Vi simulerade klinisk kirurgi för att upprätta ett protokoll för direkt anastomos av bilaterala plexusnerver i brachialisnerver via den prespinala vägen hos möss, vilket bidrar till studien av de neurala mekanismer som ligger till grund för rehabilitering vid passage av nervöverföring efter skador i centrala och perifera nervsystemet.
Korsande nervöverföringskirurgi har varit ett kraftfullt tillvägagångssätt för att reparera skadade övre extremiteter hos patienter med avulsionsskador på plexus brachialis. Nyligen tillämpades denna operation kreativt i den kliniska behandlingen av hjärnskada och uppnådde betydande rehabilitering av den förlamade armen. Denna funktionella återhämtning efter operationen tyder på att perifer sensomotorisk intervention inducerar djup neuroplasticitet för att kompensera för funktionsförlusten efter hjärnskada; Den underliggande neurala mekanismen är dock dåligt förstådd. Därför krävs en framväxande klinisk djurmodell. Här simulerade vi klinisk kirurgi för att etablera ett protokoll för direkt anastomos av bilaterala plexusnerver i brachialisnerver via den prespinala vägen hos möss. Neuroanatomiska, elektrofysiologiska och beteendemässiga experiment hjälpte till att identifiera att de överförda nerverna hos dessa möss framgångsrikt reinnerverade den skadade frambenen och bidrog till att påskynda den motoriska återhämtningen efter hjärnskada. Därför avslöjade musmodellen de neurala mekanismer som ligger till grund för rehabilitering vid passage av nervöverföring efter skador på centrala och perifera nervsystemet.
Plexus brachialis (BP) består av fem nerver med olika ryggradssegment (C5-T1) som ansvarar för känsel och rörelse i arm, hand och fingrar. Efter att dessa fem BP-nerver har lämnat ryggmärgen smälter de samman för att bilda tre nervstammar: den överlägsna (bildad genom sammanslagning av C5 och C6), medial (från C7) och inferior (grenar av C8 och T1). Allvarliga skador, särskilt på grund av trafikolyckor, leder ofta till avulsion av BP-nervrötterna, och sådan dysfunktion har en förödande effekt på patienter1. Som ett kraftfullt kliniskt tillvägagångssätt har korsande nervöverföringskirurgi utförts för att reparera avulsionsskador på blodtrycket genom att återansluta de skadade nervändarna till den friska sidan av blodtrycket 2,3. Denna operation resulterar i funktionella förbättringar av skadade händer och direkt omorganisation av den sensomotoriska cortex i båda hjärnhalvorna hos patienter4. Djurstudier har visat att drastisk omorganisation i de kortikala kretsarna inducerades efter att ha korsat nervöverföring5. Eftersom perifer sensomotorisk modifiering kan återaktivera den vilande plasticiteten i den mogna hjärnan, uppvisar korsningskirurgi också stor potential för att reparera hjärnskador6.
Nyligen bekräftade vi möjligheten till kreativ användning av korsande nervöverföring som en ny perifer nervförändringsstrategi för problem med det centrala nervsystemet. En typ av korsande nervöverföringskirurgi, kontralateral cervikal sjunde nervöverföring (CC7), tillämpades för att uppnå signifikant funktionell återhämtning av den förlamade armen genom att överföra C7-nerven från den icke-förlamade sidan till den förlamade sidan hos patienten efter hjärnskada7. En unik egenskap hos denna kirurgiska operation är att de sensoriska och motoriska signalerna i den förlamade övre extremiteten kommunicerades till den kontralesionella hemisfären genom den “vänster-höger crossover” förskjutna nerven. Noterbart är att den funktionella återhämtningen som orsakas av CC7-kirurgi inte är begränsad till den funktion som innerveras av själva C7-nerven8. Dessutom kan CC7-kirurgi användas inte bara för att behandla barn med cerebral pares utan också för att uppnå rehabilitering hos medelålders och äldre strokepatienter. Därför finns det tillräckliga skäl att tro att korsning av nervöverföring kan stimulera neuroplasticitet för att påskynda motorisk återhämtning från hjärnskada genom att modulera det perifera sensomotoriska systemet.
Även om korsande nervöverföringskirurgi har uppnått betydande rehabilitering i den kliniska behandlingen av både plexus brachialis-skador (BPI) och hjärnskador, är de neurala mekanismerna bakom denna kirurgi fortfarande dåligt förstådda. Avsaknaden av en lämplig djurmodell med kliniska kännetecken har begränsat studiet av inre mekanismer. Traditionellt, i kliniken, överförs C7-nervroten kontralateralt till lesionen till den skadade sidan genom ett nervtransplantat (t.ex. ulnarisnerven, suralnerven eller saphenusnerven) och är ansluten till den drabbade plexus brachialisus (t.ex. medianusnerven, C7-roten eller nedre delen av bålen)2,3,9. En relativt ny modifiering av denna operation innebär att den opåverkade C7-roten överförs direkt till den drabbade C7-nerven via den prespinala vägen utan något mellanrum, vilket tyder på en optimal lösning7. För närvarande uppvisar möss en fördel när det gäller celltypsspecificitet och genetisk stamdiversitet och är mer lämpade att studera neurofysiologiska mekanismer. Därför simulerades klinisk kirurgi för att etablera ett protokoll för direkt anastomos av bilaterala C7-nervrötter via den prespinala vägen hos möss och bidra till studien av de neurala mekanismer som ligger till grund för rehabilitering vid passage av nervöverföring.
På kliniken har korsande nervöverföringskirurgi använts för att behandla patienter med plexus brachialis-avulsionsskada och efter hjärnskada, såsom stroke och TBI 7,9,12. Hjärnskador är ett allvarligt neurologiskt tillstånd som kan leda till flera komplikationer, inklusive epilepsi, hjärnbråck och infektion13. Inte alla patienter med ensidig hjärnskada är lämpliga för CC7-kirurgi. I allmänhet har CC7-kirurgi utförts på patienter med central hemiplegi i det kroniska stadiet (6 månader efter skadan) för att undvika påverkan av hjärnödem så mycket som möjligt. Patienter med kognitiv svikt och tetraplegi efter hjärnskador exkluderas från behandling för CC7-kirurgi.
De flesta studier har rapporterat användning av ett subkutant tillvägagångssätt och anastomos av sural eller ulnarisnervtransplantat för att överföra den kontralaterala C7-nervroten14,15. Nervregenerering med sådana metoder kräver dock sex månader, vilket kan hindra den motoriska återhämtningsprocessen och till och med potentiellt påverka hjärnans plasticitet14. I tidigare studier utfördes kontralateral C7-överföring på råttor, och den bilaterala C7-nerven användes via 4 strängar av den interpositionella autotransplanterade suralnerven. Det har dock inte förekommit några rapporter om C7-nervöverföring via prespinal väg hos möss. Vi utförde CC7-kirurgi av den modifierade prespinala vägen i möss och verifierade hastigheten för funktionell återhämtning efter C7-nervöverföring. I denna studie förbättrade kontralateral C7-nervöverföring via den prespinala vägen förlamad extremitetsfunktion en månad efter operationen, vilket återspeglar en kortare återhämtningstid för den nervtransplanterade djurmodellen. Därför kan denna modell exakt simulera kliniska situationer och lägga grunden för ytterligare experiment.
Hur man dissekerar nervroten och minskar risken är viktiga frågor för C7-överföring. Till skillnad från hos människor ligger plexus brachialis hos musen i bröstet under nyckelbenet 5,16. Därför var man tvungen att ändra åtkomststrategin för att möjliggöra observation av roten av C7-nerven och ryggraden17. Sternotomi är en säker och effektiv operativ metod och används ofta i musexperiment inom thoraxkirurgi18,19. C6 lamina ventrali är också ett hinder för överföring av nerver. Således utfördes sternotomikirurgi för att dissekera C7-nervroten och skära av C6-lamina ventrali för att förkorta överföringsavståndet.
Även om den prespinala vägen avsevärt kan öka framgångsfrekvensen för direkt anastomos vid nervöverföringskirurgi, kan inte alla möss anastomoseras direkt. Detta beror främst på de anatomiska skillnaderna hos dessa möss. Den mellersta bålen (C7-nerven) smälter samman med den övre eller nedre bålen på en plats mycket nära det intervertebrala foramen. Således är längden på de C7-nerver som är tillgängliga för skörd otillräcklig. För närvarande är den enda metoden nervtransplantation eller ersättning av möss. Denna modell används vanligtvis på 8 veckor gamla möss (20-25 g), eftersom mössen är mogna och C7-nerverna är tillräckligt stora för att kunna hanteras. Även om detta kirurgiska protokoll också är tillämpligt på unga möss, kommer svårigheten med operationen att öka avsevärt hos yngre möss.
Den motoriska funktionen i frambenen hos möss i TBI + CC7-gruppen ökade signifikant efter en månad och två månader, vilket tyder på att den överförda C7-nerven bidrog till återhämtningen av den skadade frambenen. Remyelinisering är avgörande för funktionell neural återhämtning. En tidigare studie visade att myelinskidorna hos skadade nerver återbildades efter en månad, vilket överensstämmer med dessa resultat20. Här mognade den överförda nerven gradvis, vilket överensstämde med beteendetestet. Elektromyografi användes för att ytterligare testa graden av funktionell återhämtning efter nervöverföring. Resultaten visade att den överförda nerven innerverade den drabbade muskeln 4 veckor efter operationen. Noterbart är att denna studie är den första som bestämmer tidpunkten för reinnervation med en direkt anastomos efter korsande nervöverföringskirurgi.
Sammanfattningsvis simulerade vi klinisk kirurgi för att etablera ett protokoll för direkt anastomos av bilaterala plexusnerver i brachialisnerver via den prespinala vägen hos möss och bekräftade funktionen hos den förskjutna nerven. Musmodellen bidrog till att belysa de neurala mekanismer som ligger till grund för rehabilitering vid passage av nervöverföring efter skador i centrala och perifera nervsystemet.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av National Natural Science Foundation of China (82071406, 81902296 och 81873766).
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 |