Metoder för in vivo biomekaniska tester på brachial plexus i neonatal smågrisar
Summary
Presenteras här är metoder för att utföra in vivo biomekaniska tester på brachialis plexus i en neonatal Nasse modell.
Abstract
Neonatal brachialis plexus pares (NBPP) är en sträck skada som uppstår under förlossnings processen i nerv komplex som ligger i nacke och axlar regioner, kollektivt kallad brachialis plexus (BP). Trots de senaste framstegen inom obstetrisk vård, problemet med NBPP fortsätter att vara en global hälsobörda med en incidens av 1,5 fall per 1 000 levande födda. Allvarligare typer av denna skada kan orsaka permanent förlamning av armen från axeln ner. Förebyggande och behandling av NBPP motiverar en förståelse av biomekaniska och fysiologiska reaktioner av nyfödda BP nerver när de utsätts för stretch. Aktuell kunskap om det nyfödda BP extrapoleras från vuxna djur eller kadaverisk BP vävnad i stället för in vivo neonatal BP vävnad. Denna studie beskriver en in vivo mekanisk provningsanordning och förfarande för att genomföra in vivo biomekaniska tester i neonatal smågrisar. Enheten består av en klämma, ställdon, lastcell, och kamerasystem som gäller och övervaka in vivo stammar och laster tills fel. Kamerasystemet möjliggör också övervakning av fel platsen under ruptur. Sammantaget ger den presenterade metoden för en detaljerad biomekanisk karakterisering av neonatal BP när de utsätts för stretch.
Introduction
Trots den senaste tidens framsteg inom obstetrik, problemet med nbpp orsakas av stretch skada till BP-komplexet fortsätter att vara en global hälsobörda, med en incidens av 1,5 fall per 1 000 levande födda1,2. Associerade riskfaktorer kan vara maternell (dvs. övervikt, maternell diabetes, livmoder avvikelser, historia av BP förlamning), foster (dvs., fetalt makrosomia), eller födelse-relaterade (dvs., skuldra DYSTOCIA, långvarig förlossning, assisterad leverans med tång eller vakuum extraktorer, sätesbjudning presentation3). Även om dessa komplikationer är oundvikliga under vissa omständigheter, garanterar förebyggande och behandling av NBPP en förståelse för de biomekaniska och fysiologiska Svaren av neonatal BP när de utsätts för stretch.
Rapporterade biomekaniska studier på BP har använt vuxna djur och mänsklig kadaverisk vävnad och uppvisar signifikanta avvikelser4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Klinisk relevans för biomekaniska egenskaper hos den komplexa BP vävnad garanterar en neonatal djurmodell samt en in vivo biomekaniska testmetod. Dessutom, begränsningar med att studera BP stretch skada i komplicerade verkliga leverans scenarier ökar beroendet av datormodeller som ger metoder som möjliggör utredning av effekterna av olika leverans komplikationer och tekniker. Nyckeln till klinisk relevans av dessa modeller är deras biofidelity (mänskligt-liknande svar). Tillgängliga beräkningsmodeller av Gonik et al.16 och Grimm et al.17 förlitar sig på kanin och råtta nervvävnad men inte neonatal BP vävnad. Utför in vivo biomekanisk testning i en kliniskt relevant neonatal djurmodell kan fylla den kritiska klyftan av otillgänglig neonatal BP data.
Den aktuella studien beskriver en in vivo mekanisk provningsanordning och förfarande för att genomföra biomekaniska tester i 3-5 dag gamla manliga Yorkshire neonatal smågrisar. Enheten består av en klämma, ställdon, lastcell, och kamerasystem som gäller och övervaka in vivo stammar och laster under fel. Kamerasystemet möjliggör också övervakning av fel platsen under ruptur. Sammantaget möjliggör systemet för detaljerad biomekanisk karakterisering av neonatal BP när de utsätts för stretch, vilket ger BP: s tröskel stammar och spänningar för mekaniskt fel in vivo. De data som erhålls kan ytterligare förbättra människoliknande beteende (biofidelity) av de befintliga beräkningsmodeller som är utformade för att undersöka effekterna av exogena och endogena krafter på BP stretch i leverans scenarier i samband med NBPP.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tillgänglig litteratur om biomekaniska Svaren av stretch på BP vävnaden uppvisar ett brett spektrum av tröskelvärden samt metodologiska avvikelser4,6,8,18,19,20,21,22,23. Variationer i publicerade resultat kan bero p?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forskning som rapporterats i denna publikation stöddes av Eunice Kennedy Shriver nationella institutet för barns hälsa och mänsklig utveckling av National Institutes of Health under tilldelning nummer R15HD093024 och 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).
