Methoden voor in vivo biomechanische tests op brachiale plexus in neonatale biggen
Summary
Hier zijn methoden om te presteren in vivo biomechanische testen op brachiale plexus in een neonataal Knorretje-model.
Abstract
Neonatale brachiale plexus parese (nbpp) is een stretch letsel dat optreedt tijdens het geboorte proces in zenuw complexen gelegen in de nek-en schouder gebieden, gezamenlijk aangeduid als de brachiale plexus (BP). Ondanks de recente vooruitgang in verloskundige zorg, het probleem van NBPP blijft een wereldwijde gezondheids druk met een incidentie van 1,5 gevallen per 1.000 levende geboorten. Meer ernstige vormen van deze verwonding kan leiden tot permanente verlamming van de arm van de schouder naar beneden. Preventie en behandeling van NBPP rechtvaardigt een goed begrip van de biomechanische en fysiologische reacties van pasgeboren BP zenuwen wanneer onderworpen aan stretch. De huidige kennis van de pasgeborene BP is geëxtreerd uit volwassen dier of cadaveric BP weefsel in plaats van in vivo neonataal BP weefsel. Deze studie beschrijft een in vivo mechanisch testapparaat en een procedure om in vivo biomechanische testen uit te voeren in neonatale biggen. Het apparaat bestaat uit een klem, Actuator, loadcel en camerasysteem die in vivo stammen en belastingen toepassen en bewaken totdat het defect is. Het camerasysteem maakt het ook mogelijk om de storings locatie tijdens ruptuur te bewaken. Over het algemeen zorgt de gepresenteerde methode voor een gedetailleerde biomechanische karakterisering van neonatale BP wanneer het wordt onderworpen aan stretch.
Introduction
Ondanks de recente vooruitgang in verloskunde, blijft het probleem van nbpp veroorzaakt door stretch letsel aan het BP-complex een wereldwijde gezondheids last, met een incidentie van 1,5 gevallen per 1.000 levende geboorten1,2. Geassocieerde risicofactoren kunnen maternale (d.w.z. overmatig gewicht, maternale diabetes, baarmoeder afwijkingen, geschiedenis van BP verlamming), foetale (d.w.z. foetale Macrosomie), of geboorte-gerelateerde (d.w.z., schouder DYSTOCIA, langdurige arbeid, geassisteerde bevalling met Tang of vacuümextractors, stuitligging presentatie3). Hoewel deze complicaties in bepaalde omstandigheden onvermijdelijk zijn, garandeert het voorkomen en behandelen van NBPP een goed begrip van de biomechanische en fysiologische reacties van de neonatale BP bij blootstellen aan stretch.
De gerapporteerde biomechanische studies op de BP hebben volwassen dieren en menselijk cadaverisch weefsel gebruikt en vertonen significante verschillen4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. De klinische relevantie van de biomechanische eigenschappen van het complex BP-weefsel rechtvaardigt een neonataal diermodel en een in vivo biomechanische testbenadering. Bovendien, beperkingen met het bestuderen van BP stretch letsel in gecompliceerde Real-World levering scenario’s verhoogt de afhankelijkheid van computermodellen die methoden die het mogelijk maakt onderzoek van de effecten van verschillende levering complicaties en technieken. De sleutel tot klinische relevantie van deze modellen is hun biogetrouwheid (mensachtige reactie). Beschikbare rekenmodellen van Gonik et al.16 en Grimm et al.17 vertrouwen op konijn en rat zenuwweefsel maar niet neonatale BP weefsel. Het uitvoeren van in vivo biomechanische testen in een klinisch relevant neonataal diermodel kan de kritieke kloof van niet-beschikbare neonatale BP-gegevens vullen.
De huidige studie beschrijft een in vivo mechanisch testapparaat en procedure om biomechanische tests uit te voeren in 3-5 dag-oude mannelijke Yorkshire neonatale biggen. Het apparaat bestaat uit een klem, Actuator, loadcel en camerasysteem die in vivo stammen en belastingen toepassen en bewaken tijdens storingen. Het camerasysteem maakt het ook mogelijk om de storings locatie tijdens ruptuur te bewaken. Over het algemeen zorgt het systeem voor een gedetailleerde biomechanische karakterisering van de neonatale BP wanneer het wordt blootgesteld aan Stretch, waardoor de drempel van de BP en spanningen voor mechanisch falen in vivo worden verschaft. De verkregen gegevens kunnen het menselijk gedrag verder verbeteren (biogetrouwheid) van de bestaande rekenkundige modellen die zijn ontworpen om de effecten van exogene en endogene krachten op BP stretch in leverings scenario’s geassocieerd met NBPP onderzoeken.
Protocol
Representative Results
Discussion
Beschikbare literatuur over de biomechanische reacties van Stretch op het BP-weefsel vertonen een breed scala aan drempelwaarden en methodologische discrepanties4,6,8,18,19,20,21,22,23. Variaties in gepubliceerde resultate…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Het onderzoek dat werd gerapporteerd in deze uitgave werd gesteund door het Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development van de National Institutes of Health onder het nummer R15HD093024 en door de 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).
