Максимальное изометрическое тетаническое измерение силы передней мышцы большеберцовой кисти у крысы

Summary

Оценка двигательного восстановления остается эталонным показателем результатов в экспериментальных исследованиях периферических нервов. Изометрическое измерение тетановой силы передней мышцы большеберцовой кисти у крысы является бесценным инструментом для оценки функциональных результатов после реконструкции дефектов седалищного нерва. Методы и нюансы подробно описаны в этой статье.

Abstract

Травматические повреждения нервов приводят к существенной функциональной потере, а дефекты сегментарных нервов часто требуют использования аутологичных интерпозиционных нервных трансплантатов. Из-за их ограниченной доступности и связанной с ними донорской заболеваемости многие исследования в области регенерации нервов сосредоточены на альтернативных методах преодоления сегментарной нервной щели. Чтобы исследовать результаты хирургических или фармакологических экспериментальных вариантов лечения, модель седалищного нерва крыс часто используется в качестве биоанализа. Существует множество измерений результатов, используемых в моделях крыс для определения степени регенерации нервов. Максимальная выходная сила мышцы-мишени остается наиболее релевантным результатом для клинического перевода экспериментальной терапии. Изометрическое измерение силы сокращения тетанических мышц ранее было описано как воспроизводимый и действительный метод оценки двигательного восстановления после повреждения или восстановления нервов как на крысах, так и на кроличьих моделях. В этом видео мы вернем пошаговую инструкцию этой бесценной процедуры оценки функционального восстановления передней мышцы большеберцовой кисти в модели дефекта седалищного нерва крысы с использованием оптимизированных параметров. Мы опишем необходимые предоперационные препараты помимо хирургического подхода и рассечения общего переднего мышечного нерва и сухожилия передней мышцы большеберцовой кисти. Будет подробно описана изометрическая техника измерения тетановой силы. Объяснение определения оптимальной длины мышц и частоты импульса стимула и демонстрация измерения максимального сокращения тетанической мышцы.

Introduction

Потеря двигательной функции после травматического поражения периферических нервов оказывает существенное влияние на качество жизни и социально-экономический статус больных^1,2,3. Прогноз этой популяции пациентов остается плохим из-за минимальных улучшений в хирургических методах за эти годы^4. Прямой сквозной эпиневральный ремонт без натяжения образует золотой стандарт хирургической реконструкции. Однако в случаях с расширенными нервными промежутками интерпозиция аутологии нервного трансплантата оказалась превосходящей^5,6. Связанная с донором заболеваемость сайтом и ограниченная доступность аутологических нервных трансплантатов наложили необходимость в альтернативных методах^7,8.

Экспериментальные модели на животных были использованы для выяснения механизма регенерации периферических нервов и оценки результатов различных реконструктивных и фармакологических вариантов^{лечения 8,9.} Модель седалищного нерва крысы является наиболее часто используемой животной моделью^10. Их небольшой размер делает их легкими в обращении и домашнем обухоспеи. Из-за их превосходного нейрорегенеративного потенциала сокращение времени между вмешательством и оценкой результатов может привести к относительно более низким затратам^11,12. Другие преимущества его использования включают морфологическое сходство с нервными волокнами человека и большое количество сравнительных/исторических исследований^13. Хотя к последнему следует подходить осторожно, так как большое разнообразие различных показателей исхода между исследованиями затрудняет сравнение результатов^{14,15,16,17,18.}

Показатели результатов для оценки регенерации нервов варьируются от электрофизиологии до гистоморфометрии, но эти методы подразумевают корреляцию, но не обязательно непосредственно измеряют возвращение двигательной функции^14,15. Регенерируя нервные волокна могут не создавать соответствующих соединений, что может вызвать переоценку количества функциональных связей^14,15,19,20. Лучшим и клинически наиболее значимым измерением для демонстрации правильной реиннервации конечных органов остается оценка мышечной функции^21,22,23. Однако создание инструментов оценки двигательных функций для животных моделей является сложной задачей. Medinaceli et al. впервые описали анализ пешеходной дорожки, который с тех пор является наиболее часто используемым методом оценки функционального восстановления в экспериментальных исследованиях периферических нервов^{21,24,25,26,27,28.} Анализ дорожки ходьбы количественно определяет функциональный индекс седалищного паралитического пара (SFI) на основе измерений отпечатков лап у ходячих крыс^21,29. Основные ограничения анализа дорожки ходьбы, такие как контрактуры на носках, автоувыключение, размазывание отпечатка и плохая корреляция с другими показателями реиннервации, обусловили необходимость использования других параметров для количественной оценки функционального восстановления^30,31.

В предыдущих исследованиях на крысах Льюиса³² и новозеландских кроликах³³мы подтвердили измерение изометрической тетановой силы (ITF) для передней мышцы большеберцовой (ТА) и продемонстрировали его эффективность в оценке восстановления мышц после различных типов восстановления нервов^{34,35,36,37,38,39.} Мышца ТА хорошо подходит из-за своих относительно больших размеров, иннервации перонеальной ветвью седалищного нерва и хорошо выясненных биохимических свойств^40,41,42,43. При оптимизации длины мышц (силы преднатяг) и электрических параметров ITF обеспечивает вариабельность из стороны в сторону 4,4% и 7,5% у крыс³² и кроликов³³соответственно.

В этой статье представлен подробный протокол измерения ITF в модели седалищного нерва крыс, включая подробное описание необходимого предоперационного планирования, хирургического подхода и рассечения общего перонеального нерва и дистального сухожилия мышцы ТА. Используя заранее определенные значения интенсивности и продолжительности стимула, будет определена оптимальная длина мышц и частота импульса стимула. С помощью этих четырех параметров МФТ впоследствии может быть последовательно и точно измерена.

Protocol

Все процедуры для животных были выполнены с одобрения Институционального комитета по уходу за животными и их использованию (IACUC A334818). 1. Калибровка преобразователя силы Убедитесь, что компьютер правильно подключен к многофункциональному устройству сбора данных вв?…

Representative Results

Для измерения измерения МФТ используются пять параметров. К ним относятся мышечное напряжение (сила предварительной нагрузки), интенсивность стимула (напряжение), частота импульса стимула, длительность стимула 0,4 мс и задержка 2 мс. Перед измерением ITF оптимальное мышечное напряжение д?…

Discussion

Этот протокол описывает ранее проверенный метод получения точных максимальных измерений ITF мышцы ТА в модели^{крыс 32.} Восстановление максимальной силы после экспериментальных процедур реконструкции нерва представляет основной интерес в клинических условиях, поскольку до…

Materials

0.9% Sodium Chloride	Baxter Healthcare Corporation, Deerfield, IL, USA	G130203
1 mm Kirshner wires	Pfizer Howmedica, Rutherford, NJ	N/A
Adson Tissue Forceps	ASSI, Westbury, NY, USA	MTK-6801226
Bipolar electrode cables	Grass Instrument, Quincy, MA	N/A
Bipolar stimulator device	Grass SD9, Grass Instrument, Quincy, MA	N/A
Cotton-tip Applicators	Cardinal Health, Waukegan, IL, USA	C15055-006
Curved Mosquito forceps	ASSI, Westbury, NY, USA	MTK-1201112
Force Transducer MDB-2.5	Transducer Techniques, Temecula, CA	N/A
Gauze Sponges 4×4	Covidien, Mansfield, MA, USA	2733
Ground cable	Grass Instrument, Quincy, MA	N/A
Isoflurane chamber	N/A	N/A	Custom-made
Ketamine	Ketalar, Par Pharmaceutical, Chestnut, NJ	42023-115-10
LabView Software	National Instruments, Austin, TX
Loop	N/A	N/A	Custom-made
Microsurgical curved forceps	ASSI, Westbury, NY, USA	JFA-5B
Microsurgical scissors	ASSI, Westbury, NY, USA	SAS-15R-8-18
Microsurgical straight forceps	ASSI, Westbury, NY, USA	JF-3
Retractor	ASSI, Westbury, NY, USA	AG-124426
Scalpel Blade No. 15	Bard-Parker, Aspen Surgical, Caledonia, MI, USA	371115
Slim Body Skin Stapler	Covidien, Mansfield, MA, USA	8886803512
Subminiature electrode	Harvard Apparatus, Holliston, MA	N/A
Surgical Nerve Stimulator	Checkpoint Surgical LCC, Cleveland, OH, USA	9094
Terrell Isoflurane	Piramal Critical Care Inc., Bethlehem, PA, USA	H961J19A
Testing platform	N/A	N/A	Custom-made
Tetontomy Scissors	ASSI, Westbury, NY, USA	ASIM-187
Traceable Big-Digit Timer/Stopwatch	Fisher Scientific, Waltham, MA, USA	S407992
USB-6009 multifunctional I/O data acquisition (DAQ) device	National Instruments, Austin, TX	779026-01
Vacuum Base Holder	Noga Engineering & Technology Ltd., Shlomi, Isreal	N/A	Attached clamp is custom-made
Weight (10 g)	Denver Instruments, Denver, CO, USA	820010.4
Weight (20 g)	Denver Instruments, Denver, CO, USA	820020.4
Weight (50 g)	Denver Instruments, Denver, CO, USA	820050.4
Xylazine	Xylamed, Bimeda MTC Animal Health, Cambridge, Canada	1XYL002