方法 体内 新生仔猪臂丛神经生物力学测试

摘要

本文介绍了一种在新生猪模型中对臂丛神经进行体内生物力学测试的方法。

摘要

新生儿臂丛神经麻痹（NBPP）是一种在分娩过程中发生的牵拉性损伤，累及位于颈部和肩部区域的神经丛，统称为臂丛（BP）。尽管产科护理近年来取得了进展，但NBPP问题仍然是全球性的健康负担，发病率为每1000例活产中有1.5例。此类损伤较严重的形式可导致从肩部向下延伸至整个手臂的永久性瘫痪。预防和治疗NBPP需要深入了解新生儿臂丛神经在受到牵拉时的生物力学与生理反应。目前对新生儿臂丛的认识主要基于成年动物或尸体臂丛组织的研究，而非来自活体新生儿臂丛组织的数据。本研究描述了一种用于在新生仔猪中开展活体生物力学测试的体内机械测试装置及操作流程。该装置由夹具、驱动器、测力传感器和摄像系统组成，可施加并监测直至组织断裂为止的体内应变与载荷。摄像系统还可实时观察断裂发生的位置。总体而言，该方法可实现对新生儿臂丛在牵拉条件下详细的生物力学特性表征。

引言

尽管产科领域取得了近期进展，但由于臂丛神经复合体受到牵拉损伤而导致的新生儿臂丛麻痹（NBPP）问题仍然是全球性的健康负担，其发病率为每1000例活产中有1.5例^1,2。相关的风险因素可能来自母体（如体重过度增加、妊娠期糖尿病、子宫异常、既往臂丛神经麻痹史）、胎儿（如胎儿巨大症）或分娩过程本身（如肩难产、产程延长、使用产钳或真空吸引器助产、臀位分娩³）。尽管在某些情况下这些并发症不可避免，但预防和治疗NBPP需要深入了解新生儿臂丛神经在受到牵拉时所表现出的生物力学和生理学反应。

关于臂丛神经（BP）的生物力学研究多采用成年动物和人类尸体组织，其结果存在显著差异^{4,5,6,7,8,9,10,11}

方案

德雷塞尔大学机构动物护理和使用委员会批准了所有程序（#20704）。

1. 动物到达与适应

1. 仔猪到达后，将1–2日龄的仔猪隔离至少24小时。
2. 将仔猪饲养在清洁并消毒过的不锈钢笼子（36英寸×48英寸×36英寸）中，垫以白杨木屑，并自由饲喂仔猪代乳粉。
3. 维持室温在85 °F，以确保热中性环境。

2. 实验当天

1. 实验前 2 小时撤除饲料。
2. 对仔猪进行肌肉注射氯胺酮（10–40 mg/kg）/赛拉嗪（1.5–3.0 mg/kg，肌内注射），并通过转运箱将其运送至手术区域。

3. 麻醉的诱导与维持

1. 通过鼻罩给予4%异氟烷与氧气混合的吸入麻醉剂，并通过检测角膜反射和回缩反射消失来确认动物已深度麻醉。
2. 将动物置于仰卧位进行气管插管，使用喉镜（直型镜片）辅助将气管插管（直径2.5–2 mm）插入气管。
3. 固定气管插管后，将动物连接至呼吸机。
4. 确保仔猪接受异氟烷（0.25%–3%维持浓度）、氧气和氧化亚氮的混合气体。
5. 给予芬太尼（10 μg/kg）一次剂量，并每1–2小时重复给药一次，以维持充分的镇痛和镇静深度，避免因动物移动造成气管插管移位的风险....

结果

代表性载荷-时间曲线以及来自臂丛神经（BP）四个节段（位于四个标记点之间）的应变数据分别如图5和图6所示。测得的断裂载荷为8.3 N，平均断裂应变为35%，反映了新生个体臂丛神经在拉伸条件下的生物力学响应。神经的不同区域所经历的应变程度不同，表明沿神经全长的损伤分布不均匀。相机数据可确定断裂位置位于椎间孔附近。

图1：体内力学测试装置的细节，包括执行器、测力传感器和夹具。

讨论

现有文献中关于牵拉对BP组织生物力学响应的研究，在阈值范围和方法学上均表现出较大的差异性^{4,6,8,18,19,20,21,22,23}. 已发表结果的差异可能源于组织处理方法的不同（例如，固定的 与 未固定的组织）、测量伸长率的方法学差异以及所用物种的不同。此外，这些数据均来自成年动物或人类尸体，而非新生儿。由于伦理原因，难以获取活体人类新生儿的力学数据，因此可采用在解剖结构上与人类相似的大型动物模型进行替代研究。仔猪是一.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Omega微型张力传感器 &和压缩负荷传感器	Omega	LCM201-200N	200N 负载传感器
Basler acA640-120uc 相机	巴塞尔	acA640-120uc
反馈线性执行器	Progressive Automations	PA-14P	10" 中风，150磅力，15毫米/秒速度
运动追踪软件	Kinovea	N/A	开源
编程软件 - MATLAB	Mathworks	N/A	版本 2018A
手术器械
镊子	Fine Science Tools 公司	11006-12 和 11027-12 或 11506-12
止血钳	Fine Science Tools 公司	13009-12
剪刀	Fine Science Tools 公司	14094-11 或 14060-09