Summary
Farelerde bilateral brakiyal pleksus sinirlerinin prespinal yolla doğrudan anastomoz protokolünü oluşturmak için klinik cerrahiyi simüle ettik ve merkezi ve periferik sinir sistemi yaralanmalarından sonra çapraz sinir transferi üzerine rehabilitasyonun altında yatan nöral mekanizmaların çalışmasına katkıda bulunduk.
Abstract
Çapraz sinir transferi cerrahisi, brakiyal pleksus avulsiyon yaralanması olan hastalarda yaralı üst ekstremitelerin onarımı için güçlü bir yaklaşım olmuştur. Son zamanlarda, bu ameliyat beyin hasarının klinik tedavisinde yaratıcı bir şekilde uygulanmış ve felçli kolun önemli ölçüde rehabilitasyonunu sağlamıştır. Ameliyat sonrası bu fonksiyonel iyileşme, periferik sensorimotor müdahalenin beyin hasarından sonra fonksiyon kaybını telafi etmek için derin nöroplastisiteyi indüklediğini düşündürmektedir; Bununla birlikte, altta yatan nöral mekanizma tam olarak anlaşılamamıştır. Bu nedenle, acil bir klinik hayvan modeli gereklidir. Burada, farelerde prespinal yolla bilateral brakiyal pleksus sinirlerinin doğrudan anastomoz protokolünü oluşturmak için klinik cerrahiyi simüle ettik. Nöroanatomik, elektrofizyolojik ve davranışsal deneyler, bu farelerin transfer edilen sinirlerinin, bozulmuş ön ayağı başarılı bir şekilde yeniden canlandırdığını ve beyin hasarından sonra motor iyileşmeyi hızlandırmaya katkıda bulunduğunu belirlemeye yardımcı oldu. Bu nedenle, fare modeli, santral ve periferik sinir sistemi yaralanmalarından sonra çapraz sinir transferi ile rehabilitasyonun altında yatan nöral mekanizmaları ortaya koymuştur.
Introduction
Brakiyal pleksus (BP), kol, el ve parmaklarda duyu ve hareketten sorumlu farklı omurga segmentlerine (C5-T1) sahip beş sinirden oluşur. Bu beş BP sinirinin omurilikten çıkmasından sonra, üç sinir gövdesi oluşturmak üzere birleşirler: superior (C5 ve C6'nın birleşmesiyle oluşur), medial (C7'den) ve inferior (C8 ve T1'in dalları). Özellikle trafik kazalarına bağlı ciddi yaralanmalar sıklıkla BP sinir köklerinin avülsiyonuna yol açar ve bu işlev bozukluğu hastalar üzerinde yıkıcı bir etkiye sahiptir1. Güçlü bir klinik yaklaşım olarak, yaralanan sinir uçlarını BP'nin sağlıklı tarafına yeniden bağlayarak BP'ye avulsiyon yaralanmalarını onarmak için çapraz sinir transferi cerrahisi yapılmıştır 2,3. Bu ameliyat, yaralı ellerin fonksiyonel iyileşmesi ve her iki hemisferde sensorimotor korteksin doğrudan yeniden düzenlenmesi ile sonuçlanır4. Hayvan çalışmaları, sinir transferini geçtikten sonra kortikal devrelerde şiddetli yeniden yapılanmanın indüklendiğini ortaya koymuştur5. Periferik sensorimotor modifikasyon, olgun beynin hareketsiz plastisitesini yeniden aktive edebildiğinden, çapraz sinir transferi cerrahisi de beyin yaralanmalarını onarmada büyük potansiyel sergiler6.
Son zamanlarda, merkezi sinir sistemi ile ilgili problemler için yeni bir periferik sinir değişikliği stratejisi olarak çapraz sinir transferinin yaratıcı kullanım olasılığını doğruladık. Beyin hasarı sonrası hastada C7 sinirinin felçli olmayan taraftan felçli tarafa aktarılarak felçli kolun belirgin fonksiyonel iyileşmesini sağlamak için bir tür geçiş siniri transferi ameliyatı olan kontralateral servikal yedinci sinir transferi (CC7) uygulandı7. Bu cerrahi operasyonun benzersiz bir özelliği, felçli üst ekstremitenin duyusal ve motor sinyallerinin "sol-sağ çaprazlama" yer değiştirmiş sinir yoluyla kontralezyonel hemisfere iletilmesidir. Özellikle, CC7 cerrahisinin neden olduğu fonksiyonel iyileşme, C7 sinirinin kendisinin innerve ettiği fonksiyonla sınırlı değildir8. Ek olarak, CC7 cerrahisi sadece serebral palsili çocukları tedavi etmek için değil, aynı zamanda orta yaşlı ve yaşlı inme hastalarında rehabilitasyon sağlamak için de kullanılabilir. Bu nedenle, çapraz sinir transferinin, periferik sensorimotor sistemi modüle ederek beyin hasarından motor iyileşmeyi hızlandırmak için nöroplastisiteyi uyarabileceğine inanmak için yeterli neden vardır.
Çapraz sinir transferi cerrahisi hem brakiyal pleksus yaralanmalarının (BPI) hem de beyin yaralanmalarının klinik tedavisinde önemli bir rehabilitasyon sağlamış olsa da, bu cerrahinin altında yatan nöral mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır. Klinik özelliklere sahip uygun bir hayvan modelinin olmaması, iç mekanizmaların incelenmesini kısıtlamıştır. Geleneksel olarak, klinikte, C7 sinir kökü lezyonun kontralaterali bir sinir grefti (örneğin, ulnar sinir, sural sinir veya safen siniri) yoluyla yaralı tarafa aktarılır ve etkilenen brakiyal pleksus (örneğin, median sinir, C7 kökü veya alt gövde) ile bağlantılıdır2,3,9. Bu ameliyatın nispeten yeni bir modifikasyonu, etkilenmemiş C7 kökünün, herhangi bir boşluk olmaksızın prespinal yol yoluyla doğrudan etkilenen C7 sinirine aktarılmasını içerir ve bu da optimal bir çözümönerir 7. Şu anda, fareler hücre tipi özgüllüğü ve genetik suş çeşitliliğinde bir avantaj sergilemektedir ve nörofizyolojik mekanizmaları incelemek için daha uygundur. Bu nedenle, farelerde bilateral C7 sinir köklerinin prespinal yolla doğrudan anastomozu için bir protokol oluşturmak ve çapraz sinir transferi üzerine rehabilitasyonun altında yatan nöral mekanizmaların incelenmesine katkıda bulunmak için klinik cerrahi simüle edildi.
Protocol
Tüm hayvan deneyleri, Fudan Üniversitesi Deney Hayvanları Kurumsal Bakım Komitesi ve Çin Bilim Akademisi tarafından Ulusal Sağlık Enstitüsü yönergelerine uygun olarak onaylanmıştır. Sekiz haftalık yetişkin erkek C57BL/6N fareler kullanıldı.
1. Ameliyat öncesi kurulum
- Otoklavlanmış sterilize edilmiş cerrahi aletler, ekipmanlar, analjezik ilaçlar ve anestezik ilaçlardan oluşan uygun bir stok sağlayın.
- Ameliyat masasında yeterli çalışma alanı sağlayın.
- Fare için yatak olarak bebek bezi kaplı özelleştirilmiş bir cerrahi köpük levha kullanarak ameliyat masasını hazırlayın. Steril gazlı bezle kaplı tıbbi bantla köpük levhaya bir ısıtma pedi sabitleyin.
- Vasküler forseps kullanarak bir akupunktur iğnesini bükerek, ikiye katlayarak ve ardından katlanmış akupunktur iğnesinin ucunu bir kancaya bükerek ekartörler oluşturun. Akupunktur iğnesinin ucuna bir lastik şerit sabitleyin ve lastik şeridin ucunu köpük levhaya sabitlemek için bir raptiye kullanın.
- Stereomikroskobu kalibre edin; Yeterli odak mesafesine sahip bir stereomikroskop seçin. Cerrahın operasyon sırasında ayarlamasına izin vermek için yakınlaştırma/odaklama düğmelerini sterilize edilmiş alüminyum folyo ile kapatın. Sterilize edilmiş alüminyum folyo, cerrahın steril eldivenlerle kullanmasına izin veren yakınlaştırma / odaklama düğmelerine yerleştirildi.
2. Fare anestezisi ve hazırlanması
- Fareyi tartın ve vücut ağırlığına karşılık gelen anestezi uygulayın (izofluran% 3). Anestezi derinliğini doğrulamak için pençesinin interdigital boşlukları sıkıştığında farenin yanıt vermediğinden emin olun. İşlem boyunca yeterli anestezi derinliği korunmalıdır (% 1 izofluran).
- Ameliyat sırasında korneanın tahriş olmasını veya kurumasını önlemek için gözlere iki taraflı olarak oftalmik merhem uygulayın.
- Boyun ve göğsündeki kürkü otomatik bir makasla tıraş ederek ameliyat bölgesini hazırlayın. Gevşek saçları çıkarın ve temizleyin.
- Fareyi steril gazlı bezle kaplı ısıtma pedine sırtüstü pozisyonda yerleştirin. Tüm çalışma boyunca farenin sıcaklığını 37 °C'de tutun. Ön ayakların yatay olarak kaçmasına neden olmak ve arka bacakların ve kuyruğun hareket etmesini önlemek için fareyi tıbbi bantla sabitleyin. Farelerin üzerine uygun açıklığa sahip sterilize edilmiş tek kullanımlık bir cerrahi örtü yerleştirildi.
3. Operatif prosedür
- Önleyici analjezi olarak tramadol enjekte edin (20 mg / kg, ip). Köprücük kemiğinin üst kenarındaki enine insizyonu işaretleyin. Cerrahi bölgeyi dezenfekte etmek için üç döngü alternatif iyodofor dezenfeksiyon solüsyonu ve etanol fırçalayın. Ameliyattan önce anestezi derinliğini bir ayak parmağı tutamıyla onaylayın.
- Mikroskop altında çalışarak, steril bir neşter kullanarak işaret boyunca 4 mm'lik enine bir kesi yapın. İşlem sırasında kesiyi gerektiği gibi büyütün.
- Deri altı fasyadan künt bir şekilde diseksiyon yapın ve submandibular bezin alt sınırını tanımlayın. Supraklaviküler fossa ve sternumu ortaya çıkarmak için submandibular bezi yukarı doğru çekin.
NOT: Bu bölgede küçük kalibreli kan damarları olabilir. Kanamayı durdurmak için elektrokoter kullanılabilir. - Sternumu orta hat boyunca baştan kuyruğa doğru keserek kısmi median sternotomi insizyonu (~4 mm) yapın. Sternotomi sırasında akciğer zarını, kalbi ve kan damarlarını koruyun.
- Sternohyoid kası tanımlayın. Akupunktur iğnelerinden yapılmış iki küçük özelleştirilmiş ekartör ile sternumu nazikçe çekin ve trakea ve yemek borusu üzerindeki sternohyoid kası tanımlayın. Karotis arteri, iç juguler veni, frenik siniri, vagus sinirini, trakeayı ve yemek borusunu ortaya çıkarmak için bu kası geri çekin.
NOT: Açık pnömotoraksı önlemek için sternumu yavaşça geri çekin. İnsanlardan farklı olarak, farenin yemek borusu soluk borusunun arkasında değil, sol tarafta soluk borusuna bitişiktir. - Sol brakiyal pleksusu tanımlayın. Sol iç juguler venin lateral kenarında, brakiyal pleksusu ortaya çıkarmak için fasya ve yağ dokusunu dışa doğru çekin. Üç dalı olan C5 ve C6 sinirlerinden oluşan üstün gövdeyi arayın. C7 sinirinden oluşan orta gövdeyi ve C8 ve T1 sinirlerinden oluşan alt gövdeyi, üst gövde boyunca farenin kuyruğuna kadar tanımlayın.
NOT: Brakiyal pleksusun yüzeyinde uzunlamasına kan damarları vardır. Kanamayı önlemek için elektrokoter kullanın. Sol brakiyal pleksusu ayırırken, şilöz bir fistülden kaçınmak için şilöz kanalı koruyun. - Sol C7 sinirini toplayın. Orta gövdenin (C7 siniri) ön bölümünü ve arka bölümünü, klavikula altındaki kord seviyesine distal olarak diseksiyon yapın ve sinir gövdesine lokal infüzyon yoluyla C7 sinirini 0.1 mL% 2 lidokain ile bloke edin. C7 sinirini, lateral kord ve arka kord ile birleşme noktalarında vannas yaylı makasla rezeke edin. C7 sinirini, her bölümün uzunluğu benzer olacak şekilde kesin.
NOT: C7 sinirinin ön ve arka bölümleri ile üst ve alt gövdelerin ön ve arka bölümleri birleşmeden önce uzun bir mesafe boyunca uzanır, bu nedenle C7 siniri rezeksiyondan önce yeterince serbest bırakılmalıdır. Aslında, C7 siniri her zaman iki bölüme ayrılmaz; Bazen, nadir durumlarda üçe, hatta dörde bölünür. - Sol C6 lamina ventralis'i çıkarın. Frenik siniri dikkatlice koruyun ve C7 sinir kökünü ortaya çıkarmak için ön skalen kasını C6 segmenti seviyesinde şiddetlendirin. Paraspinal kası mikroforseps ile innerve eden C7 sinirinin küçük dallarını kesin. C7 sinirini nazikçe dışarı çekin ve C6 lamina ventralis'i dikkatlice çıkarın.
NOT: Sol karotis arterin medial tarafı ile yemek borusunun lateral tarafı arasında kemiksi bir çıkıntı vardır. Bu kemik çıkıntısı 6. servikal vertebraların lamina ventralis'idir. C6 lamina ventralisin lateral kenarının uzunlamasına kası anterior skalen kasıdır ve frenik sinir anterior skalen kasının yüzeyinde çalışır. - Doğru C7 sinirini toplayın. Sağ taraftaki ön skalen kasını sol tarafa benzer şekilde şiddetlendirin ve sağ C7 sinir kökünü intervertebral foramenlere yakın bir yere kesin. Sağ C7 sinirini bölünme seviyesinden diseke edin.
NOT: Sinirin altındaki kan damarlarına zarar vermemek için sağ C7 sinirini dikkatlice kesin. - Sol C7 sinirini aktarın.
- Kısmen her iki taraftaki vertebral gövdelerin yanındaki kas longus kollisini çıkarın. Trakea-özofagus ve vertebral gövde arasındaki boşluğu künt bir şekilde ayırın ve genişletin.
- Yarım kat 5-0 naylon sütürleri omur gövdesinin sağ tarafından sol tarafa prespinal yoldan gönderin.
- Sol C7 sinirini bir infüzyon tüpü ile bağlayın ve siniri prespinal yoldan sağ tarafa yönlendirin.
- Soluk borusu ve yemek borusunu nazikçe geri çekin ve sol C7 sinirinin ön ve arka bölümlerini 12-0 Naylon sütürler kullanarak gerginlik olmadan sağ C7 sinir köküne yerleştirin. Sinirleri güçlü bir şekilde koaptasyon yapmak için sinirlerin etrafındaki epinöryumu 4-5 dikişle dikin.
NOT: Uygun kalınlıkta bir plastik infüzyon tüpü seçmek çok önemlidir. Çok ince bir tüp sinire zarar verebilir ve çok kalın bir tüp trakea ve yemek borusuna zarar verebilir. Ek olarak, trakea-özofagus ile vertebral gövde arasındaki boşluk "V" şeklinde bir boşluktur ve kas longus kolisinin bir kısmının kesilmesi transfer yolunu kısaltabilir.
4. Yara kapanması
- Yarayı steril normal salinle yıkayın ve steril gazlı bezle kurulayın.
- Sternumu dikin ve 5-0 monofilament dikişler kullanarak cildi kapatın.
5. Ameliyat sonrası bakım
- Farenin anesteziden uyanmasını bekleyin. Fareyi yatak malzemesi olmayan, ancak ısıtma battaniyesi ile ısıtılmış temiz bir kafese aktarın. Fareyi yürüyene kadar gözlemleyin. Postoperatif analjezi olarak tramadol (20 mg / kg, i.p.) kullanın.
- Fareleri bir kurtarma kafesine yerleştirin ve iyileşene kadar izleyin. Ameliyattan sonra farelerin suyunu ve diyetini geri yükleyin. Yetersiz beslenme, kambur duruş ve fırfırlı kürk dahil olmak üzere her gün bozulma veya enfeksiyon belirtileri açısından fareleri ameliyat sonrası izleyin. Ameliyattan iki hafta sonra dikiş alınmalıdır.
NOT: Eritromisin merhemini art arda üç gün boyunca her gün yara yüzeyine uygulayın. - Yara ödemi gibi herhangi bir komplikasyon gözlenirse, bu derhal çözülmelidir.
6. Davranış analizi
NOT: Tüm davranışsal testler ve analizler, deney gruplarına kör olan bir gözlemci tarafından yapılmıştır.
- Silindir testi
NOT: Silindir testi, ameliyattan 4 ve 8 hafta sonra bir silindir içinde spontan dikey eksplorasyon sırasında ön ayakların kullanımını değerlendirir21.- Fareleri yükseltilmiş bir çerçeve üzerinde şeffaf bir silindire (çap 9 cm, yükseklik 15 cm) yerleştirin.
- Gözlem ve kaydı kolaylaştırmak için, silindirin altına 45°'lik bir açıyla bir ayna sabitleyin.
- 10 dakika boyunca ayna yardımıyla gözlemlenen her farenin kendiliğinden büyümesini kaydedin.
- (i) sağ pençenin, (ii) sol pençenin veya (iii) her iki pençenin cam duvarlara temas ettiği süreyi manuel olarak belirleyin. Her seansta toplam 20 hareket sayın. Test sırasında aktif olmayan fareleri analizden hariç tutun.
- Test performansını şu şekilde puanlayın:
- Izgara yürüyüşü testi
NOT: Izgara yürüyüşü testi, ameliyattan 4 ve 8 hafta sonra spontan eksplorasyon sırasında ön ayakların bir ızgaranın basamaklarına doğru yerleştirilmesini değerlendirir. 22.- Fareleri 25 mm kare delikli bir tel ızgaraya (20 cm x 24 cm) yerleştirin ve performanslarını bir video kamerayla kaydederken 10 dakika boyunca özgürce keşfetmelerine izin verin.
- Aşağıdakilerden herhangi birinin olması durumunda bir ayak kayması yapın:
- Pençenin bir basamağı tamamen kaçırdığı durumları arayın (bu durumda uzuv basamaklar arasına düşer ve hayvan dengesini kaybeder).
- Pençenin bir basamağa doğru bir şekilde yerleştirildiği, ancak vücut ağırlığını taşırken kaydığı durumları arayın.
- Test sonucunu sağ ön ayaktan ayak kayması / total ayak kayması olarak ifade edin. Ne silindir testi ne de ızgara yürüyüşü testi eğitim gerektirmese de, ameliyattan önce her hayvanı bir kez test ederek temel puanlar elde edin.
Representative Results
Tek taraflı beyin hasarı, yetişkinlerde telafi edici nöral plastisitenin sınırlamaları nedeniyle sıklıkla kontralateral ekstremitenin kalıcı işlev bozukluğuna neden olur10,11. Daha önce, CC7 cerrahisinin beyin hasarı sonrası yetişkin hastalarda hemiplejik üst ekstremiteleri tedavi etmek için kullanılabileceğini bildirmiştik7. Prespinal yoldan bilateral C7 sinirlerinin direkt anastomoz protokolündeki etkinliğini değerlendirmek için, tek taraflı travmatik beyin hasarını (TBH) takiben farelerde çapraz sinir transferi cerrahisi gerçekleştirdik. Şekil 1, TBI prosedürlerini açıklar ve hasar aralığını ve etkisini doğrular. İlk olarak, yetişkin farelerde sol hemisferin serebral korteksine (anteroposterior = +1.0 mm ila -2.0 mm, mediolateral = 0.5 mm ila 3.5 mm) tek taraflı beyin hasarına neden olmak için bir elektrikli kortikal kontüzyon çarpma tertibatı (eCCI) kullanıldı. 2 hafta sonra, anatomik yapılar, bu TBI protokolünün hareketleri başlatmak için önemli bir yer olan sensorimotor korteksi neredeyse yok ettiğini doğruladı. Tek taraflı TBH'li bu fareler, sağ ön ayakta önemli motor kusurları sergiledi.
Şekil 2 , CC7 prosedürlerini açıklamaktadır. CC7 cerrahisinin yol diyagramı, prespinal yolu temsil eden A yolunun diğerlerine göre en kısa yaklaşım olduğunu ortaya koydu. A yolunun uzunluğu, sol taraftaki (felçsiz taraf) hasat edilen C7 sinirinin uzunluğundan bile daha düşüktür. Bu bulgu, sinir transferi ameliyatını tamamlamak için prespinal yolun seçiminin anatomik temelini sağlamıştır. CC7 cerrahisi, TBH'den iki hafta sonra prespinal yoldan direkt anastomozda yapıldı. Felçli olmayan taraftaki servikal 7 (C7) siniri, orijinal beyin bağlantılarını yapmak yerine doğrudan felçli tarafa aktarıldı. Şekil 3 , transfer edilen C7 sinirinin başarılı bir şekilde yenilendiğini ortaya çıkaran elektron mikroskobunun sonuçlarını göstermektedir. Transfer edilen C7 sinirinin miyelin kılıf kalınlığı, CC7 ameliyatından 4 hafta sonra başlayarak kademeli olarak arttı ve CC7 ameliyatından 8 hafta sonra kontrol grubundakiyle neredeyse karşılaştırılabilirdi. Şekil 4 , elektromiyografik kayıtlar kullanılarak transfer edilen C7 sinirinin kas reinnervasyonunu tanımlar. C7 sinir anastomozunun proksimal ucunun elektriksel olarak uyarılması, elektron mikroskobu sonuçlarıyla uyumlu olarak, postoperatif 4 hafta sonra etkilenen ön ayağın çoklu kalarında stabil olarak aksiyon potansiyellerini indükledi. Şekil 5 , transfer edilen C7 sinirinin, kolera toksin alt birimi B (CTB) retrograd etiketlemesi yoluyla sağlıklı tarafta ventral boynuzdan motor lifleri ve omurilik C7 segmentinin dorsal kök gangliyonlarından duyusal lifler içerdiğini göstermektedir.
Şekil 6 , fare modelinin, klinik çalışmaların sonuçlarıyla tutarlı olarak, tek taraflı TBH'den sonra önemli motor iyileşme sergilediğini göstermektedir. CC7 cerrahisinin TBH sonrası yaralı motor fonksiyonun iyileşmesi üzerindeki etkisini doğrulamak için bir TBI + Sham grubu ve bir Control + Sham grubu kuruldu. TBI + Sham grubundaki ve TBI + CC7 grubundaki fareler, TBI yaralanması için aynı prosedürleri aynı anda alırken, Control + Sham grubundaki farelere sadece sahte cerrahi uygulandı. TBI + CC7 grubundaki farelere sinir transferi cerrahisi uygulanırken, TBI + sham grubundaki farelere ve Control + Sham grubundaki farelere bilateral servikal 7 (C7) sinir rezeksiyonu uygulandı. Silindir testlerinde, TBI + CC7 grubu, CC7 ameliyatından sonraki hem 4 hem de 8 haftada TBI grubuna göre bozulmuş ön ekstremite kullanım oranı gösterdi (p < 0.01). Izgara yürüme testlerinde, TBI + CC7 grubu, CC7 ameliyatından 4 hafta sonra TBI grubundan daha düşük bir hata oranı gösterdi. Ayrıca, TBI + CC7 grubunun hata oranı, CC7 ameliyatından 8 hafta sonra TBI grubundan anlamlı olarak daha düşüktü (p < 0.05). Bu davranışsal sonuçlar, CC7 cerrahisinin TBI farelerinde etkilenen uzvun motor fonksiyonunu iyileştirebileceğini gösterdi. Birlikte, bu sonuçlar, CC7 cerrahisi ile prespinal yolla yeniden inşa edilen transfer edilen C7 sinirinin başarılı bir şekilde rejenere edildiğini ve bozulmuş ön ayağı yeniden innerve ettiğini ve tek taraflı TBH'li yetişkin farelerde motor restorasyona katkıda bulunduğunu göstermektedir.
Şekil 1: Tek taraflı travmatik beyin hasarının karakterizasyonu. (A) eCCI'da fare konumunu gösteren şema. (B) eCCI'nin parametreleri ve hasar aralığı. (C) Lezyonlu korteksi gösteren temsili koronal kesit (TBI'dan 2 hafta sonra, ölçek çubuğu = 500 μm). Kısaltma: eCCI = elektrikli kortikal kontüzyon çarpma tertibatı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Cerrahi temel diyagram. (A) TBI farelerinde kontralateral C7 sinir transferini gerçekleştirmek için deneysel tasarımı gösteren şematik diyagram. Kırmızı daire travmanın konumunu gösterir. Kesikli dikdörtgen içindeki kırmızı çift eğik çizgi, dikilmiş siniri gösterir. (B) Bir kesit, farelerde kontralateral C7 sinir transferinin üç alternatif yolunu gösterir. Yol A, mavi çizgi transfer edilen sinirin prespinal yolunu gösterir; Yeşil çizgi olan B yolu, transfer edilen sinirin pretrakeal yolunu gösterir; Kırmızı çizgi olan C yolu, transfer edilen sinirin deri altı tünelini gösterir. (C) Grafik, (B)'deki yolların uzunluğunu ve hasat edilen C7 sinirini gösterir. A yolunun uzunluğu (3.3 ± 0.10 mm), hasat edilen C7 sinirinin uzunluğundan (4.05 ± 0.11 mm; * p < 0.05, tek yönlü varyans, her grupta n = 20) anlamlı olarak daha düşüktü. C yolunun uzunluğu (14.15 ± 0.20 mm), hasat edilen C7 sinirininkinden anlamlı olarak daha büyüktü (*** p < 0.001, tek yönlü varyans analizi, her grupta n = 20). B yolunun uzunluğu 4.2 ± 0.08 mm (n=20) idi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Sinirin bir kesitinin elektron mikroskobu analizi. (A,B) Kontrol farelerinde sinirin görüntüleri. Ölçek çubuğu = 5 μm (A) ve 1 μm (B). (C,D) Ameliyattan bir ay sonra rejenere sinirin görüntüleri. Ölçek çubuğu = 5 μm (C) ve 1 μm (D). (E, F) Ameliyattan beş ay sonra bir noktada rejenere sinirin görüntüleri. Ölçek çubuğu = 5 μm (E) ve 1 μm (F). (G, H) Ameliyattan iki ay sonra rejenere sinirin görüntüsü. Ölçek çubuğu = 5 μm (G) ve 1 μm (H). A, C, E ve G büyütme, 2.000x; B, D, F ve H büyütme, 15.000x. (I) G-oranı (miyelin kılıfının iç çapının dış çapına oranı) kontrol grubu örneklerinde 4 haftalık örneklere göre daha düşüktür ve ameliyattan 6-8 hafta sonraki örneklere eşittir (***: p < 0.001; t-testi ile farklı grup aksonlarında karşılaştırma; her grupta n = 3 fare). Kısaltmalar: CC7= kontralateral servikal yedinci sinir transferi; CC7-XW = Ameliyattan X hafta sonra. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Kontralateral C7 sinir transferinden sonra yapılan elektromiyografi analizi, sinir rejenerasyon hızını gösterir. (A) Elektronik transfer stimülasyonunu ve in vivo elektromiyografi kaydını gösteren şematik diyagram. Stimülasyon yoğunluğu test boyunca aynıydı (2 mA). Stimülasyon bölgesi, anastomozun proksimalindeki C7 siniridir. (B, C) Ameliyattan iki hafta (B) ve dört hafta (C) sonra pektoralis majörde kaydedilen aksiyon potansiyelini gösteren fotoğraflar. (D, E) EMG ameliyat sonrası 4 hafta (D) ve 8 hafta (E) ekstansör digitorumda kaydedildi. (F) Üç haftada, triseps brachii'de CMAP'ler ortaya çıktı. (G) Dört ve sekizinci haftalarda, triceps brachii'nin CMAP'leri arttı. (H) Pektoralis majörünün ortalama genliği 4 haftada ~ 0.25 mV ± 0.16 mV'ye 8 haftada 0.45 mV ± 0.03 mV'a ulaştı ve iki zaman noktası arasında anlamlı bir fark gösterdi (*** p < 0.001, t-testi, her grupta n = 6). (I) Triceps brachii'nin ortalama genliği 4 haftada ~ 0.15 mV ± 0.01 mV'ye ulaşırken, 8 haftada 0.46 mV ± 0.02 mV'a ulaştı ve iki zaman noktası arasında anlamlı bir fark gösterdi (***: p < 0.001, t-testi, her grupta n = 6). (J) Ekstansör digitorumun ortalama genliği 4 haftada ~ 0.11 mV ± 0.01 mV'ye ulaşırken, 8 haftada 0.29 mV ± 0.02 mV'a ulaştı ve iki zaman noktası arasında anlamlı bir fark gösterdi (***: p < 0.001, t-testi, her grupta n = 6). Kısaltmalar: EMG = elektromiyografi; CMAP = bileşik kas aksiyon potansiyeli. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Transfer edilen C7 sinirinin motor ve duyusal nöronlarının CTB retrograd işaretlemesi. (A-C) CC7 ameliyatından 4 hafta sonra C7 sinir anastomozunun distal ucuna CTB enjekte edildi. (Bir) Duyusal nöronlar DRG için etiketlendi. (B, C) Transfer edilen C7 sinirinin motor nöronları spinal anterior korna için işaretlendi. Büyütme, 20x. Ölçek çubuğu = 200 μm (A, B); 100 μm (C). Kısaltmalar: CTB = kolera toksini alt birimi B; DRG = dorsal kök ganglionu; DAPI = 4′,6-diamidino-2-fenilindol. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: CC7 ameliyatı sonrası davranış değişiklikleri. (A) Görüntüler farelerin silindir testini göstermektedir. (B) CC7 transferinin ameliyattan 4 hafta ve 8 hafta sonra TBI fareleri (n = 6 fare) üzerindeki etkisini gösteren özet grafik. p = 0.001; Eşleştirilmemiş t-testi. Bozulmuş ön ayağın ortalama kullanımı Kontrol + Sham grubunda %54.17 ± %3.01 iken, TBI + Sham grubunda %22.5 ± %2.14; CC7 ameliyatından 4 hafta sonra TBI + CC7 grubunda %35.83 ± %2.39, anlamlı bir fark olduğunu gösterir (tek yönlü ANOVA; p < 0.05, her grupta n = 6). CC7 transferinden 8 hafta sonra, kullanım Kontrol + Sham grubunda, TBI + Sham grubunda ve TBI + CC7 gruplarında sırasıyla% 53.33 ±% 3.80,,% 24.17 ±% 3.01 ve% 40.00 ±% 1.83 idi, anlamlı bir fark (*p < 0.05, tek yönlü ANOVA, n = 6 her grupta). (C) Görüntüler ızgara yürüme testini gösterir. (D) Grafik, TBI + Sham grubunda bozulmuş ön ayağın ortalama hata oranlarının %85.41 ± %1.59 (n=6) olduğunu, TBI + CC7 grubunda %80.17 ± %2.19'a (n=6) eşit olduğunu ve her ikisinin de Kontrol + Sham grubundan (%50.99 ± %11.69) daha fazla olduğunu göstermektedir. Ameliyattan 8 hafta sonra, TBI + CC7 grubundaki hata oranı% 76.87 ± 1.07 (n = 6) idi, bu da TBI + Sham grubundan (% 83.06 ±% 1.41; p < 0.05, tek yönlü ANOVA, n = 6 her grupta). Kısaltmalar: CC7= kontralateral servikal yedinci sinir transferi; TBI = travmatik beyin hasarı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Discussion
Klinikte, brakiyal pleksus avulsiyon yaralanması olan hastaları ve inme ve TBI 7,9,12 gibi beyin hasarından sonra çapraz sinir transferi cerrahisi kullanılmıştır. Özellikle, beyin hasarı, epilepsi, beyin fıtığı ve enfeksiyon dahil olmak üzere çeşitli komplikasyonlara yol açabilen ciddi bir nörolojik durumdur13. Tek taraflı beyin hasarı olan tüm hastalar CC7 ameliyatı için uygun değildir. Genel olarak, kronik evrede (yaralanmadan 6 ay sonra) santral hemiplejisi olan hastalarda, beyin ödeminin etkisinden mümkün olduğunca kaçınmak için CC7 ameliyatı yapılmıştır. Beyin yaralanmaları sonrası kognitif bozukluk ve kuadripleji hastaları CC7 cerrahisi tedavisinin dışında tutulur.
Çoğu çalışma, kontralateral C7 sinir kökünü transfer etmek için subkutan bir yaklaşım ve sural veya ulnar sinir grefti anastomozu kullandığını bildirmiştir14,15. Bununla birlikte, bu tür yöntemlerle sinir rejenerasyonu altı ay gerektirir, bu da motor iyileşme sürecini engelleyebilir ve hatta beyin plastisitesini potansiyel olarak etkileyebilir14. Önceki çalışmalarda, sıçanlarda kontralateral C7 transferi yapıldı ve bilateral C7 siniri, interpozisyonel otogreftli sural sinirin 4 ipliği aracılığıyla kullanıldı. Bununla birlikte, farelerde prespinal yolla C7 sinir transferi bildirilmemiştir. Farelerde modifiye prespinal yolun CC7 cerrahisini uyguladık ve C7 sinir transferinden sonra fonksiyonel iyileşme hızını doğruladık. Bu çalışmada, prespinal yoldan kontralateral C7 sinir transferi, ameliyattan bir ay sonra felçli uzuv fonksiyonunu iyileştirdi ve sinir greftli hayvan modelinin daha kısa iyileşme süresini yansıttı. Bu nedenle, bu model klinik durumları tam olarak simüle edebilir ve daha ileri deneyler için temel oluşturabilir.
Sinir kökünün nasıl kesileceği ve riskin nasıl azaltılacağı C7 transferi için önemli konulardır. İnsanlardan farklı olarak, farenin brakiyal pleksusu göğüste klavikula 5,16'nın altında bulunur. Bu nedenle, erişim stratejisinin C7 sinirinin ve omurganın kökünün gözlemlenmesine izin verecek şekilde değiştirilmesi gerekiyordu17. Sternotomi güvenli ve etkili bir operatif yaklaşımdır ve kardiyotorasik cerrahide fare deneylerinde yaygın olarak uygulanır18,19. C6 lamina ventrali de sinirlerin aktarılmasına engel teşkil eder. Bu nedenle, transfer mesafesini kısaltmak için C7 sinir kökünü incelemek ve C6 lamina ventralini kesmek için sternotomi ameliyatı yapıldı.
Prespinal yol, sinir transferi cerrahisinin doğrudan anastomozunun başarı oranını önemli ölçüde artırabilse de, tüm fareler doğrudan anastomoz edilemez. Bu, esas olarak bu farelerdeki anatomik farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Orta gövde (C7 siniri), intervertebral foramenlere çok yakın bir yerde üst veya alt gövde ile birleşir. Bu nedenle, hasat için mevcut olan C7 sinirlerinin uzunluğu yetersizdir. Şu anda, tek yaklaşım sinir nakli veya farelerin değiştirilmesidir. Bu model tipik olarak 8 haftalık farelerde (20-25 g) kullanılır, çünkü fareler olgundur ve C7 sinirleri ele alınabilecek yeterli boyuttadır. Bu cerrahi protokol genç fareler için de geçerli olsa da, genç farelerde operasyonun zorluğu önemli ölçüde artacaktır.
TBI + CC7 grubundaki farelerin ön ayak motor fonksiyonu bir ay ve iki ayda önemli ölçüde artmıştır, bu da transfer edilen C7 sinirinin bozulmuş ön ayağın iyileşmesine katkıda bulunduğunu düşündürmektedir. Remiyelinasyon, fonksiyonel nöral iyileşme için kritik öneme sahiptir. Daha önce yapılan bir çalışma, yaralı sinirlerin miyelin kılıflarının bir ay sonra yenilendiğini gösterdi, bu sonuçlarla tutarlıolarak 20. Burada, aktarılan sinir yavaş yavaş olgunlaştı ve bu da davranış testi ile tutarlıydı. Sinir transferinden sonra fonksiyonel iyileşme oranını daha fazla test etmek için elektromiyografi kullanıldı. Sonuçlar, transfer edilen sinirin ameliyattan 4 hafta sonra etkilenen kası innerve ettiğini gösterdi. Özellikle, bu çalışma, çapraz sinir transferi ameliyatından sonra doğrudan anastomoz ile reinnervasyonun zaman noktasını belirleyen ilk çalışmadır.
Özetle, farelerde bilateral brakiyal pleksus sinirlerinin prespinal yolla doğrudan anastomozu için bir protokol oluşturmak için klinik cerrahiyi simüle ettik ve yer değiştiren sinirin işlevini doğruladık. Fare modeli, santral ve periferik sinir sistemi yaralanmalarından sonra çapraz sinir transferi ile rehabilitasyonun altında yatan nöral mekanizmaların aydınlatılmasına katkıda bulunmuştur.
Disclosures
Yazarların beyan edecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Acknowledgments
Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (82071406, 81902296 ve 81873766) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1 mL syringe | KDL | K-20200808 | |
| 12-0 nylon sutures | Chenghe | 20082 | |
| 5-0 silk braided | MERSILK,ETHICON | QK312 | |
| 75% ethanol | GENERAL-REAGENT | P1762077 | |
| Acupuncture needle | Chengzhen | 190420 | Use for making retractors |
| Automatic clipper | Codos | CHC-332 | |
| C57BL/6N mice | SLAC laboratory (Shanghai) | C57BL/6Slac | |
| Electrocautery | Gutta Cutter | SD-GG01 | |
| Erythromycin ointment | Baiyunshan | H1007 | |
| Iodophor disinfection solution | Lionser | 20190220 | |
| Medical tape | Transpore,3M | 1527C-0 | |
| Micro needle holder | Chenghe | X006-202003 | |
| Micro-forceps | Chenghe | B001-201908 | |
| Micro-scissors | 66VT | 1911-2S276 | |
| Operating microscope | OLYMPUS | SZX7 | |
| Ophthalmic scissor | Chenghe | X041D1251 | |
| Pentobarbital sodium | Sigma | 20170608 | |
| Plastic infusion tube | KDL | C-20191225 | |
| Sterile normal saline | KL | L121021109 | |
| Vascular forceps | Jinzhong | J31020 | |
| Warming pad | RWD | 69027 |
References
- Aszmann, O. C., et al. Bionic reconstruction to restore hand function after brachial plexus injury: a case series of three patients. Lancet. 385 (9983), 2183-2189 (2015).
- Gu, Y., Xu, J., Chen, L., Wang, H., Hu, S. Long term outcome of contralateral C7 transfer: a report of 32 cases. Chinese Medical Journal. 115 (6), 866-868 (2002).
- Gu, Y. D., et al. Long-term functional results of contralateral C7 transfer. Journal of Reconstructive Microsurgery. 14 (1), 57-59 (1998).
- Feng, J. T., et al. Brain functional network abnormality extends beyond the sensorimotor network in brachial plexus injury patients. Brain Imaging and Behavior. 10 (4), 1198-1205 (2016).
- Stephenson, J. B. t, Li, R., Yan, J. G., Hyde, J., Matloub, H. Transhemispheric cortical plasticity following contralateral C7 nerve transfer: a rat functional magnetic resonance imaging survival study. The Journal of Hand Surgery. 38 (3), 478-487 (2013).
- Hübener, M., Bonhoeffer, T. Neuronal plasticity: beyond the critical period. Cell. 159 (4), 727-737 (2014).
- Zheng, M. X., et al. Trial of contralateral seventh cervical nerve transfer for spastic arm paralysis. The New England Journal of Medicine. 378 (1), 22-34 (2018).
- Spinner, R. J., Shin, A. Y., Bishop, A. T. Rewiring to regain function in patients with spastic hemiplegia. The New England Journal of Medicine. 378 (1), 83-84 (2018).
- Hua, X. Y., et al. Contralateral peripheral neurotization for hemiplegic upper extremity after central neurologic injury. Neurosurgery. 76 (2), 187-195 (2015).
- Robertson, C. S., et al. Effect of erythropoietin and transfusion threshold on neurological recovery after traumatic brain injury: a randomized clinical trial. Journal of the American Medical Association. 312 (1), 36-47 (2014).
- Skolnick, B. E., et al. A clinical trial of progesterone for severe traumatic brain injury. The New England Journal of Medicine. 371 (26), 2467-2476 (2014).
- Wang, G. B., et al. Contralateral C7 to C7 nerve root transfer in reconstruction for treatment of total brachial plexus palsy: anatomical basis and preliminary clinical results. Journal of Neurosurgery. Spine. 29 (5), 491-499 (2018).
- Wilson, L., et al. The chronic and evolving neurological consequences of traumatic brain injury. The Lancet. Neurology. 16 (10), 813-825 (2017).
- Hua, X. Y., et al. Enhancement of contralesional motor control promotes locomotor recovery after unilateral brain lesion. Scientific Reports. 6, 18784 (2016).
- Hua, X. Y., et al. Interhemispheric functional reorganization after cross nerve transfer: via cortical or subcortical connectivity. Brain Research. 1471, 93-101 (2012).
- Pan, F., Wei, H. F., Chen, L., Gu, Y. D. Different functional reorganization of motor cortex after transfer of the contralateral C7 to different recipient nerves in young rats with total brachial plexus root avulsion. Neuroscience Letters. 531 (2), 188-192 (2012).
- Yamashita, H., et al. Restoration of contralateral representation in the mouse somatosensory cortex after crossing nerve transfer. PLoS One. 7 (4), 35676 (2012).
- Tavakoli, R., Nemska, S., Jamshidi, P., Gassmann, M., Frossard, N. Technique of minimally invasive transverse aortic constriction in mice for induction of left ventricular hypertrophy. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (127), e56231 (2017).
- Melhem, M., et al. A Hydrogel construct and fibrin-based glue approach to deliver therapeutics in a murine myocardial infarction model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (100), e52562 (2015).
- Liu, B., et al. Myelin sheath structure and regeneration in peripheral nerve injury repair. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (44), 22347-22352 (2019).
- Overman, J. J., et al. A role for ephrin-A5 in axonal sprouting, recovery, and activity-dependent plasticity after stroke. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (33), 2230-2239 (2012).
- Yoshikawa, A., Nakamachi, T., Shibato, J., Rakwal, R., Shioda, S. Comprehensive analysis of neonatal versus adult unilateral decortication in a mouse model using behavioral, neuroanatomical, and DNA microarray approaches. International Journal of Molecular Sciences. 15 (12), 22492-22517 (2014).
