Metoder for in vivo biomekaniske testing på brachialis plexus i nyfødt grisunger
Summary
Presentert her er metoder for å utføre in vivo biomekaniske testing på brachialis plexus i en nyfødt Piglet modell.
Abstract
Nyfødt brachialis plexus parese (NBPP) er en strekk skade som oppstår under fødselen prosessen i nerve komplekser ligger i nakke og skulder regioner, kollektivt referert til som brachialis plexus (BP). Til tross for nylige fremskritt i obstetriske omsorg, problemet med NBPP fortsetter å være en global helse byrde med en forekomst av 1,5 tilfeller per 1 000 levende fødsler. Mer alvorlige typer av denne skaden kan føre til permanent lammelse av armen fra skulderen ned. Forebygging og behandling av NBPP garanterer en forståelse av biomekaniske og fysiologiske reaksjoner av nyfødte BP nerver når de utsettes for strekk. Nåværende kunnskap om den nyfødte BP er ekstrapolert fra voksne dyr eller avdød BP vev i stedet for in vivo nyfødt BP vev. Denne studien beskriver en mekanisk test enhet og prosedyre for å gjennomføre in vivo biomekaniske testing i nyfødt grisunger. Enheten består av en klemme, aktuator, lastcelle, og kamera system som gjelder og overvåker in vivo stammer og belastninger til svikt. Kamera systemet gjør det også mulig å overvåke svikt plasseringen under brudd. Samlet sett gir den presenterte metoden for en detaljert biomekaniske karakterisering av nyfødt BP når de utsettes for strekk.
Introduction
Til tross for nylige fremskritt i obstetrikk, problemet med NBPP forårsaket av strekk skade på BP komplekse fortsetter å være en global helse byrde, med en forekomst av 1,5 tilfeller per 1 000 Live fødsler1,2. Associated risikofaktorer kan være mors (dvs. overdreven vekt, mors diabetes, livmor unormalt, historie BP lammelse), fosterets (dvs. fosterets macrosomia), eller fødsel-relaterte (dvs. skulder dystoki, langvarig arbeidskraft, assistert levering med pinsett eller vakuum ekstraktorer, breech presentasjon3). Selv om disse komplikasjoner er uunngåelige i visse tilfeller, garanterer forebygging og behandling av NBPP en forståelse av de biomekaniske og fysiologiske reaksjonene til nyfødte BP når de utsettes for strekk.
Rapportert biomekaniske studier på BP har brukt voksne dyr og menneskelige avdød vev og vise signifikante avvik4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Klinisk relevans av biomekaniske egenskaper av det komplekse BP vevet garanterer en nyfødt dyremodell, samt en in vivo biomekaniske testing tilnærming. Videre begrensninger med å studere BP strekke skade i kompliserte virkelige verden levering scenarier øker avhengigheten av datamaskinen modeller som gir metoder som gjør at etterforskningen av virkningene av ulike levering komplikasjoner og teknikker. Nøkkelen til klinisk relevans av disse modellene er deres biofidelity (Human-lignende respons). Tilgjengelige beregningsmodeller av Gonik et al.16 og Grimm et al.17 stole på kanin og rotte nerve vev, men ikke nyfødt BP vev. Utføring i vivo biomekaniske testing i en klinisk relevant nyfødt dyremodell kan fylle den kritiske gapet av utilgjengelige nyfødte BP data.
Den aktuelle studien beskriver en in vivo mekanisk testing enhet og prosedyre for å gjennomføre biomekaniske testing i 3-5 dag gammel mannlig Yorkshire nyfødt grisunger. Enheten består av en klemme, aktuator, lastcelle, og kamera system som gjelder og overvåker in vivo stammer og belastninger under svikt. Kamera systemet gjør det også mulig å overvåke svikt plasseringen under brudd. Samlet gir systemet for detaljert biomekaniske karakterisering av nyfødte BP når de utsettes for strekk, og dermed gi BP terskel stammer og påkjenninger for mekanisk svikt in vivo. Dataene innhentet kan ytterligere forbedre menneske-lignende atferd (biofidelity) av eksisterende beregningsorientert modeller som er utformet for å undersøke virkningene av eksogene og endogene krefter på BP strekning i leveransen scenarier knyttet til NBPP.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tilgjengelig litteratur om biomekaniske svar av strekk på BP vev utstillingen et bredt spekter av terskelverdier samt metodisk avvik4,6,8,18,19,20,21,22,23. Variasjoner i publiserte resultater kan skyldes forskjeller i ve…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forskning rapportert i denne publikasjonen ble støttet av Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health og Human Development av National Institutes of Health under Award Number R15HD093024 og av 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 |
Riferimenti
- 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).
