Summary
ביצענו סימולציה של ניתוח קליני כדי לקבוע פרוטוקול של אנסטומוזה ישירה של עצבי מקלעת הזרוע הדו-צדדית דרך המסלול הקדם-שדרתי בעכברים, ותרמנו לחקר המנגנונים העצביים העומדים בבסיס השיקום בעת מעבר עצבי חוצה לאחר פגיעות במערכת העצבים המרכזית וההיקפית.
Abstract
ניתוח מעבר עצבים היה גישה רבת עוצמה לתיקון גפיים עליונות פגועות בחולים עם פציעות מקלעת הזרוע. לאחרונה, ניתוח זה יושם באופן יצירתי בטיפול קליני בפגיעה מוחית והשיג שיקום משמעותי של הזרוע המשותקת. התאוששות תפקודית זו לאחר הניתוח מצביעה על כך שהתערבות סנסומוטורית היקפית גורמת לנוירופלסטיות עמוקה כדי לפצות על אובדן התפקוד לאחר נזק מוחי; עם זאת, המנגנון העצבי הבסיסי אינו מובן היטב. לכן, נדרש מודל קליני של בעלי חיים. כאן, ביצענו סימולציה של ניתוח קליני כדי לקבוע פרוטוקול של אנסטומוזה ישירה של עצבי מקלעת הזרוע הדו-צדדית דרך המסלול הקדם-שדרתי בעכברים. ניסויים נוירואנטומיים, אלקטרופיזיולוגיים והתנהגותיים סייעו לזהות כי העצבים המועברים של עכברים אלה הצליחו לעצב מחדש את הגפה הקדמית הפגועה ותרמו להאצת ההתאוששות המוטורית לאחר פגיעה מוחית. לכן, מודל העכבר חשף את המנגנונים העצביים העומדים בבסיס השיקום בעת חציית מעבר עצבי לאחר פגיעות במערכת העצבים המרכזית וההיקפית.
Introduction
המקלעת הברכיאלית (BP) מורכבת מחמישה עצבים בעלי מקטעי עמוד שדרה שונים (C5-T1) האחראים על תחושה ותנועה בזרוע, ביד ובאצבעות. לאחר יציאתם של חמשת עצבי BP אלה מחוט השדרה, הם מתמזגים ויוצרים שלושה גזעי עצבים: העליון (שנוצר על ידי מיזוג של C5 ו- C6), המדיאלי (מ- C7) והנחות (ענפים של C8 ו- T1). פציעות חמורות, במיוחד עקב תאונות דרכים, מובילות לעיתים קרובות לפגיעה בשורשי העצבים של BP, ולתפקוד לקוי כזה יש השפעה הרסנית על חולים1. כגישה קלינית רבת עוצמה, ניתוח העברת עצבים חוצה בוצע כדי לתקן פציעות avulsion BP על ידי חיבור מחדש של קצות העצבים הפגועים לצד הבריא של BP 2,3. ניתוח זה מביא לשיפור תפקודי של ידיים פגועות וארגון מחדש ישיר של קליפת המוח התחושתית-תנועתית בשתי ההמיספרות בחולים4. מחקרים בבעלי חיים גילו כי ארגון מחדש דרסטי במעגלים בקליפת המוח נגרם לאחר חציית העברה עצבית5. מכיוון ששינוי סנסומוטורי היקפי יכול להפעיל מחדש את הפלסטיות הרדומה של המוח הבוגר, ניתוח מעבר עצבי חוצה גם הוא פוטנציאל גדול בתיקון פגיעות מוחיות6.
לאחרונה, אישרנו את האפשרות של שימוש יצירתי במעבר עצבי חוצה כאסטרטגיה חדשה לשינוי עצבים היקפיים לבעיות במערכת העצבים המרכזית. סוג של ניתוח העברת עצבים חוצים, העברת עצב שביעי צווארית נגדית (CC7), יושם כדי להשיג התאוששות תפקודית משמעותית של הזרוע המשותקת על ידי העברת עצב C7 מהצד הלא משותק לצד המשותק אצל המטופל לאחר פגיעה מוחית7. מאפיין ייחודי של פעולה כירורגית זו הוא שהאותות התחושתיים והמוטוריים של הגפיים העליונות המשותקות מתקשרים לחצי הכדור הקונטרלסיונלי דרך העצב העקור "שמאל-ימין". יש לציין כי ההתאוששות התפקודית הנגרמת על ידי ניתוח CC7 אינה מוגבלת לתפקוד העצבני על ידי עצב C7 עצמו8. בנוסף, ניתוח CC7 יכול לשמש לא רק לטיפול בילדים עם שיתוק מוחין, אלא גם כדי להשיג שיקום בחולי שבץ בגיל העמידה וקשישים. לכן, יש מספיק סיבות להאמין כי מעבר עצבי יכול לעורר נוירופלסטיות כדי להאיץ את ההתאוששות המוטורית מנזק מוחי על ידי אפנון המערכת הסנסומוטורית ההיקפית.
למרות שניתוח מעבר עצבי חצוי השיג שיקום משמעותי בטיפול הקליני הן בפציעות מקלעת הזרוע (BPI) והן בפגיעות מוחיות, המנגנונים העצביים העומדים בבסיס ניתוח זה עדיין אינם מובנים היטב. היעדר מודל מתאים לבעלי חיים בעל מאפיינים קליניים הגביל את המחקר של מנגנונים פנימיים. באופן מסורתי, במרפאה, שורש העצב C7 הנוגד את הנגע מועבר לצד הפגוע דרך שתל עצבי (למשל, עצב אולנרי, עצב סוראלי או עצב ספנוס) ומחובר למקלעת הברכיאלית הפגועה (למשל, עצב מדיאני, שורש C7 או גזע תחתון)2,3,9. שינוי חדש יחסית של ניתוח זה כרוך בהעברת שורש C7 שלא נפגע ישירות לעצב C7 הפגוע דרך המסלול הקדם-שדרתי ללא כל רווח, מה שמציע פתרון אופטימלי7. כיום, עכברים מפגינים יתרון בספציפיות סוג התא ובמגוון הזנים הגנטיים והם מתאימים יותר לחקר מנגנונים נוירופיזיולוגיים. לפיכך, בוצע סימולציה של ניתוח קליני כדי לקבוע פרוטוקול לאנסטומוזה ישירה של שורשי עצב C7 דו-צדדיים דרך המסלול הקדם-שדרתי בעכברים ולתרום לחקר המנגנונים העצביים העומדים בבסיס השיקום בעת חציית העברה עצבית.
Protocol
כל הניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדה לטיפול מוסדי בחיות ניסוי באוניברסיטת פודאן והאקדמיה הסינית למדעים בהתאם להנחיות המכון הלאומי לבריאות. נעשה שימוש בעכברים בוגרים בני שמונה שבועות מסוג C57BL/6N.
1. התקנה טרום ניתוחית
- ודא מלאי מתאים של כלי ניתוח מעוקרים אוטוקלאב, ציוד, תרופות משככי כאבים ותרופות הרדמה.
- הקפידו על מרחב עבודה הולם על שולחן הניתוחים.
- הכינו את שולחן הניתוחים באמצעות לוח קצף כירורגי מותאם אישית מכוסה חיתול כמיטה לעכבר. תקן כרית חימום לקרש הקצף עם סרט רפואי מכוסה גזה סטרילית.
- צור retractors על ידי כיפוף מחט דיקור באמצעות מלקחיים כלי הדם, קיפול אותו לשניים, ולאחר מכן כיפוף קצה מחט הדיקור המקופלת לתוך וו. קבע רצועת גומי בקצה מחט הדיקור, והשתמש באגודל כדי לקבע את קצה רצועת הגומי ללוח הקצף.
- לכייל את הסטריאומיקרוסקופ; בחר סטריאומיקרוסקופ עם מרחק מיקוד הולם. כסו את כפתורי הזום/פוקוס ברדיד אלומיניום מעוקר כדי לאפשר למנתח לכוונן אותם במהלך הניתוח. רדיד האלומיניום המעוקר הונח על כפתורי הזום/פוקוס ואיפשר למנתח להשתמש בו עם כפפות סטריליות.
2. הרדמה והכנה של עכבר
- לשקול את העכבר להרדים בהתאם למשקל הגוף (isoflurane 3%). ודא שהעכבר אינו מגיב כאשר החללים הבין-דיגיטליים של כפו מכווצים כדי לאשר את עומק ההרדמה. יש לשמור על עומק הרדמה נאות לאורך כל ההליך (איזופלורן 1%).
- החל משחה אופתלמית דו צדדית על העיניים כדי למנוע גירוי או ייבוש של הקרנית במהלך הניתוח.
- הכן את אתר הניתוח על ידי גילוח הפרווה על הצוואר והחזה עם קוצץ אוטומטי. הסירו ונקו את השיער הרפוי.
- הניחו את העכבר במצב שכיבה על כרית החימום המכוסה בגזה סטרילית. שמור על הטמפרטורה של העכבר ב 37 °C במהלך הפעולה כולה. תקן את העכבר עם סרט רפואי כדי לגרום לגפיים הקדמיות לחטוף אופקית ולמנוע מהגפיים האחוריות והזנב לזוז. על העכברים הונח וילון כירורגי חד פעמי מעוקר עם פתח מתאים.
3. הליך אופרטיבי
- הזריקו טרמדול כמשככי כאבים מקדימים (20 מ"ג/ק"ג, כלומר כ-2). סמן את החתך הרוחבי בקצה העליון של עצם הבריח. השתמש בשלושה מחזורים של קרצוף לסירוגין של תמיסת חיטוי יודופור ואתנול כדי לחטא את אתר הניתוח. יש לאשר את עומק ההרדמה עם צביטת בוהן לפני הניתוח.
- עבודה תחת מיקרוסקופ, לבצע חתך רוחבי 4 מ"מ לאורך הסימן באמצעות אזמל סטרילי. הגדל את החתך במהלך ההליך לפי הצורך.
- חתכו בבוטות דרך הפאשיה התת עורית וזהו את הגבול התחתון של הבלוטה התת-לסתית. משוך את בלוטת submandibular כלפי מעלה כדי לחשוף את fossa supraclavicular ואת עצם החזה.
הערה: ייתכן שיש כלי דם בעלי קליבר קטן באזור זה. Electrocautery ניתן להשתמש כדי לעצור דימום. - בצע חתך חציוני חלקי של עצם החזה (~ 4 מ"מ) על ידי חתך עצם החזה מהראש לזנב לאורך קו האמצע. יש להגן על הצדר, הלב וכלי הדם במהלך הסטרנוטומיה.
- זהה את שריר הסטרוהיואידים. משוך את עצם החזה בעדינות עם שני retractors מותאמים אישית קטנים עשויים מחטי דיקור ולזהות את שריר sternohyoid מעל קנה הנשימה והוושט. יש לסגת משריר זה כדי לחשוף את עורק התרדמה, וריד הצוואר הפנימי, העצב הפרני, העצב התועה, קנה הנשימה והוושט.
הערה: יש לסגת בעדינות מעצם החזה כדי למנוע דלקת ריאות פתוחה. שלא כמו אצל בני אדם, הוושט של העכבר אינו מאחורי קנה הנשימה אלא צמוד לקנה הנשימה בצד שמאל. - זהה את מקלעת הזרוע השמאלית. בקצה הלטרלי של וריד הצוואר הפנימי השמאלי, משכו את הפאשיה ואת רקמת השומן החוצה כדי לחשוף את המקלעת הברכיאלית. חפשו את תא המטען העליון, המורכב מהעצבים C5 ו-C6, שיש לו שלושה ענפים. זהה את הגו האמצעי המורכב לעצב C7 ואת הגו התחתון המורכב מעצבי C8 ו- T1, לאורך הגזע העליון עד זנב העכבר.
הערה: ישנם כלי דם אורכיים על פני המקלעת הברכיאלית. השתמש electrocautery כדי למנוע דימום. בעת הפרדת המקלעת הברכיאלית השמאלית, הגן על תעלת chylous כדי למנוע פיסטולה chylous. - קצור את עצב C7 השמאלי. יש לנתח את החלוקה הקדמית והחלוקה האחורית של הגזע האמצעי (עצב C7) באופן דיסטלי לרמת החלוקה לחוט מתחת לעצם הבריח ולחסום את עצב C7 עם 0.1 מ"ל של 2% לידוקאין על ידי עירוי מקומי לגזע העצב. כריתת עצב C7 על ידי מספריים קפיציים vannas בנקודות המיזוג שלו עם החוט הצידי והחוט האחורי. חתוך את עצב C7 כך שאורך כל חלוקה יהיה דומה.
הערה: החלוקות הקדמיות והאחוריות של עצב C7 והחלוקות הקדמיות והאחוריות של הגזעים העליונים והתחתונים רצות למרחק רב לפני המפגש, ולכן יש לשחרר את עצב C7 מספיק לפני כריתה. למעשה, עצב C7 לא תמיד מחולק לשתי חטיבות; לפעמים, הוא מחולק לשלוש חטיבות או אפילו לארבע במקרים נדירים. - הסר את C6 lamina ventralis השמאלי. הגן בזהירות על העצב הפרני והחמיר את שריר הקשקשת הקדמי ברמה של קטע C6 כדי לחשוף את שורש העצב C7. חתכו ענפים קטנים של עצב C7 המעצבב את השריר הפאראספינלי בעזרת מיקרו-מלקחיים. משוך את עצב C7 בעדינות והבלו את C6 lamina ventralis בזהירות.
הערה: קיימת בולטות גרמית בין הצד המדיאלי של עורק התרדמה השמאלי לבין הצד הלטרלי של הוושט. בולטות גרמית זו היא הלמינה גחון של חוליות הצוואר ה- 6. שריר האורך של הקצה הלטרלי של C6 lamina ventralis הוא שריר הקשקשת הקדמי, והעצב הפרני פועל על פני השטח של שריר הקשקשת הקדמי. - קצור את עצב C7 הימני. חמור שריר הקשקשת הקדמי בצד ימין, בדומה לצד שמאל, וחוצה את שורש העצב הימני C7 קרוב לפתח הבין חולייתי. לנתח את עצב C7 הימני מרמת החלוקה שלו.
הערה: חתכו בזהירות את עצב C7 הימני כדי למנוע נזק לכלי הדם מתחת לעצב העצב. - להעביר את עצב C7 השמאלי.
- הסר את הלונגוס קולי השרירי לצד גופי החוליות באופן חלקי משני הצדדים. להפריד ולהרחיב באופן בוטה את החלל בין קנה הנשימה-הוושט לגוף החוליה.
- שלח חצי פי 5-0 תפרי ניילון מצד ימין של גוף החוליה לצד שמאל דרך המסלול הקדם-שדרתי.
- תפוס את עצב C7 השמאלי עם צינור עירוי והנחה את העצב לצד ימין דרך המסלול הקדם-שדרתי.
- משכו את קנה הנשימה והוושט בעדינות וקשרו את החלוקות הקדמיות והאחוריות של עצב C7 השמאלי לשורש עצב C7 הימני ללא מתח באמצעות תפרים 12-0 ניילון. תפר את epineurium סביב העצבים עם 4-5 תפרים כדי coaptate העצבים חזק.
הערה: חשוב לבחור צינור עירוי פלסטיק בעובי מתאים. צינור דק מדי עלול לפגוע בעצב, ועבה מדי של צינור עלול לפגוע בקנה הנשימה ובוושט. בנוסף, החלל בין קנה הנשימה-ושט לגוף החוליה הוא חלל בצורת "V", וחיתוך חלק מהלונגוס קולי השרירי יכול לקצר את מסלול ההעברה.
4. סגירת פצע
- השקו את הפצע במי מלח רגילים סטריליים וייבשו אותו בגזה סטרילית.
- תפרו את עצם החזה וסגרו את העור באמצעות 5-0 תפרי מונופילמנט.
5. טיפול לאחר הניתוח
- המתן עד שהעכבר יתעורר מההרדמה. מעבירים את העכבר לכלוב נקי ללא חומר מצעים אך מחומם עם שמיכה מחממת. התבונן בעכבר עד שהוא אמבולטורי. השתמש tramadol (20mg / kg, i.p.) כמו משכך כאבים לאחר הניתוח.
- הכניסו את העכברים לכלוב התאוששות ועקבו אחריו עד להחלמה. לשחזר את המים ואת הדיאטה של העכברים לאחר הניתוח. עקוב אחר העכברים לאחר הניתוח לאיתור סימנים של ליקוי או זיהום מדי יום, כולל תת-תזונה, יציבה כפופה ופרווה פרועה. שבועיים לאחר הניתוח אמורה להתבצע הסרת תפרים.
הערה: יש למרוח משחה אריתרומיצין על פני השטח של הפצע כל יום במשך שלושה ימים רצופים. - אם כל סיבוכים, כגון בצקת הפצע הוא ציין, זה צריך להיפתר מיד.
6. ניתוח התנהגותי
הערה: כל הבדיקות והניתוחים ההתנהגותיים נעשו על ידי צופה עיוור לקבוצות הניסוי.
- בדיקת צילינדר
הערה: בדיקת הצילינדר מעריכה את השימוש בגפיים הקדמיות במהלך חקירה אנכית ספונטנית בתוך גליל לאחר 4 ו -8 שבועות לאחר ניתוח21.- מניחים את העכברים בתוך גליל שקוף (קוטר 9 ס"מ, גובה 15 ס"מ) על מסגרת מוגבהת.
- כדי להקל על התצפית וההקלטה, קבע מראה בזווית של 45° מתחת לצילינדר.
- הקלט גידול ספונטני של כל עכבר שנצפה בעזרת המראה במשך 10 דקות.
- קבע ידנית את משך הזמן שבו (i) הכף הימנית, (ii) הכף השמאלית, או (iii) שתי הכפות באו במגע עם קירות הזכוכית. ספרו בסך הכל 20 תנועות במהלך כל מפגש. להוציא עכברים שאינם פעילים במהלך הבדיקה מהניתוח.
- ציון ביצועי הבדיקה הוא:
- מבחן הליכת רשת
הערה: בדיקת הליכת הרשת מעריכה את המיקום המדויק של הכפות הקדמיות על שלבי הרשת במהלך חקירה ספונטנית לאחר 4 ו -8 שבועות לאחר הניתוח. 22.- הניחו את העכברים על רשת תיל (20 ס"מ x 24 ס"מ) עם חורים מרובעים של 25 מ"מ ואפשרו להם לחקור בחופשיות במשך 10 דקות תוך תיעוד הביצועים שלהם במצלמת וידאו.
- ציון החלקה ברגל במקרה של אחד מהבאים:
- חפשו מקרים שבהם הכף מפספסת לחלוטין שלב (במקרה כזה האיבר נופל בין השלבים והחיה מאבדת שיווי משקל).
- חפשו מקרים בהם הכף מונחת נכון על מדרגה אך מחליקה תוך כדי נשיאת משקל גוף.
- לבטא את תוצאת הבדיקה כהחלקה ברגל של גפה קדמית ימנית / החלקה כוללת של כף הרגל. למרות שלא מבחן הצילינדר ולא מבחן הליכת הרשת דורשים הכשרה, השיגו ציונים בסיסיים על ידי בדיקת כל בעל חיים פעם אחת לפני הניתוח.
Representative Results
פגיעה מוחית חד צדדית גורמת לעיתים קרובות לתפקוד לקוי קבוע של הגפה הנגדית עקב מגבלות הפלסטיות העצבית המפצה במבוגרים10,11. בעבר, דיווחנו כי ניתוח CC7 יכול לשמש לטיפול בגפיים העליונות hemiplegic בחולים מבוגרים לאחר פגיעה מוחית7. כדי להעריך את יעילות הפרוטוקול עבור עצבי C7 דו-צדדיים באנסטומוזה ישירה דרך המסלול הקדם-שדרתי, ביצענו את ניתוח העברת העצבים החוצים בעכברים לאחר פגיעה מוחית טראומטית חד-צדדית (TBI). איור 1 מתאר את ההליכים של פגיעה מוחית טראומטית ומאמת את טווח הנזק ואת ההשפעה. ראשית, נעשה שימוש במשפיען קונטוזיה קורטיקלית חשמלית (eCCI) כדי לפגוע בקליפת המוח של ההמיספרה השמאלית (anteroposterior = +1.0 מ"מ עד -2.0 מ"מ, בינוני = 0.5 מ"מ עד 3.5 מ"מ) בעכברים בוגרים כדי לגרום לפגיעה מוחית חד-צדדית. לאחר שבועיים, מבנים אנטומיים אישרו שפרוטוקול TBI זה כמעט הרס את קליפת המוח התחושתית-תנועתית, מיקום חשוב להתחלת תנועות. עכברים אלה עם TBI חד-צדדי הראו פגמים מוטוריים משמעותיים בגפה הקדמית הימנית.
איור 2 מתאר את הליכי CC7. תרשים הנתיב של ניתוח CC7 גילה כי נתיב A, המייצג את המסלול הקדם-שדרתי, היה הגישה הקצרה ביותר בהשוואה לאחרים. אורך נתיב A נמוך אף מאורך עצב C7 שנקצר בצד שמאל (צד לא משותק). ממצא זה סיפק את הבסיס האנטומי לבחירת המסלול הקדם-שדרתי להשלמת ניתוח העברת עצבים. ניתוח CC7 בוצע באנסטומוזה ישירה דרך המסלול הקדם-שדרתי שבועיים לאחר TBI. עצב צוואר הרחם 7 (C7) בצד הלא משותק הועבר ישירות לצד המשותק במקום ליצור את קשרי המוח המקוריים שלו. איור 3 מראה את התוצאות של מיקרוסקופ אלקטרונים שגילה שעצב C7 שהועבר התחדש בהצלחה. עובי מעטפת המיאלין של עצב C7 המועבר גדל בהדרגה, החל מ-4 שבועות לאחר ניתוח CC7, והיה כמעט דומה לזה שבקבוצת הביקורת לאחר 8 שבועות לאחר ניתוח CC7. איור 4 מזהה עצבוב מחדש של השריר של עצב C7 המועבר באמצעות רישומים אלקטרומיוגרפיים. גירוי חשמלי של הקצה הפרוקסימלי של אנסטומוזה עצבית C7 גרם לפוטנציאל פעולה מושרה ביציבות בשרירים מרובים של הגפה הקדמית הפגועה לאחר 4 שבועות לאחר הניתוח, בהתאם לתוצאות מיקרוסקופ האלקטרונים. איור 5 מראה שהעצב C7 המועבר מכיל סיבים מוטוריים מקרן הגחון וסיבי חישה מגרעיני השורש הגבי של מקטע חוט השדרה C7 בצד הבריא באמצעות תיוג מדרדר של רעלן כולרה תת-יחידה B (CTB).
איור 6 מראה שגם מודל העכבר הציג התאוששות מוטורית משמעותית לאחר TBI חד-צדדי, בהתאם לתוצאות המחקרים הקליניים. כדי לאמת את ההשפעה של ניתוח CC7 על החלמה של תפקוד מוטורי פגוע לאחר TBI, הוקמו קבוצת TBI + Sham וקבוצת בקרה + Sham. העכברים בקבוצת TBI + Sham ובקבוצת TBI + CC7 קיבלו את אותם הליכים עבור פגיעה ב-TBI בו זמנית, בעוד שהעכברים בקבוצת הבקרה + Sham קיבלו רק ניתוח דמה. בעוד שהעכברים בקבוצת TBI + CC7 עברו ניתוח העברת עצבים, עכברים בקבוצת TBI + sham ובקבוצת הבקרה + Sham עברו כריתה עצבית דו-צדדית של צוואר הרחם 7 (C7). בבדיקות צילינדר, קבוצת TBI + CC7 הראתה שיעור שימוש גבוה משמעותית בגפה הקדמית הפגועה בהשוואה לקבוצת TBI הן 4 והן 8 שבועות לאחר ניתוח CC7 (p < 0.01). במבחני הליכה ברשת, קבוצת TBI + CC7 הראתה שיעור שגיאות נמוך יותר מאשר קבוצת TBI לאחר 4 שבועות לאחר ניתוח CC7. יתר על כן, שיעור השגיאה של קבוצת TBI + CC7 היה נמוך משמעותית מזה של קבוצת TBI לאחר 8 שבועות לאחר ניתוח CC7 (p < 0.05). התוצאות ההתנהגותיות האלה הראו שניתוח CC7 יכול לשפר את התפקוד המוטורי של הגפה הפגועה בעכברי TBI. יחד, תוצאות אלה מצביעות על כך שעצב C7 שהועבר שנבנה מחדש על ידי ניתוח CC7 דרך המסלול הקדם-שדרתי התחדש בהצלחה ועצבב מחדש את הגפה הקדמית הפגועה, מה שתרם לשיקום מוטורי בעכברים בוגרים עם TBI חד-צדדי.
איור 1: אפיון של פגיעה מוחית טראומטית חד-צדדית. (A) סכמטי המציג את מיקום העכבר ב-eCCI. (B) הפרמטרים וטווח הנזק של eCCI. (C) חתך קורונלי מייצג המציג את קליפת המוח הפגועה (שבועיים לאחר TBI, סרגל קנה מידה = 500 מיקרומטר). קיצור: eCCI = משפיע קונטוזיה קליפת המוח חשמלית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: דיאגרמת היסוד הניתוחי. (A) דיאגרמה סכמטית שמראה את התכנון הניסויי לביצוע העברה עצבית C7 קונטרלטרלית בעכברי TBI. העיגול האדום מראה את מיקום הטראומה. הקו הכפול האדום בתוך המלבן המקווקו מראה את העצב שנתפר. (B) חתך רוחב מראה שלושה מסלולים חלופיים של מעבר עצבי C7 קונטרלטרלי בעכברים. נתיב A, הקו הכחול מתאר את המסלול הקדם-שדרתי של העצב המועבר; נתיב B, הקו הירוק, מתאר את התוואי הפרה-טרכאלי של העצב המועבר; נתיב C, הקו האדום, מתאר את המנהרה התת עורית של העצב המועבר. (C) הגרף מראה את אורך המסלולים ואת עצב C7 שנקצר ב-(B). אורך נתיב A (3.3 ± 0.10 מ"מ) היה נמוך משמעותית מאורך עצב C7 שנקצר (4.05 ± 0.11 מ"מ; * p < 0.05, ANOVA חד-כיוונית, n = 20 בכל קבוצה). אורך נתיב C (14.15 ± 0.20 מ"מ) היה גדול משמעותית מזה של עצב C7 שנקצר (*** p < 0.001, ANOVA חד-כיווני, n = 20 בכל קבוצה). אורך נתיב B היה 4.2 ± 0.08 מ"מ (n = 20). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: ניתוח מיקרוסקופ אלקטרונים של חתך רוחב של העצב. (A,B) תמונות של העצב בעכברי ביקורת. סרגל קנה מידה = 5 מיקרומטר (A) ו- 1 מיקרומטר (B). (ג,ד) תמונות של העצב המתחדש חודש לאחר הניתוח. סרגל קנה מידה = 5 מיקרומטר (C) ו- 1 מיקרומטר (D). (ה, ו) תמונות של העצב המתחדש בשלב מסוים חמישה חודשים לאחר הניתוח. סרגל קנה מידה = 5 מיקרומטר (E) ו- 1 מיקרומטר (F). (ז, ח) תמונה של העצב המתחדש בחודשיים לאחר הניתוח. סרגל קנה מידה = 5 מיקרומטר (G) ו- 1 מיקרומטר (H). הגדלה של A, C, E ו-G, פי 2,000; הגדלה של B, D, F ו-H, פי 15,000. (I) יחס G (היחס בין הקוטר הפנימי לקוטר החיצוני של מעטפת המיאלין) נמוך יותר בדגימות קבוצת ביקורת מאשר בדגימות של 4 שבועות ושווה לדגימות לאחר 6-8 שבועות לאחר הניתוח (***: p < 0.001; השוואה באקסונים קבוצתיים שונים עם מבחן t; n = 3 עכברים בכל קבוצה). קיצורים: CC7 = העברת עצבים שביעית צווארית נגדית; CC7-XW = X שבועות לאחר הניתוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: ניתוח אלקטרומיוגרפיה לאחר העברת עצבים C7 קונטרלטרלית מצביע על קצב התחדשות העצבים. (A) תרשים סכמטי המציג את גירוי ההעברה האלקטרוני ואת הקלטת האלקטרומיוגרפיה in vivo . עוצמת הגירוי הייתה זהה לאורך כל המבחן (2 mA). אתר הגירוי הוא עצב C7 פרוקסימלי לאנסטומוזה. (ב, ג) צילומים המראים פוטנציאל פעולה תועדו בחזה מז'ור לאחר שבועיים (B) וארבעה שבועות (C) לאחר הניתוח. (ד, ה) EMG נרשם ב extensor digitorum 4 שבועות (D) ו 8 שבועות (E) לאחר הניתוח. (F) לאחר שלושה שבועות, CMAPs הופיעו ב triceps brachii. (G) לאחר ארבעה ושמונה שבועות, CMAPs של triceps brachii גדל. (H) המשרעת הממוצעת של פקטורליס מז'ור הגיעה ל~0.25 mV ± 0.16 mV לאחר 4 שבועות לעומת 0.45 mV ± 0.03 mV לאחר 8 שבועות, מה שמראה הבדל משמעותי בין שתי נקודות הזמן (*** p < 0.001, t-test, n = 6 בכל קבוצה). (I) המשרעת הממוצעת של triceps brachii הגיעה ל~0.15 mV ±-0.01 mV לאחר 4 שבועות לעומת 0.46 mV ±-0.02 mV לאחר 8 שבועות, מה שמראה הבדל משמעותי בין שתי נקודות הזמן (***: p < 0.001, t-test, n = 6 בכל קבוצה). (J) המשרעת הממוצעת של extensor digitorum הגיעה ל~0.11 mV ± 0.01 mV לאחר 4 שבועות לעומת 0.29 mV ± 0.02 mV לאחר 8 שבועות, מה שמראה הבדל משמעותי בין שתי נקודות הזמן (***: p < 0.001, t-test, n = 6 בכל קבוצה). קיצורים: EMG = אלקטרומיוגרפיה; CMAP = פוטנציאל פעולה מורכב של שרירים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: תיוג מדרדר של CTB של נוירונים מוטוריים ותחושתיים של עצב C7 המועבר. (A-C) CTB הוזרק בקצה הדיסטלי של אנסטומוזה עצבית C7 לאחר ניתוח CC7. (א) תאי העצב החושיים סומנו עבור DRG. (ב, ג) הנוירונים המוטוריים של עצב C7 המועבר סומנו עבור הקרן הקדמית של עמוד השדרה. הגדלה, פי 20. סרגל קנה מידה = 200 מיקרומטר (A, B); 100 מיקרומטר (C). קיצורים: CTB = תת-יחידה B של רעלן הכולרה; DRG = גנגליון שורש גבי; DAPI = 4′,6-diamidino-2-phenylindole. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: שינויים התנהגותיים לאחר ניתוח CC7. (A) התמונות מראות את בדיקת הגליל של העכברים. (B) גרף מסכם המראה את ההשפעה של העברת CC7 לאחר 4 שבועות ו-8 שבועות לאחר ניתוח על עכברי TBI (n = 6 עכברים). p = 0.001; מבחן T לא מזווג. השימוש הממוצע בגפה קדמית לקויה היה 54.17% ±-3.01% בקבוצת ביקורת + Sham לעומת 22.5% ±-2.14% בקבוצת TBI + Sham; 35.83% ± 2.39% בקבוצת TBI + CC7 לאחר 4 שבועות לאחר ניתוח CC7, מה שמצביע על הבדל משמעותי (כיוון אחד ANOVA; p < 0.05, n = 6 בכל קבוצה). לאחר 8 שבועות לאחר העברת CC7, השימוש היה 53.33% ± 3.80%, 24.17% ± 3.01%, ו-40.00% ±-1.83% בקבוצת בקרה + Sham, קבוצת TBI + Sham וקבוצת TBI + CC7, בהתאמה, הבדל משמעותי (*p < 0.05, כיוון אחד ANOVA, n = 6 בכל קבוצה). (C) התמונות מציגות את מבחן ההליכה ברשת. (D) הגרף מראה ששיעורי השגיאה הממוצעים של הגפה הקדמית הלקויה בקבוצת TBI + Sham היו 85.41% ±-1.59% (n = 6) השווים לקבוצת TBI + CC7 80.17% ±-2.19% (n = 6), ושניהם היו יותר מקבוצת הבקרה + Sham (50.99% ± 11.69%). לאחר 8 שבועות לאחר הניתוח, שיעור השגיאה בקבוצת TBI + CC7 היה 76.87 ± 1.07% (n = 6), שהוא נמוך משמעותית מזה של קבוצת TBI + Sham (83.06% ± 1.41%; p < 0.05, ANOVA חד-כיוונית, n = 6 בכל קבוצה). קיצורים: CC7 = העברת עצבים שביעית צווארית נגדית; TBI = פגיעה מוחית טראומטית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
Discussion
במרפאה נעשה שימוש בניתוח העברת עצבים צולבים לטיפול בחולים עם פגיעה במקלעת הזרוע ולאחר נזק מוחי, כגון שבץ מוחי ופגיעה מוחית טראומטית 7,9,12. יש לציין כי נזק מוחי הוא מצב נוירולוגי חמור שיכול להוביל למספר סיבוכים, כולל אפילפסיה, בקע מוחי וזיהום13. לא כל החולים עם פגיעה מוחית חד צדדית מתאימים לניתוח CC7. באופן כללי, ניתוח CC7 בוצע בחולים עם המיפלגיה מרכזית בשלב הכרוני (6 חודשים לאחר הפציעה) כדי למנוע את ההשפעה של בצקת מוחית ככל האפשר. חולים עם ליקוי קוגניטיבי וקוודריפלגיה לאחר פגיעות מוחיות אינם נכללים בטיפול בניתוח CC7.
רוב המחקרים דיווחו על שימוש בגישה תת עורית ואנסטומוזה של השתלת עצב סוראלי או אולנרי כדי להעביר את שורש העצב C7 הנגדי14,15. עם זאת, התחדשות עצבית בשיטות כאלה דורשת שישה חודשים, מה שיכול לעכב את תהליך ההתאוששות המוטורית ואף להשפיע על גמישות המוח14. במחקרים קודמים בוצעה העברה קונטרלטרלית של C7 בחולדות, ונעשה שימוש בעצב C7 הדו-צדדי דרך 4 גדילים של העצב הסוראלי האוטו-מושתל האינטרפוזיציוני. עם זאת, לא היו דיווחים על העברת עצבים C7 דרך המסלול הקדם-שדרתי בעכברים. ביצענו ניתוח CC7 של המסלול הקדם-שדרתי השונה בעכברים ווידאנו את מהירות ההתאוששות התפקודית לאחר העברת עצבים C7. במחקר זה, העברת עצב C7 קונטרלטרלי דרך המסלול הקדם-שדרתי שיפרה את תפקוד הגפיים המשותקות חודש לאחר הניתוח, ומשקפת זמן החלמה קצר יותר של מודל בעלי החיים המושתלים בעצב. לכן, מודל זה יכול לדמות במדויק מצבים קליניים ולהניח את הבסיס לניסויים נוספים.
כיצד לנתח את שורש העצב ולהפחית את הסיכון הם נושאים חיוניים להעברת C7. שלא כמו אצל בני אדם, מקלעת הזרוע של העכבר ממוקמת בחזה מתחת לעצם הבריח 5,16. לכן, היה צורך לשנות את אסטרטגיית הגישה כדי לאפשר תצפית על שורש עצב C7 ועמוד השדרה17. סטרנטומיה היא גישה ניתוחית בטוחה ויעילה והיא מיושמת בדרך כלל בניסויים בעכברים בניתוחי לב-חזה18,19. C6 lamina ventrali הוא גם מכשול להעברת עצבים. לפיכך, בוצע ניתוח סטרנטומיה כדי לנתח את שורש העצב C7 ולנתק את C6 lamina ventrali כדי לקצר את מרחק ההעברה.
למרות שהמסלול הקדם-שדרתי יכול להגדיל באופן משמעותי את שיעור ההצלחה של אנסטומוזה ישירה של ניתוח העברת עצבים, לא כל העכברים ניתנים לאנסטומוזה ישירות. זאת בעיקר בשל ההבדלים האנטומיים בעכברים אלה. הגו האמצעי (עצב C7) מתמזג עם הגזע העליון או התחתון במיקום קרוב מאוד לפתח הבין חולייתי. לפיכך, אורך עצבי C7 הזמינים לקציר אינו מספיק. כיום, הגישה היחידה היא השתלת עצבים או החלפת עכברים. מודל זה משמש בדרך כלל בעכברים בני 8 שבועות (20-25 גרם), מכיוון שהעכברים בוגרים ועצבי C7 בגודל מתאים לטיפול. למרות שפרוטוקול כירורגי זה חל גם על עכברים צעירים, רמת הקושי של הניתוח תגדל משמעותית בעכברים צעירים.
התפקוד המוטורי של הגפיים הקדמיות של עכברים בקבוצת TBI + CC7 גדל באופן משמעותי לאחר חודש וחודשיים, דבר המצביע על כך שעצב C7 המועבר תרם להחלמה של הגפה הקדמית הפגועה. רמיאלינציה היא קריטית להתאוששות עצבית תפקודית. מחקר קודם הראה כי מעטפת המיאלין של עצבים פגועים התחדשה לאחר חודש, בהתאם לתוצאות אלה20. כאן, העצב המועבר הבשיל בהדרגה, אשר היה עקבי עם המבחן ההתנהגותי. אלקטרומיוגרפיה שימשה לבדיקה נוספת של קצב ההתאוששות התפקודית לאחר העברת עצבים. התוצאות הראו כי העצב המועבר עצבב את השריר הפגוע 4 שבועות לאחר הניתוח. יש לציין כי מחקר זה הוא הראשון לקבוע את נקודת הזמן של עצבוב מחדש עם אנסטומוזה ישירה לאחר ניתוח העברת עצבים.
לסיכום, ביצענו סימולציה של ניתוח קליני כדי לקבוע פרוטוקול לאנסטומוזה ישירה של עצבי מקלעת הזרוע הדו-צדדית דרך המסלול הקדם-שדרתי בעכברים ואישרנו את תפקוד העצב העקור. מודל העכבר תרם להבהרת המנגנונים העצביים העומדים בבסיס השיקום בעת חציית מעבר עצבי לאחר פגיעות במערכת העצבים המרכזית וההיקפית.
Disclosures
למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82071406, 81902296 ו-81873766).
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).
