Konservierung von Schweine-Biomodellen für die Erforschung der vergleichenden menschlichen Anatomie

Zusammenfassung

In diesem Artikel wird ein Protokoll zur Konservierung von Schweine-Biomodellen vorgestellt. Bei der vorgeschlagenen Methode wird eine modifizierte chilenische Lösung mit einer reduzierten Formalinkonzentration verwendet. Der Konservierungsprozess besteht aus der Verabreichung der Lösung sowohl durch Auffüllen als auch durch Eintauchen der Probe, gefolgt von Deformolisierung und Gewebeerweichung mit Glycerin.

Zusammenfassung

Die Lehre der menschlichen Anatomie in der medizinischen Ausbildung steht vor Herausforderungen, die effektive Alternativen für die Studierenden erfordern, um die anatomische Komplexität praktisch zu erforschen. Schweine-Biomodelle mit ihren anatomischen Ähnlichkeiten mit dem Menschen bieten eine vielversprechende Lösung. In diesem Artikel wird ein detailliertes Protokoll zur Konservierung von Schweine-Biomodellen vorgestellt, das dem Bedarf an zugänglichen und effizienten Methoden in vergleichenden Anatomiestudien gerecht wird. Dieses Protokoll schlägt die Verwendung einer modifizierten chilenischen Lösung für die Konservierung von Biomodellen vor, wobei Formalisierungstechniken durch Füllung und Eintauchen eingesetzt werden. Anschließend erfolgt die Deformalisierung mit der modifizierten chilenischen Lösung ohne Formaldehyd, gefolgt von einem Glycerin-Erweichungsprozess. Angesichts des Mangels an Literatur zu Konservierungstechniken und des Fehlens eines standardisierten Verfahrens oder Tests zur Bewertung der Gewebekonservierung empfehlen wir, die Gewebequalität anhand von Messungen der Widerstandsfähigkeit und Elastizität zu bewerten. Unsere Ergebnisse deuten auf einen qualitativ hohen Grad an Gewebeerhaltung in unseren Proben hin. Darüber hinaus werden diese Biomodelle derzeit erfolgreich für morphologische Studien und in der Lehre der humanvergleichenden Anatomie für Medizinstudenten eingesetzt.

Einleitung

Die Lehre der Anatomie an medizinischen Fakultäten stößt oft auf Hindernisse, wie z.B. Schwierigkeiten beim Zugang zu menschlichen Körpern zum Sezieren und den Mangel an geeigneten Einrichtungen. Diese Einschränkungen unterstreichen die Notwendigkeit effektiver Alternativen, die es den Studierenden ermöglichen, anatomische Komplexität praktisch und realistisch zu erforschen. In diesem Zusammenhang haben sich Schweine-Biomodelle aufgrund ihrer anatomischen Ähnlichkeit mit dem Menschen als vielversprechende Alternative herausgestellt und bieten ein zugängliches und effizientes Mittel zum Lernen und Lehren von Anatomie¹.

Anatomische Konservierungstechniken zielen darauf ab, die Integrität biologischer Gewebe zu erhalten und gleichzeitig Schäden zu minimieren. Diese Techniken wurden zu Bildungs-, Wissenschafts- und Forschungszwecken sowohl bei der Erforschung der menschlichen als auch der veterinärmedizinischen Anatomie eingesetzt. Zahlreiche Substanzen wurden getestet, um Körper, Organe und Gewebe so lange wie möglich in ihrem natürlichen Zustand zu erhalten². Die Konservierung und Konservierung anatomischer Präparate bleibt jedoch eine Herausforderung, insbesondere für solche, die für morphologische Studien bestimmt sind, bei denen eine hohe Gewebekonservierung erforderlich ist³.

Auch wenn traditionell verwendete Lösungen weit verbreitet sind, zeigen sich Grenzen in der täglichen Praxis. Formalin, eine der am häufigsten verwendeten Substanzen, hat mehrere dokumentierte Nachteile für die Gewebekonservierung. Dazu gehören der irritierende Geruch, die hohe Toxizität, die damit verbundenen Krebs- und Mutagenitätsrisiken für die Handler sowie die organoleptischen Veränderungen, die es im Gewebe hervorruft, wie z. B. Steifheit und Verfärbung. Diese Veränderungen können die Wahrnehmung der physiologischen Eigenschaften des Gewebes verändern, wenn sie nach der Fixation untersucht werden, was möglicherweise präzise und genaue morphologische Studien behindert⁴. Studien haben gezeigt, dass die Fixierung mit hohen Formalinkonzentrationen zu einer höheren Gewebesteifigkeit führt⁵. Alternativen, wie z. B. die Thiel-Einbalsamierungstechnik, haben vielversprechende Ergebnisse mit einer besseren Erhaltung der ursprünglichen Färbung und Biegsamkeit des Gewebes gezeigt⁶. Diese Technik ist jedoch im Vergleich zu anderen Lösungen teurer⁷. Diese Herausforderungen bieten die Möglichkeit, neue, erschwingliche Konservierungstechniken zu entwerfen und zu testen, die dennoch einen qualitativ hochwertigen Anatomieunterricht ermöglichen.

Das Ziel dieses Protokolls ist es, die Methodik zu beschreiben, die am Anatomielabor der Universidad Icesi in Cali, Kolumbien, zur Konservierung von Schweine-Biomodellen verwendet wird, die als Lehrmittel für die vergleichende Untersuchung der menschlichen Anatomie verwendet werden.

Protokoll

Die beschriebene Technik wurde in voller Übereinstimmung mit den Richtlinien der Institutionellen Ethikkommission für die Pflege und Verwendung von Tieren im Experiment (CIECUAE) der Universidad Icesi in Übereinstimmung mit dem Gesetz 84 von 1989 und dem Beschluss des Rektors Nr. 847 vom 9. Juli 2012 entwickelt. Dies gewährleistet sowohl die wissenschaftliche Integrität als auch das Wohlergehen der verwendeten Tiere und minimiert ihr Leiden. Für diese Studie wurden männliche Landrasseschweine im Alter von 3 Monaten und einem Gewicht von 15-20 kg verwendet. Die erforderlichen Reagenzien und Geräte sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Biomodell des Schweins

1. Opferung des Tieres
   1. Führen Sie eine allgemeine tierärztliche Untersuchung durch und stellen Sie das ausgewählte Schweineexemplar für 24 Stunden unter Quarantäne. Wenn das Tier während dieser Zeit keine Symptome zeigt, ist mit der Euthanasie fortzufahren.
2. Anästhesie
   1. Verabreichen Sie intramuskulär eine Anästhesie mit Ketamin + Xylazin + Atropin in Dosen von 10 mg/kg, 0,5 mg/kg bzw. 0,04 mg/kg (gemäß den institutionell anerkannten Protokollen).
      HINWEIS: Stellen Sie eine tiefe Anästhesie sicher. Beurteilen Sie die Tiefe der Anästhesie durch körperliche Untersuchung. Eine tiefe Anästhesie wird durch eine erweiterte und zentrierte Pupille, das Fehlen des Lidreflexes, eine Depression des Hornhautreflexes und eine verminderte Atemfrequenz, Herzfrequenz und Blutdruck angezeigt.
3. Euthanasie
   1. Verabreichen Sie 5 ml Natrium-Pentobarbital/Diphenylhydantoin (390/50 mg/ml) intravenös. Nach Verabreichung des Euthanasiemittels werden die physiologischen Parameter des Tieres für die Spezies Suis Scrofa auskultiert: HR, 60-90; FR, 8-18; und T° 37-39°C⁸.
   2. Überwachen Sie die Herzfrequenz, bis sie allmählich abnimmt und ganz stoppt. Beobachten Sie unmittelbare Veränderungen wie Schließmuskelentspannung, zyanotische Membranen und das Fehlen einer Reaktion auf Körperreize. Betrachten Sie die Euthanasie als abgeschlossen, nachdem Sie 5 Minuten Herzauskultation durchgeführt haben, ohne einen Herzschlag zu erkennen.
4. Lagerung und Transport
   1. Transportieren Sie das Schweine-Biomodell innerhalb einer halben Stunde nach der Euthanasie vom Eingriffsraum in das Anatomielabor, um Zersetzung und mikrobielle Vermehrung zu verhindern und so die Konservierung des Biomodells zu optimieren.

2. Konservierungslösung auf Basis chilenischer Lösung

1. Zubereitung der modifizierten chilenischen Lösung
   1. Verwenden Sie eine modifizierte chilenische Lösung, die Ethanol, Glycerin, Formaldehyd, Benzalkoniumchlorid, aromatische Kaffeeessenz und destilliertes Wasser enthält. Stellen Sie sicher, dass die Lösung einen pH-Wert von 7,0 hat.
   2. Bereiten Sie die Konservierungslösung in einem 50-Liter-Tank vor. Geben Sie zunächst 10,6 l destilliertes Wasser in den Tank. Fügen Sie anschließend 7,6 l 96 % Ethanol, 5 l Glycerin, 0,5 l 50 % Benzalkoniumchlorid und 0,1 l aromatische Kaffeeessenz hinzu.
      HINWEIS: In Tabelle 1 sind die erforderlichen Konzentrationen und Volumina jeder Komponente aufgeführt, die zur Herstellung von 25 l der modifizierten chilenischen Lösung erforderlich sind.

3. Verabreichung der modifizierten chilenischen Konservierungslösung

HINWEIS: Sobald die Konservierungslösung hergestellt ist, verabreichen Sie sie durch Auffüllen und Eintauchen.

1. Verabreichung durch Auffüllen der modifizierten chilenischen Konservierungslösung
   HINWEIS: Verwenden Sie für dieses Verfahren Biosicherheitskleidung: eine wiederverwendbare Halbmaske mit A1P2-Filtern, eine Bioschutzbrille, einen langärmeligen Einweg-OP-Kittel, eine OP-Kappe, Leggings und Nitrilhandschuhe.
   1. Chirurgischer Ansatz
      1. Machen Sie einen Schnitt entlang der Linea alba (mit einem Skalpellgriff 4, Klinge 22) vom Processus xiphoideus bis zur Schamregion.
      2. Identifizieren Sie das subkutane Zellgewebe und die Muskelfasern des Musculus rectus abdominis.
         HINWEIS: Identifizieren Sie zum Zeitpunkt des Schnitts das spärliche Fettgewebe, das an der Haut haftet, das als subkutane Zellgewebe bezeichnet wird, und die Muskelfasern des Musculus rectus abdominis, die tiefer liegen⁹.
      3. Vorsichtig schneiden, um Zugang zum Bauchfell zu erhalten, um sicherzustellen, dass es sich zur Bauchhöhle öffnet, ohne Leber und Darm zu verletzen, die sofort freigelegt werden.
      4. Ziehen Sie die Darmschlingen auf die rechte Seite der Bauchhöhle zurück. Identifizieren Sie das parietale Peritoneum, das über der linken Niere und den Nierengefäßen liegt. Nutzen Sie diese Gefäßstrukturen, um die Bauchschlagader zu lokalisieren.
      5. Finden Sie das Auftauchen des linken Nierenstiels. Entfernen Sie das Bauchfell, das die Aorta 5 cm oberhalb der Nierenarterie bedeckt.
      6. Nach Freilegung des linken Nierenstiels werden die Darmschlingen mobilisiert und das Peritoneum, das den Hilum bedeckt, eingeschnitten. Präparieren Sie anteroposterior, um zuerst die Nierenvene zu identifizieren, die größer ist und sich anterior befindet.
      7. Lokalisieren Sie die Nierenarterie nach hinten und folgen Sie ihrer Flugbahn bis zu ihrem Ursprung in der Bauchaorta. Identifizieren Sie schließlich das Nierenbecken, die hinterste Struktur des Hilums⁹.
      8. Präpariere vorsichtig den hinteren Teil der Aorta. Verwenden Sie 0/0 Seide, um die Aorta mit einem Knoten über dem Niveau der Nierenarterie und einem weiteren Knoten 5 cm darüber zu ligieren.
      9. Klemmen Sie die Aorta sofort mit zwei Kelly-Klemmen an beiden Enden des isolierten Aortensegments.
      10. Die Aortenwand mit der Spitze einer Metzembaum-Schere einschneiden, dabei einen Schnitt von ca. 0,3 cm in die Vorderwand der Aorta machen, dabei darauf achten, dass sie nicht perforiert wird.
      11. Verknoten Sie das distale Ende, während Sie die Kelly-Klemme entfernen, um eine 3,2 mm stumpfe L-förmige Nadel in das arterielle Lumen einzuführen. Entfernen Sie die proximale Kelly-Klemme und beginnen Sie mit der Perfusion der modifizierten chilenischen Konservierungslösung.
   2. Aortenperfusion der modifizierten chilenischen Konservierungslösung
   3. Fahren Sie mit der Perfusion der modifizierten chilenischen Konservierungslösung fort.
      HINWEIS: Verabreichen Sie 0,25 l/kg mit einem Druck von 10 Pfund mit einer Perfusionspumpe.
   4. Ende der Perfusion
      1. Sobald die Perfusion der Konservierungslösung abgeschlossen ist, entfernen Sie die Perfusionskanüle und verknoten Sie die Einstichstelle mit 0/0 Seide, um einen Rückfluss der Konservierungslösung zu verhindern. Verschließen Sie den Bauch, indem Sie den Schnitt an der Linea alba mit 0/0 Seide vernähen.
         HINWEIS: Um zu beurteilen, ob eine ausreichende Perfusion erreicht wurde, überprüfen Sie die akuten Sättigungsindikatoren: Ausdehnung der oberen und unteren Extremitäten, zervikale und thorakale Fülle und Abfluss der Lösung durch die Nasenlöcher. Die ungefähre Perfusionszeit beträgt 2 h.
2. Verabreichung durch Immersion
   HINWEIS: Verwenden Sie für dieses Verfahren Biosicherheitskleidung: eine wiederverwendbare Halbmaske mit A1P2-Filtern, eine Bioschutzbrille, einen langärmeligen Einweg-OP-Kittel, eine OP-Kappe, Leggings und Nitrilhandschuhe.
   1. Verabreichung durch Eintauchen der modifizierten chilenischen Konservierungslösung
      1. Lagern Sie die Schweineprobe in einem 300-l-Tank, der mit der gleichen Konservierungslösung wie in Schritt 2 beschrieben gefüllt ist.
         HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass das Biomodell vollständig mit ca. 150 l der Lösung eingetaucht ist. Lagern Sie das Biomodell nach dem Eintauchen 6 Monate lang bei 20 °C. Zu den Indikatoren für eine adäquate Konservierung gehört das Fehlen von Zersetzungszeichen (z. B. Körperödem, Schwellung, übler Geruch, Lividität und Brüchigkeit des Gewebes).

4. Deformolisierungslösung auf Basis chilenischer Lösung

1. Herstellung der Deformolisierungslösung
   1. Verwenden Sie eine modifizierte chilenische Lösung, die Ethanol, Glycerin, Benzalkoniumchlorid, aromatische Kaffeeessenz und destilliertes Wasser enthält. Stellen Sie sicher, dass die Lösung einen pH-Wert von 7,0 hat.
2. Bereiten Sie die Deformolisierungslösung in einem 50-Liter-Tank vor. Zuerst 11,1 l destilliertes Wasser, dann 7,8 l 96 % Ethanol, 5 l Glycerin, 1 l 50 % Benzalkoniumchlorid und 0,1 l aromatische Kaffeeessenz hinzufügen.
   HINWEIS: In Tabelle 2 finden Sie die erforderlichen Konzentrationen und Volumina jeder Komponente, die zur Herstellung von 25 l der formaldehydfreien modifizierten chilenischen Lösung erforderlich sind.

5. Deformolisierung

HINWEIS: Verwenden Sie für dieses Verfahren Biosicherheitskleidung: eine wiederverwendbare Halbmaske mit A1P2-Filtern, eine Bioschutzbrille, einen langärmeligen Einweg-OP-Kittel, eine OP-Kappe, Leggings und Nitrilhandschuhe.

1. Verabreichung durch Eintauchen der formaldehydfreien modifizierten chilenischen Konservierungslösung
   1. Am Ende der 6-monatigen Konservierungszeit wird das Biomodell in einen 300-Liter-Tank überführt, der mit formaldehydfreier, modifizierter chilenischer Konservierungslösung gefüllt ist. Lagern Sie das Biomodell für 4 Wochen.
      HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass das Biomodell vollständig mit ca. 150 l der Lösung eingetaucht ist.

6. Erweichung von Glycerin

1. Tauchen Sie das Biomodell unmittelbar nach dem Deformolisierungsprozess in Lösungen mit steigenden Konzentrationen von in Wasser verdünntem Glycerin: 50 %, 70 % und 90 % Glycerin. Pflegen Sie das Biomodell in jeder Konzentration eine Woche lang.

Ergebnisse

Das Ziel dieses Protokolls ist es, eine effektive und praktikable Technik vorzustellen, die es ermöglicht, Schweine-Biomodelle für den vergleichenden Unterricht in der menschlichen Anatomie zu erhalten. Derzeit gibt es keine standardisierten Methoden oder Tests zur Bewertung der Modellerhaltung. Daher wurde die Gesamtkonservierung des Modells anhand von Indikatoren für die Lösungsfüllung und Anzeichen von Zersetzung bewertet, nachdem das Protokoll an den Proben abgeschlossen worden war. Um die Eignung der Biomodelle für ...

Diskussion

Traditionell haben sich anatomische Studien auf menschliche Leichen gestützt; Schwierigkeiten bei der Beschaffung dieser Proben haben jedoch dazu geführt, dass alternative Methoden erforscht wurden. Schweine-Biomodelle haben sich als wertvolle Werkzeuge für die Untersuchung der menschlichen Anatomie erwiesen und bieten anatomische Ähnlichkeiten, die das Lernen und seine Extrapolation auf medizinische Anwendungen beim Menschen erleichtern 12,13,14,15.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Benzalkoniumchlorid	proté cnica Ingenierí a	PROQUAT BC 50/80	CAS-Nummer. 68424-85-1
Ethanol	Nicht anwendbar	Nicht zutreffend Ethanol	96%
Formaldehyd	Albor quí micos	Nicht zutreffend	Formaldehyd
Glycerin	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	Glycerin
Injektionspumpe	Disá nchez	Spezial-Injektor YA-02	Einspritzpumpe
Kelly-Pinzette	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend Nicht zutreffend	Kelly-Pinzette
Metzembaum-Schere	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	Metzembaum-Schere
	Nadel-Disá nchez	L canule	L canule
Skalpell	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	Skalpellgriff 4/ Skalpellklinge 22
Naht  Seide	Nicht zutreffend	Nicht zutreffend	Naht Seide 0/0