Artículo de método

Modelos animales de rata para la evaluación de los efectos de la estimulación de los nervios sacros y periféricos sobre la función de la vejiga

DOI:

10.3791/70300

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9 de junio de 2026

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1Research Unit of Urology, Department of Clinical Research, University of Southern Denmark, 2Department of Urology, Ostrava University Hospital, 3Department of Surgical Studies, Ostrava University, 4Department of Urology, Odense University Hospital

En este artículo

Resumen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este protocolo describe técnicas quirúrgicas detalladas para estimular los nervios sacro, tibial y peroneo en ratas anestesiadas. Estos modelos permiten investigar los efectos de la neuromodulación sobre la función de la vejiga, ayudar a determinar parámetros óptimos de estimulación y permitir el estudio de los mecanismos de acción de las terapias de estimulación de los nervios sacros y periféricos.

Resumen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La neuromodulación, un enfoque terapéutico para la disfunción de diversos órganos, ha demostrado ser eficaz en el tratamiento de las disfunciones del tracto urinario inferior. A pesar de su éxito clínico, los mecanismos subyacentes a la neuromodulación siguen siendo incompletamente comprendidos, lo que subraya la necesidad de modelos animales estandarizados y reproducibles. Se han establecido modelos preclínicos de neuromodulación de la vejiga urinaria mediante estimulación sacra y nerviosa periférica durante más de dos décadas; sin embargo, la literatura existente ofrece detalles metodológicos limitados sobre los procedimientos quirúrgicos. Este artículo ofrece una descripción detallada y una representación visual de técnicas bien establecidas para la estimulación del nervio sacro. También describe un enfoque modificado para la estimulación del nervio tibial e introduce un método novedoso de neuromodulación de vejiga utilizando estimulación del nervio peroneo en un modelo de rata. El enfoque de estimulación del nervio tibial modificado consiste en exponer y estimular el nervio tibial en su origen, como una rama del nervio ciático, en lugar de en el tobillo medial, como se describió en estudios previos. Dada la reciente introducción de la estimulación del nervio peroneo para la neuromodulación de la vejiga en la práctica clínica, este artículo propone un modelo único de rata para investigar sus mecanismos en el control de la función del tracto urinario inferior. Se detalla una guía paso a paso para los tres métodos de neuromodulación para la exposición nerviosa, la colocación de electrodos y la verificación de la colocación exitosa de electrodos basada en respuestas motoras características. Se incluye un ejemplo representativo del efecto de la estimulación del nervio peroneo en la función de la vejiga en un modelo de rata de hiperactividad vesical inducida por ácido acético para demostrar su aplicabilidad. Este artículo presenta un protocolo estandarizado y técnicamente accesible para estudiar los mecanismos de neuromodulación, incluyendo alteraciones en la señalización sensorial de la vejiga, las vías reguladoras espinales y supraespinales, la optimización de parámetros de estimulación y la comparación de la eficacia de diferentes objetivos de estimulación.

Introducción

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La neuromodulación utiliza estimulación eléctrica de baja amplitud para alterar la función del órganofinal 1. En el contexto de la disfunción del tracto urinario inferior, como el síndrome de vejiga hiperactiva (CCA), la retención urinaria no obstructiva, la vejiga neurogénica y el síndrome de dolor vesical, la neuromodulación se emplea como tratamiento de tercera línea para pacientes que no han superado la terapia conductual y lafarmacoterapia 2. Para la neuromodulación en pacientes con CCA, la estimulación del nervio tibial posterior y la estimulación del nervio sacro (SNS) se han utilizado ampliamente en la práctica clínica. Se están estudiando enfoques experimentales de neuromodulación que apuntan a otros nervios periféricos, incluidos los nervios pudendo yperoneo, 3,4,5,6.

Aunque la neuromodulación se ha utilizado en el tratamiento de las enfermedades de la vejiga y el intestino durante varias décadas, su mecanismo de acción no se comprende completamente. Como se indicó en la revisión del grupo multidisciplinar de expertos, los parámetros de estimulación actualmente utilizados fueron elegidos principalmente por los fabricantes basándose en un enfoque de pruebay error 7. Por ello, es importante seguir utilizando modelos animales para dilucidar las vías subyacentes y optimizar los parámetros de estimulación para mejorar el efecto terapéutico. Se han realizado varios experimentos preclínicos, utilizando animales despiertos y anestesiados, incluyendo ratones, ratas, ovejas, perros ygatos 4. Con directrices éticas y políticas de investigación a nivel mundial que fomentan el uso de especies menos complejas y más pequeñas, los modelos de roedores se han empleado con mayor frecuencia en los últimos años.

La SNS en modelos de ratas de disfunción vesical ha empleado predominantemente dos enfoques metodológicos. La primera, descrita por Zvara et al., consiste en implantar un electrodo estimulante en el foramen sacro utilizando un angiocateter o una agujaespinal 8. El segundo enfoque requiere la exposición de la raíz nerviosa L6 y la colocación de electrodos estimulantes bajo los nervios L6, utilizando cola de silicona para asegurar el contacto entre el electrodo y el nervio9. La técnica que implica la colocación de electrodos en foramen sacro refleja el enfoque clínico. El método que utiliza la exposición de la raíz L6, aunque técnicamente desafiante, proporciona una localización precisa y un acceso más consistente al nervio.

En la literatura se han descrito modelos animales de rata que imitan la estimulación del nervio tibial posterior. El método más utilizado consiste en la exposición quirúrgica del nervio tibial en la parte medial de la extremidad trasera, por encima deltobillo 10,11,12,13,14,15,16. Otro método consiste en la inserción percutánea de electrodos de aguja cerca del nerviotibial 17. Este artículo pretende ofrecer una descripción detallada de la estimulación del nervio tibial en su origen, entre los músculos glúteo mayor y bíceps femoral, donde el nervio ciático se divide en tres ramas: el nervio tibial, el peroneo común y el nervio sural. Además, este estudio introduce la estimulación del nervio peroneo como un modelo animal novedoso para investigar un nuevo método de neuromodulación. La relevancia traslacional de este modelo de rata se ve respaldada por la reciente introducción clínica de la estimulación del nervio peroneo para la neuromodulación de lavejiga 18,19.

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Protocolo

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Los animales fueron alojados en el Centro de Cuidado Animal de la Universidad del Sur de Dinamarca, siguiendo las directrices institucionales. Todos los experimentos con animales se realizaron de acuerdo con la guía de los Institutos Nacionales de Salud para el cuidado y uso de animales de laboratorio. El Comité de Ética de la Inspección Danesa de Experimentos con Animales aprobó los procedimientos del estudio (Protocolo nº 2022-15-0201-01158). Los reactivos y el equipo utilizado se enumeran en la Tabla de Materiales.

1. Preparación de los electrodos

NOTA: Para la estimulación tibial, peroneal y del nervio L6, se utilizaron electrodos bipolares en forma degancho 20. Los siguientes pasos ofrecen una breve descripción del diseño y construcción de los electrodos.

  1. Corta dos hilos de plata recubiertos de politetrafluoroetileno (PTFE) de igual longitud y retuercelos juntos.
  2. Pelar 4–5 mm de PTFE de un extremo de los cables, recortar los extremos expuestos de forma uniforme y dobla las puntas hacia arriba sobre una aguja de 23 G para formar dos ganchos paralelos separados por 2 mm.
  3. Fija el electrodo a una placa y coloca los ganchos hacia arriba y extendiéndose por encima del borde de la placa.
  4. Mezcla el pegamento de silicio bicomponente durante 5 segundos. Aplica una gota de 1–2 mm desde los ganchos y déjala secar aproximadamente 5 minutos.
  5. Quita una sección de 1–2 cm de largo del recubrimiento de PTFE desde el extremo opuesto del electrodo para permitir la conexión al estimulador.

2. Preparación animal

NOTA: En condiciones estériles, se implantaron catéteres PE-50, con un extremo ensanchado por el calor, en la cúpula de la vejiga de las hembras de rata Sprague-Dawley (250–300 g) y asegurados con una sutura de cordón de bolsa. El extremo distal del tubo se externalizaba en la espalda del animal y se enroscaba en una bolsa subcutánea21. Se permitieron cinco días para que la vejiga se recuperara tras la operación.

  1. Anestesiar al animal con uretano (1,5 g/kg, intraperitoneal) (siguiendo los protocolos institucionalmente aprobados). Administrar uretano en tres dosis divididas cada 15 minutos, aproximadamente 2 horas antes del inicio del experimento.
  2. Pasa al animal a una almohadilla térmica y colócalo en posición prona.
  3. Para la estimulación tibial y peronea, afeita la extremidad posterior de la rata alrededor de la zona del muslo así como la mitad inferior de la espalda. Coloca la cola y una jeringuilla de 5 mL bajo la extremidad trasera izquierda de la rata y fija la cola y la pierna como se muestra en la Figura 1A.
  4. Para el SNS, afeita la espalda de la rata desde la cola hasta la columna torácica y coloca un tubo centrífugo de 50 mL bajo el abdomen para elevar la región lumbar y sacra.
    NOTA: Todos los experimentos de neuroestimulación representan procedimientos no relacionados con la supervivencia. Utiliza técnicas quirúrgicas limpias.

3. Disección del nervio peroneo y tibial e implantación de los electrodos

  1. Utiliza un bisturí para hacer una incisión de 3–3,5 cm en el centro entre la articulación de la rodilla y la tuberosidad isquial (Figura 1B).
  2. Separa la piel del músculo deslizando las tijeras por debajo de la piel y cortando el tejido conectivo.
  3. Abre la piel usando retractores y expone la fascia que conecta el glúteo mayor con los músculos bíceps femoral (Figura 1C).
  4. Utiliza tijeras rectas para cortar la fascia y disecciona el espacio entre el glúteo mayor y el bíceps femoral hasta visualizar el nervio ciático (Figura 1D,E).
  5. Reposicionar los retractores en el bíceps femoral para lograr una buena exposición del nervio ciático y sus ramas: los nervios tibial, peroneo y sural (Figura 2A). En este contexto, "nervio peroneo" se refiere al nervio peroneo común antes de su división en nervios peroneos profundos y superficiales. El nervio tibial es la rama más grande; El nervio sural es el más pequeño y el peroneo tiene un diámetro intermedio.
  6. Separa el nervio peroneo del tejido conectivo circundante usando pinzas curvas y microtijeras. Luego utiliza microfórceps para dispersar cuidadosamente el tejido por ambos lados y por debajo de él para aislar una sección de 5 mm de largo del nervio. Repite el mismo procedimiento con el nervio tibial para la estimulación del nervio tibial (Figura 2B).
    NOTA: Evita aplastar el nervio levantándolo con la pinza y reduce al mínimo el tirón en el nervio.
  7. Haz una incisión de 5 mm de largo en la mitad inferior de la espalda usando un bisturí y desliza un hemostático bajo la piel a través de la incisión para crear un canal subcutáneo. Avanza el hemostático con cuidado hasta que la punta emerge en la incisión de la extremidad posterior (Figura 2C).
  8. Usando el hemostato, agarra el extremo desenganchado del electrodo y retira lentamente el instrumento a través de la incisión en la mitad inferior de la espalda. Utilizando dos pinzas, dobla el otro extremo del electrodo (extremo gancho) a un ángulo de 90° respecto al plano subcutáneo y asegúrate de que los ganchos del electrodo estén colocados adyacentes y perpendiculares al nervio (peroneo o tibial) (Figura 2D).
    NOTA: Es importante colocar correctamente el electrodo para evitar que el nervio se estire.
  9. Utiliza pinzas micro curvas para levantar el nervio y desliza los ganchos del electrodo bajo el nervio. Mezcla el pegamento de silicio bicomponente durante 5 s, usa un bastoncillo para secar el nervio y aplica suficiente pegamento para cubrir los ganchos y la zona adyacente al nervio (Figura 2E–G).
    NOTA: Antes de aplicar pegamento, conecta los electrodos al estimulador y estimula el nervio a nivel del umbral motor para confirmar la correcta colocación del electrodo. El umbral del motor se determinó como el voltaje mínimo requerido para provocar un movimiento fásico constante del pie. La estimulación del nervio peroneo genera una flexión dorsal fásica del pie, mientras que la estimulación del nervio tibial genera una flexión plantar. En ausencia de respuesta motora a la estimulación, comprueba la conexión entre el estimulador y el electrodo.
  10. Coloca una sutura de suspensión de nylon 5-0 en el tejido conectivo en la incisión trasera, dejando ambos extremos suficientemente largos. Estos extremos se utilizan para asegurar el electrodo en su lugar, asegurando una posición estable.
  11. Cierra la piel en la incisión de la extremidad trasera usando una sutura de Vicryl 4-0.

4. Exposición del nervio L6 e implantación del electrodo

  1. Utiliza un bisturí para hacer una incisión mediana de 4–5 cm sobre la zona lumbar y el sacro. Colocar retractores para abrir la incisión, exponer los músculos subyacentes de la espalda y las puntas de las apópuestas vertebrales espinosas (Figura 3A).
  2. Palpar la cresta ilíaca y usarla como punto de referencia para localizar los procesos espinosos de L6. Puede identificarse como el primer proceso espinoso situado justo debajo de la cresta ilíaca (Figura 3B).
  3. Usa tijeras para eliminar la fascia de la parte superior de las vértebras desde L5 hasta S2. Después, aisla y desprende cuidadosamente los músculos paravertebrales bilateralmente para exponer los procesos espinosos, láminas y procesos articulares. Retirar el tejido conectivo y el músculo restantes con microtijeras hasta que las estructuras óseas sean claramente visibles (Figuras 4A,B).
    NOTA: Esto crea una ventana anatómica que expone puntos de referencia y proporciona acceso al tronco nervioso L6. Identificar la articulación facetaria posterior de L6; el tronco nervioso L6 va caudal hasta esta articulación. Además, identifica el sacro y las articulaciones sacroilíacas. El tronco nervioso L6 discurre caudal y medial hasta esta articulación (Figura 4B).
  4. Utiliza un rongeur para eliminar cuidadosamente el proceso espinoso de S1 y ir rompiendo y eliminando gradualmente pequeños fragmentos del hueso sacro en la región entre las vértebras S1 y S2 para exponer el tronco nervioso L6 (Figura 4C).
  5. Separa el nervio L6 del tejido circundante usando pinzas curvas y microtijeras. Enganche el nervio a un electrodo de alambre de plata recubierto de PTFE bipolar y aíslalo del tejido circundante usando cola de silicona biocompatible, como se describe en el paso 3.9 (Figura 4D).
    NOTA: La estimulación del nervio L6 genera contracción muscular del suelo pélvico y contracción de la cola.
  6. Repite el mismo procedimiento en el lado opuesto para la estimulación nerviosa bilateral.
  7. Cierra la piel con una sutura 4-0 de Vicryl.

5. Inserción de un electrodo estimulante en el foramen sacro

  1. Utiliza un bisturí para hacer una incisión en la línea media sobre el sacro y utiliza separadores para abrir la incisión y exponer los músculos subyacentes de la espalda.
    NOTA: Palpar la cresta ilíaca como se menciona en el paso 4.2 para localizar los puntos de referencia L6/S1.
  2. Separa los músculos paravertebrales de los procesos espinosos mediante disección roma. Reposiciona los separadores en los músculos para obtener la exposición de los procesos espinosos y facilitar el acceso al foramen sacro S1 (Figura 5A).
  3. Identifica la ubicación del foramen S1, que se encuentra caudal y lateral al proceso espinoso S1. Examina el foramen sacro S1 con una aguja de calibre 18 precargada con el electrodo monopolar (Figura 5B).
    NOTA: Se utiliza un alambre de acero inoxidable recubierto de PTFE de 180 μm, con 5 mm de aislamiento retirados de ambos extremos.
  4. Coloca la punta de la aguja en el foramen S1, manteniéndolo paralelo a la columna y inclinado aproximadamente 30° respecto a la espalda del animal. Avanza suavemente el alambre a lo largo de la trayectoria nerviosa mientras retiras lentamente la aguja. Repite el procedimiento en el foramen contralateral S1 para estimulación bilateral.
    NOTA: Para confirmar la posición correcta del electrodo, conecte el extremo distal del cable al estimulador. La estimulación eléctrica genera un movimiento de la cola.
  5. Fijen los hilos al proceso espinoso adyacente (L6) usando una sutura de Vicryl 5-0 (Figura 5C).
  6. Haz una incisión de 1 cm en la parte posterior del cuello usando un bisturí y crea un túnel subcutáneo usando un hemostáto desde la incisión en la parte posterior del cuello hasta la incisión a nivel sacro.
  7. Pasa el extremo distal del alambre a través del túnel y exteriorízalo en la parte posterior del cuello (Figura 5D).
  8. Cierra la fascia y la piel a nivel sacro, así como la piel en la parte posterior del cuello, usando sutura 4-0 de Vicryl.

6. Registro de cistometría

  1. Tras 5 días, antes de realizar los experimentos de estimulación, externalica el tubo de PE-50 y conéctalo al transductor de presión y a la bomba de infusión.
  2. Infundir la vejiga de forma continua a una velocidad de 3 mL/h durante 2 horas para permitir la estabilización de los parámetros de la vejiga.
  3. Evalúa los parámetros de la cistometría, incluyendo la presión basal, la presión umbral, la adherencia de la vejiga, la presión de la micción y la capacidad de la vejiga antes, durante y después de la estimulación nerviosa utilizando una única infusión intravesicalde ciclo de micción 21.
  4. Al concluir cada experimento, cumpliendo con los estándares éticos, se sacrifican animales mediante sobredosis anestésica.

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Resultados

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Para demostrar el diseño experimental que valora el efecto de la neuromodulación en la función del tracto urinario inferior, se presenta un estudio en el que se aplicó estimulación del nervio peroneo en un modelo de rata de sobreactividad vesical inducida por infusión intravesical de ácido acético al 0,5%. La función de la vejiga se registró mediante una cistometría de ciclo de micción individual antes, durante y después de la estimulación (Figura 6 A,B). El montaje experime...

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Discusión

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Este artículo ofrece una descripción detallada de los métodos quirúrgicos para la implantación de electrodos para la estimulación de los nervios sacro, tibial y peroneo en una rata anestesiada.

La implantación de un electrodo de plomo en el foramen sacro para una estimulación continua y de baja amplitud del nervio sacro S3 es un tratamiento ampliamente aceptado para la disfunción del tracto urinario inferior (LUT) y la incontinencia fecal. En los pacientes, el...

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Divulgaciones

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Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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Este estudio fue financiado por el fondo de investigación del Hospital Universitario de Odense.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
18 G disposable injection needle KRUUSE121282
Dumont forceps style 5TMDUMONT1708-5TM-POCurvado
Dumont forceps style 7XLDUMONT0508-7XL-POCurvado
Grass SD9 square pulse stimulatorSomatco1077/183
HemostatFine Science Tools/Teleflex13018-14/PO181059≥ 14 cm, punta fina
Iris scissorsWorld Precision Instruments14218Tijeras rectas 
Kwik-Sil silicone Elastomer World Precision InstrumentsKWIK-SIL Adhesivo de dos componentes
Micro Adson forcepsWorld Precision Instruments501245
MicroscissorsS&T SAC-15 R-8punta curva ≤ 10mm de largo
NaCl 0.9% 100 mLB.BraunN/A
PE-50 tubingInstechBTPE-50
Prolene 5-0 suture EthiconEH7257
RongeurGeorge Tiemann & Co160-424-08Punta curva fina
Surgical ScalpelSwann-Morton0505
Urethane Sigma-AldrichU2500
Vicryl 4-0 suture EthiconV451
Vicryl 5-0 suture EthiconV303
Wire Silver Teflon-coated 0.125 mmWorld Precision InstrumentsAGT0525
Wire Stainless Steel Teflon-coated 0.18 mmWorld Precision InstrumentsSST30407-50

Referencias

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