In vivo biomechanische Testung von Nerven: Ein Verfahren zur biomechanischen Analyse der Verletzung des Nervus brachialis in einem neugeborenen Schweinemodell

Zusammenfassung

Quelle: Singh, A., et al. Methoden für biomechanische In-vivo-Tests am Plexus brachialis bei neugeborenen Ferkeln. J. Vis. Exp. (2019).

In diesem Video demonstrieren wir die biomechanische Prüfung des Nervus brachialis in einem Schweinemodell, um die Schwellenzugfestigkeit des Nervs zu messen, wenn er gedehnt wird. Diese Technik hilft bei der Bestimmung der strukturellen und mechanischen Eigenschaften des Nervs.

Protokoll

Alle Verfahren, an denen Tiermodelle beteiligt sind, wurden vom lokalen institutionellen Tierpflegeausschuss und dem Tierprüfungsausschuss von JoVE überprüft.

1. Biomechanische Tests

1. Aufbau des biomechanischen Prüfgeräts
   HINWEIS: Für die In-vivo-Dehnung des Nervus brachialis (BP) wurde ein speziell angefertigtes mechanisches Prüfgerät entwickelt und hergestellt (Abbildung 1).
   1. Befestigen Sie die Basis des Aufbaus an einem Wagen.
   2. Befestigen Sie den elektromechanischen Antrieb mit großen C-Klemmen an der Basis. Der Aktuator kann eine Kraft von 150 lb, einen Hub von 10 Zoll und eine Geschwindigkeit von 15 mm/s bereitstellen. Die Geschwindigkeit kann auf 0,2 mm/s reduziert werden und funktioniert trotzdem wie gewünscht.
   3. Befestigen Sie die 200 N Wägezelle am Aktuator.
   4. Befestigen (einschrauben) Sie an der Wägezelle eine Klemme, die aus gepolstertem Plexiglas besteht, die die Spannungskonzentration an der Klemmstelle verhindert.
   5. Befestigen Sie eine Kamera an einem Stativ. Stellen Sie sicher, dass die Kamera bis zu 120 f/s bei einer Auflösung von 658 x 4926 Pixeln aufnehmen kann.
   6. Schließen Sie USB-Kabel von der Kamera, dem Aktuator und der Wägezelle an den Computer an, um alle Komponenten des Setups zu integrieren und zu synchronisieren.
   7. Schließen Sie den Computer, den Aktuator und die Wägezelle an eine Stromquelle an.
2. Kalibrieren Sie die Wägezelle, bevor Sie die aufgebrachten Lasten aufzeichnen. Führen Sie dazu die folgenden Schritte aus:
   1. Stellen Sie den Antrieb mit dem verstellbaren Griff auf einen 90°-Winkel ein und überprüfen Sie den Winkel mit einem Winkelmesser.
   2. Öffnen Sie die Software, die mit der Wägezelle arbeitet (Materialtabelle). Drücken Sie die Start-Taste, um eine Live-Anzeige der Spannung anzuzeigen.
   3. Hängen Sie Gewichte von 0 bis 1.000 g in Schritten von 100 g an die Klemme und zeichnen Sie die gemessenen Spannungen auf.
   4. Berechnen Sie die lineare Gleichung der Spannungen und Gewichte, indem Sie die Steigung (m) und den Schnittpunkt (b) ermitteln. Dies geschieht mit einem Tabellenkalkulationsprogramm und der enthaltenen Steigungsfunktion, um b aus Gleichung 1 unten zu berechnen. Fügen Sie die unten gezeigte Gleichung 2 in den mechanischen Setup-Code ein.
      Gleichung 1: b = y – mx
      Dabei gilt: y ist das Gewicht, x ist die Spannung, m ist die Steigung und b ist der Schnittpunkt (Konstante).
      Gleichung 2: y = mx + b
      Dabei gilt: y ist das Gewicht, x die Spannung, m die Steigung und b die Konstante.
3. Prüfung: Der Blutdrucknerv wird durchtrennt und durch eine speziell angefertigte Klemme an der Versuchsanlage verankert.
   1. Bringen Sie ein anästhesiertes neugeborenes Schwein in Rückenlage mit freiliegendem Blutdrucknerv.
   2. Schneide den Blutdrucknerv mit einer feinen Schere durch.
   3. Klemmen Sie die Schnittseite des BP-Nervs in die speziell angefertigte Klemme (Abbildung 1).
   4. Tragen Sie manuell schwarze Acrylfarbe oder Tusche auf das eingespannte BP-Segment auf (Abbildung 2).
   5. Platzieren Sie ein Kalibriergitter, bei dem es sich um ein 1 cm langes Lineal handelt, flach in das Tier, um die Skala für die Datenanalyse einzustellen.
   6. Verwenden Sie die Software der Kamera, um die Platzierung der Kamera direkt über den getesteten Segmenten zu betrachten, wodurch die Bewegung/Verschiebung der Marker überwacht und die tatsächliche Gewebedehnung zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden kann.
   7. Notieren Sie erste Messungen, wie z. B. die Höhe, in der der Nerv vom Tisch in den Körper eindringt, und die Höhe der Klemme vom Tisch, den Winkel des Aktuators und die gesamte Länge des Gewebes.
   8. Öffnen Sie die Programmiersoftware (eine Tabelle, die die grafische Benutzeroberfläche [GUI] enthält (Abbildung 3).
   9. Führen Sie die GUI aus, indem Sie auf die Schaltfläche Ausführen klicken.
   10. Initialisieren Sie das System, indem Sie auf die Schaltfläche Initialisieren klicken.
   11. Tarieren Sie das System, indem Sie die Tara-Taste drücken.
   12. Strecken Sie das BP-Segment, indem Sie die Start-Test-Taste drücken. Dadurch wird das Gewebe mit einer zugewiesenen Geschwindigkeit von 500 mm/min gezogen, bis in einem beliebigen Segment des Blutdrucks ein vollständiges Versagen auftritt. Das Programm speichert auch eine Videodatei, die aufgebrachte Zuglast, die Verschiebung des Gewebes und die Dauer des Tests.
   13. Notieren Sie die Versagensstelle, d. h. den Punkt, an dem das Gewebe reißt.

Ergebnisse

Abbildung 1: Details des mechanischen In-vivo-Prüfgeräts, einschließlich Aktuator, Wägezelle und Klemme.

Abbildung 2: Marker, die über den Blutdrucksegmenten platziert werden, um die Belastungen aufzuzeichnen, die das Gewebe während der Dehnung e...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Omega Subminature Zug- und Druck-Wägezelle	Omega	LCM201-200N	200N Lastspule
Basler acA640-120uc Kamera	Basler	acA640-120uc	-
Feedback-Linearantrieb	Progressive Automatisierungen	PA-14P	10" Hub, 150lb Kraft, 15mm/s Geschwindigkeit
Bewegungsverfolgungs-Software	Kinovea	N/A	quelloffen
Proramming-Software - MATLAB	Mathworks (Englisch)	N/A	Fassung 2018A
Schere	Feine Wissenschaft Werkzeuge Inc	14094-11 oder 14060-09	-