Методы биомеханического тестирования In Vivo на брахиальном сплетении у неонатальных поросяток
Summary
Представлены методы для выполнения in vivo биомеханического тестирования на брахиальное сплетение в неонатальной модели поросят.
Abstract
Неонатальный паралич брахиального сплетения (NBPP) представляет собой растяжку травмы, которая происходит во время родоввого процесса в нервных комплексах, расположенных в области шеи и плеча, коллективно называют брахиального сплетения (ВР). Несмотря на недавние достижения в области акушерской помощи, проблема НБПП по-прежнему является глобальным бременем для здоровья, где на 1000 живорождений случаев на 1000 случаев заболевания случаев заболевания. Более тяжелые типы этой травмы может привести к постоянному параличу руки от плеча вниз. Профилактика и лечение NBPP требует понимания биомеханических и физиологических реакций новорожденных нервов ВР при растяжении. Текущие знания новорожденного ВР экстраполируется из взрослых животных или трупных всп ткани вместо in vivo неонатальной ткани ВР. Это исследование описывает in vivo механическое устройство тестирования и процедуры для проведения in vivo биомеханического тестирования в неонатальных поросят. Устройство состоит из зажима, актуатора, нагрузок и камеры системы, которые применяют и контролируют in vivo штаммов и нагрузок до отказа. Система камеры также позволяет контролировать местоположение сбоя во время разрыва. В целом, представленный метод позволяет детально биомеханической характеристики неонатальной ВР при растяжении.
Introduction
Несмотря на последние достижения в акушерстве, проблема NBPP, вызванного растяжек травмы комплекса ВР по-прежнему является глобальным бременем для здоровья, с заболеваемостью 1,5 случаев на 1000 живорождений1,2. Связанные факторы риска могут быть материнскими (т.е. избыточный вес, материнский диабет, аномалии матки, история паралича ВР), фетальный (т.е. макросомия плода), или родородованные (т.е. дистоция плеча, длительная родосная работа, вспомогательные роды с щипками или вакуумными экстракторами, презентация затвора3). Хотя эти осложнения неизбежны в определенных обстоятельствах, профилактика и лечение NBPP требует понимания биомеханических и физиологических реакций неонатальной ВР при растяжении.
Сообщенные биомеханические исследования на ВР использовали взрослых животных и трупной ткани человека и показать значительные расхождения4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Клиническая релевантность биомеханических свойств сложной ткани BP требует неонатальной модели животных, а также биомеханического подхода к биомеханическому тестированию in vivo. Кроме того, ограничения с изучением BP стрейч травмы в сложных реальных сценариях доставки увеличивает зависимость от компьютерных моделей, которые обеспечивают методы, которые позволяют исследует последствия различных осложнений доставки и методов. Ключом к клинической значимости этих моделей является их биоверность (человекоподобный ответ). Доступные вычислительные модели Gonik et al.16 и Grimm et al.17 опираются на ткани кролика и крысиной нервной ткани, но не на неонатальную ткань ВР. Выполнение биомеханического тестирования in vivo в клинически релевантной модели неонатального животного происхождения может заполнить критический пробел в недоступных данных ВР новорожденных.
В настоящем исследовании описывается in vivo механическое устройство тестирования и процедуры для проведения биомеханических испытаний в 3-5-дневный мужчина йоркширских неонатальных поросят. Устройство состоит из зажима, актуатора, нагрузочных ячеек и системы камеры, которые применяют и контролируют штаммы и нагрузки in vivo во время сбоя. Система камеры также позволяет контролировать местоположение сбоя во время разрыва. В целом, система позволяет детально биомеханической характеристики неонатальной ВР при условии растяжения, тем самым обеспечивая порог штаммов ВР и стрессы для механической поломки in vivo. Полученные данные могут еще больше улучшить поведение человека, как (биоверность) существующих вычислительных моделей, которые предназначены для изучения влияния экзогенных и эндогенных сил на растяжку ВР в сценариях доставки, связанных с NBPP.
Protocol
Representative Results
Discussion
Доступная литература по биомеханическим реакциям растяжения на ткани ВР демонстрирует широкий диапазон пороговых значений, а также методологические расхождения4,6,8,18,19,20,<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Исследование, о которых сообщалось в этой публикации, было поддержано Национальным институтом здоровья детей и человеческого потенциала Национальных институтов здравоохранения имени Эунис Кеннеди Шрайвер под номером R15HD093024 и премией Национального научного фонда CAREER Award Номер 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).
