 (1998).
