פרוטוקול זה מתאר למינקטומיה סטנדרטית של חוליה L5 בעכברי C57BL/6J מזדקנים, במטרה להקים מודל של ליקוי קוגניטיבי לאחר ניתוח תוך מזעור הפגיעה המוטורית, ובכך לתמוך במחקרים התנהגותיים, היסטולוגיים ומכניסטיים של הפרעות נוירו-קוגניטיביות סביב ניתוח.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מתאר למינקטומיה סטנדרטית של חוליה L5 בעכברי C57BL/6J מזדקנים, במטרה להקים מודל של ליקוי קוגניטיבי לאחר ניתוח תוך מזעור הפגיעה המוטורית, ובכך לתמוך במחקרים התנהגותיים, היסטולוגיים ומכניסטיים של הפרעות נוירו-קוגניטיביות סביב ניתוח.
ליקוי קוגניטיבי לאחר ניתוח (POCD) הוא סיבוך נוירולוגי שכיח לאחר ניתוח והרדמה, במיוחד בקרב מבוגרים, והוא קשור להחלמה מושהית, אשפוז ממושך וירידה באיכות החיים. פרוצדורות אורתופדיות ופרוצדורות בעמוד השדרה קשורות לסיכון גבוה יחסית ל-POCD; עם זאת, מודלים פרה-קליניים המשקפים באופן הדוק את המאפיינים הפרי-אופרטיביים של ניתוחי עמוד השדרה נותרים מוגבלים. מודלים נפוצים, כולל לפרוטומיה ושבר בטיביה, עלולים לגרום לפגיעה מוטורית מתמשכת ולדלקת פריפרית ממושכת שעלולות להטעות את פרשנות התוצאות ההתנהגותיות-קוגניטיביות. כאן, פרוטוקול זה מתאר פרוטוקול סטנדרטי וזול למידול POCD באמצעות למינקטומיה לומברית ב-L5 תחת הרדמת sevoflurane בעכברים זכרים מסוג C57BL/6J בני 18 חודשים. הפרוצדורה מבוצעת באמצעות מכשירים כירורגיים שגרתיים ומייצרת פגיעה כירורגית מבוקרת תוך מזעור של גירעונות מוטוריים מתמשכים. התפקוד הקוגניטיבי מוערך באמצעות מבחן זיהוי אובייקט חדש, מבוך Y עם זרוע חדשה ומבוך Barnes, בעוד שפגיעה נוירונלית בהיפוקמפוס ושינויים נוירו-דלקתיים מוערכים על ידי צביעת Nissl ואימונופלורסצנציית Iba1, בהתאמה. תוצאות מייצגות מדגימות פעילות מוטורית שנשמרה, ביצועים קוגניטיביים פגועים, ירידה בשלמות הנוירונלית של ההיפוקמפוס והגברת נוירו-דלקת בהיפוקמפוס לאחר הניתוח. מודל סטנדרטי ונגיש זה מספק פלטפורמה רלוונטית קלינית לחקירת המכניזמים העומדים בבסיס הליקוי הקוגניטיבי הקשור לניתוחי עמוד השדרה ולהערכת התערבויות נוירו-פרוטקטיביות פרי-אופרטיביות מועמדות.
ליקוי קוגניטיבי לאחר ניתוח (POCD) מוגדר כירידה בלמידה ובזיכרון, בקשב, במהירות העיבוד ובתפקודים ניהוליים לאחר הרדמה וניתוח1, ותופעה זו משפיעה בעיקר על חולים קשישים, כאשר השכיחות המדווחת שלה נראית כמשתנה בהתאם להקשר הניתוחי ולאוכלוסיית המטופלים2,3. דווח כי POCD מופיע בתדירות גבוהה בקרב מבוגרים העוברים ניתוח אורתופדי אלקטיבי4. מבחינה קלינית, POCD עשוי להימשך שבועות עד חודשים לאחר הניתוח והוא נקשר לאשפוז ממושך ולעלייה בתמותה5,6,7. עם הזדקנות האוכלוסייה המתמשכת והעלייה במספר הניתוחים ברחבי העולם, POCD הפך לסוגיה חשובה של בריאות הציבור ושל טיפול פרי-אופרטיבי.
מבחינה פתופיזיולוגית, POCD נחשב לתסמונת רב-גורמית המופעלת על ידי טראומה כירורגית וחשיפה לחומרי הרדמה, כאשר דלקת עצבית (neuroinflammation), עקה חמצונית (oxidative stress), הפרעה בבקרת האוטופגיה ותפקוד סינפטי לקוי הם בין המנגנונים המוצעים העומדים בבסיס התפקוד הנוירונלי הלקוי באזורים הרלוונטיים לקוגניציה, כגון ההיפוקמפוס8. כדי לנתח מנגנונים אלו ולהעריך התערבויות פוטנציאליות, פותחו מגוון פרדיגמות פרה-קליניות של POCD. פרדיגמות פרה-קליניות כוללות מודלים של הרדמה בלבד, מודלים המבוססים על ניתוח בטן, ומודלים של פגיעה אורתופדית כגון שבר בשוקה (tibial fracture)9. למרות שמודלים אלו קידמו את התחום, ייתכן שהם אינם משחזרים באופן מלא מאפיינים פרי-אופרטיביים הרלוונטיים לניתוחי עמוד השדרה, וחלקם עלולים להכניס גורמים מבלים כגון ליקויים מוטוריים מתמשכים ודלקת רקמות ממושכת, המסבכים את קריאת הנתונים הקוגניטיביים ואת הפרשנות המכניסטית.
מבין האסטרטגיות הכירורגיות הזמינות, בחרנו במודל של למינקטומיה מיתנית ב-L5 כדי לחקור ליקוי קוגניטיבי מוקדם לאחר ניתוח בהקשר כירורגי סטנדרטי הרלוונטי לעמוד השדרה. הליך זה מספק פגיעה כירורגית מקומית ומבוקרת תחת הרדמה בשאיפה, ומאפשר חקירה של תגובות נוירו-דלקתיות ותפקוד קוגניטיבי לקוי לאחר הניתוח מבלי לגרום לפגיעה ניכרת בתנועתיות. באמצעות עידון שלבי הניתוח המרכזיים, פרוטוקול זה מציע שיטה סטנדרטית, מעשית וחסכונית לחקירת ליקוי קוגניטיבי הקשור לניתוחי עמוד השדרה ולהערכת אסטרטגיות של הגנה נוירונית פרי-אופרטיבית.
כל הניסויים בבעלי חיים בוצעו בהתאם למדריך לטיפול ושימוש בבעלי חיים במעבדה ואושרו על ידי הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת Zhejiang (מספר אישור אתי: ZJU20260153).
1. הכנה לפני הניתוח
2. ניתוח למינקטומיה גבנית ב-L5
הערה: בפרוטוקול הנוכחי, כל השלבים הכירורגיים בוצעו תחת ראייה ישירה, ללא שימוש בסטראאו-מיקרוסקופ או בעדשות הגדלה.
3. טיפול לאחר ניתוח
4. הערכה התנהגותית של POCD



5. עיבוד רקמות, צביעת ניסל (Nissl) וצביעה אימונופלואורסצנטית
6. ניתוח סטטיסטי
כל העכברים שרדו עד לסיום הניסוי המתוכנן, אף אחד מהם לא עמד בקריטריונים שהוגדרו מראש לסיום הומני, וכולם נכללו בניתוחים הסופיים. התפקוד המוטורי הוערך ביום השלישי לאחר הניתוח באמצעות ניתוחי שטח פתוח (open-field) והליכה. לא נמצא הבדל בין הקבוצות הן במרחק הכולל שעברו והן במהירות הממוצעת במבחן השטח הפתוח, מה שמעיד על פעילות מוטורית ספונטנית דומה (איור 2A). ניתוח ההליכה הראה באופן דומה כי אין הבדלים מובהקים בין הקבוצות באורך הצעד, זמן העמידה, מהירות התנופה או שטח ההדפסה (איור 2B). יחד, ממצאים אלו מעידים כי פרוצדורת הלמינקטומיה ב-L5 לא גרמה לפגיעה מוטורית גלויה מספיקה כדי להסביר את ההבדלים העוקבים בביצועים קוגניטיביים-התנהגותיים.
הביצועים הקוגניטיביים הוערכו באמצעות מבחן זיהוי אובייקט חדש (NOR), מבוך Y בעל זרוע חדשה ומבוך בארנס (Barnes maze). במבחן ה-NOR, קבוצת הלימנקטומיה ב-L5 הראתה מדד העדפה לאובייקט חדש (PI) נמוך משמעותית מקבוצת הביקורת (איור 3A). במבוך Y בעל זרוע חדשה, קבוצת הלימנקטומיה ב-L5 הראתה מדדי PI נמוכים משמעותית הן עבור הזמן ששהתה והן עבור מספר הכניסות לזרוע החדשה (איור 3B). במבוך בארנס, קבוצת הלימנקטומיה ב-L5 הראתה זמן בריחה (escape latency) ארוך יותר ומרחק נסיעה גדול יותר ביום השלישי של הבדיקה במבוך בארנס (איור 3C). יחד, ממצאים התנהגותיים אלו מעידים על פגיעה בביצועים הקוגניטיביים לאחר ניתוח לימנקטומיה ב-L5.
באזור CA1 של ההיפוקמפוס, קבוצת הלמינקטומיה ב-L5 הראתה מספר נמוך משמעותית של נוירונים חיוביים ל-Nissl ומספר נמוך משמעותית של גופי Nissl בהשוואה לקבוצת הביקורת, דבר המעיד על נזק מבני נוירונלי (איור 4A, B). בנוסף, עוצמת הפלואורסצנציה הממוצעת של Iba1 הייתה גבוהה משמעותית בקבוצת הלמינקטומיה ב-L5, ממצא העולה בקנה אחד עם עלייה באקטיבציה של מיקרוגליה (איור 4C, D).

איור 1: הליך למינקטומיה (laminectomy) של L5 לצורך מידול של תפקוד קוגניטיבי לקוי לאחר ניתוח (POCD) בעכברים. (A) איור של יעד הניתוח בלמינה של L5 וטווח החשיפה המקיף את רמות החוליות הסמוכות (L4–L6). (B) תמונות תוך-ניתוחיות הממחישות שלבים מרכזיים בהליך הלמינקטומיה של L5. (a) האזור המותני לאחר גילוח, כאשר קו האמצע של עמוד השדרה זוהה; החיצים מצביעים על כיוון החתך המתוכנן בעור. (b) חתך עור בקו האמצע מעל עמוד השדרה המותני. (c) חתך של הפסציה עם הפרדה מדורגת של השרירים הפרא-ספינליים כדי לחשוף את הזקיקים הספינליים (spinous processes) וניקוי נוסף של הרקמה סביב הזקיק הספינלי והלמינה של L5 כדי לחשוף באופן מלא את למינה של L5. (d) למינקטומיה של L5 לאחר הסרת הלמינה של L5. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: הערכת פעילות מוטורית והליכה לאחר למניקטומי מותנית ב-L5. (A>) מבחן שטח פתוח המראה את סך המרחק שעבר והמהירות הממוצעת (n = 10). (B>) ניתוח הליכה המראה אורך צעד, זמן עמידה, מהירות תנופה ושטח טביעת רגל (n = 6). הנתונים מייצגים ממוצע ± SD. מובהקות סטטיסטית מסומנת כ-ns, לא מובהק. קיצורים: Control = קבוצת ביקורת; Laminectomy = קבוצת למניקטומי L5. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: הערכות התנהגות קוגניטיבית לאחר למינקטומיה מיתנית ב-L5. (A) מבחן זיהוי חפץ חדש (n = 10). (B) מבחן מבוך Y עם זרוע חדשה (n = 10). (C) מבחן מבוך בארנס (n = 10). הנתונים מייצגים את הממוצע ± SD. מובהקות סטטיסטית מסומנת כ-*P < 0.05, **P < 0.01, ו-***P < 0.001. קיצורים: Control = קבוצת ביקורת; Laminectomy = קבוצת למינקטומיה ב-L5. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: הערכה היסטולוגית של אזור ה-CA1 בהיפוקמפוס לאחר למינקטומיה מיתנית ב-L5. (A) תמונות מייצגות של צביעת Nissl באזור ה-CA1 בהיפוקמפוס. (B) כימות של נוירונים חיוביים ל-Nissl (שמאל) וגופי Nissl (ימין) (n = 5). (C) תמונות מייצגות של אימונופלואורסנציה של Iba1 באזור ה-CA1 בהיפוקמפוס. סרגל קנה מידה = 100 µm. (D) כימות של עוצמת הפלואורסנציה הממוצעת של Iba1 (n = 6). הנתונים מייצגים ממוצע ± SD. מובהקות סטטיסטית מסומנת כ-**P < 0.01, ו-***P < 0.001. קיצורים: Control = קבוצת ביקורת; Laminectomy = קבוצת למינקטומיה ב-L5. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.
דווח על ליקוי קוגניטיבי לאחר ניתוח בקרב מבוגרים שעברו ניתוח בעמוד השדרה10. ראיות ניסיוניות מצביעות עוד על כך שהזדקנות מגבירה את הרגישות לפגיעה קוגניטיבית ותגובות דלקתיות עצביות הקשורות לניתוח1,12. הפרוטוקול הנוכחי משלב כ-4 h של הרדמה בסובופלורן (sevoflurane) עם למינקטומיה של L5 בעכברים מזדקנים כדי לדמות פגיעה קוגניטיבית מוקדמת לאחר ניתוח. ערכו המתודולוגי העיקרי טמון באספקת הליך מעשי ונגיש לבחינת שינויים התנהגותיים והיסטולוגיים בהיפוקמפוס בעקבות ניתוח בעמוד השדרה.
מודלים פרה-קליניים ל-POCD כוללים פרדיגמות של חשיפה להרדמה בלבד, ניתוח בטן ופגיעה אורתופדית13. פרדיגמות של הרדמה בלבד מאפשרות הערכה של השפעות חומרי ההרדמה בהיעדר טראומה כירורגית14, אך אינן משחזרות את החשיפה המשולבת להרדמה ולפגיעה ברקמות. מודלים של ניתוח בטן ושבר בשוקמה (tibia) משלבים פגיעה כירורגית ושימשו לחקר ליקוי קוגניטיבי הקשור לניתוח15,16. עם זאת, אתרי הניתוח ודפוסי הפגיעה ברקמות שונים מאלו של פרוצדורות בעמוד השדרה. מכיוון שסוגה ועצימותה של הטראומה הכירורגית עשויים להשפיע על תוצאות קוגניטיביות לאחר ניתוח ועל תגובות דלקתיות מרכזיות9, יש להתחשב בהקשר הכירורגי בעת בחירת מודל פרה-קליני. לפיכך, פרוטוקול הלמינקטומיה ב-L5 הנוכחי מספק פרדיגמה ניסוייית הקשורה לניתוח בעמוד השדרה לבחינת ליקוי קוגניטיבי מוקדם לאחר ניתוח בעכברים מזדקנים.
האתגר הטכני המרכזי בפרוטוקול זה הוא הסרת כמות מספקת של עצם מהלמינה של L5 כדי לחשוף את הדורה בבירור, תוך הימנעות מפגיעה בדורה. במהלך למינקטומיה תחת ויזואליזציה ישירה, נדרש בקרה קפדנית על עומק המכשיר, כוח החיתוך וזווית ההחדרה של המספריים האופתלמיים. יש להסיר את העצם בשלבים באמצעות חיתוכים קטנים ומבוקרים לאורך שולי הלמינה. תפיסת הזקיר הספינלי של L5 באמצעות פינצטה והרמת סגמנט המותניים המנותח לזווית של כ-30° ביחס למשטח הניתוח מרחיבות את המרווח הבין-למינרי של L5–L6. תמרון זה מאפשר החדרה רדודה של קצות המספריים מתחת לקצה העצם ומפחית את הסיכון למגע עם הדורה. הסרה חלקית של העצם עלולה להגביל את החשיפה הכירורגית, בעוד שחיתוך אגרסיבי מדי או עומק החדרה מוגזם עלולים לגרום לפגיעה בדורה. דימום לא מבוקר עלול להסתיר את שדה הניתוח, לפגוע בהחלמה לאחר הניתוח ולהגביר את השונות בתוצאות ההתנהגותיות. כאשר המרווח הבין-למינרי אינו מספיק להחדרה בטוחה של קצות המספריים, יש להתאים מחדש את המיקום ואת זווית ההרמה של סגמנט המותניים המנותח במקום להגדיל את עומק ההחדרה. אם דימום מסתיר את שדה הניתוח, יש להפסיק את הסרת העצם עד להשבת ויזואליזציה נאותה, ולאחר מכן יש להסיר כל שארית עצם באופן הדרגתי.
הפרדה של שרירי הפרה-ספינליים ולמינקטומיה של L5 עשויים לתרום לכאב פוסט-אופרטיבי חולף, ורגישות מכנית תועדה לאחר למינקטומיה ניסיונית בעכברים17. Meloxicam ניתן בהתאם למשטר אנלגזי שהוגדר מראש. דווח כי הבעות פנים הקשורות לכאב פוסט-אופרטיבי בעכברים נמשכות למשך כ-36–48 h18. משטר האנלגזיה למשך 48 h נועד לכסות תקופה פוסט-אופרטיבית מוקדמת זו, ובדיקות קוגניטיביות-התנהגותיות הוחלו ביום הפוסט-אופרטיבי השלישי, לאחר השלמת משטר האנלגזיה, כדי להפחית את ההשפעה הפוטנציאלית של כאב פוסט-אופרטיבי מיידי. מבחן השטח הפתוח (open-field test) שימש במחקרי POCD ניסיוניים להערכת פעילות לוקומטורית ספונטנית ולבדיקה האם ירידה בתנועה עלולה להטות את הביצועים הקוגניטיביים-התנהגותיים19,20. בהתאם לכך, בדיקת שטח פתוח וניתוח הליכה בוצעו ביום הפוסט-אופרטיבי השלישי, לפני ההערכה הקוגניטיבית. לא נצפו הבדלים משמעותיים בין הקבוצות בפעילות הלוקומטורית בשטח הפתוח או בפרמטרי ההליכה, מה שמרמז שההבדלים הקוגניטיביים-התנהגותיים העוקבים אינם סבירים להסבר בעיקר על ידי ליקוי מוטורי גלוי. עם זאת, מכיוון שכאב פוסט-אופרטיבי ספונטני ואי-נוחות מהפצע לא הוערכו באופן ישיר, לא ניתן לשלול לחלוטין את השפעותיהם השאריות על הביצועים ההתנהגותיים. מחקרים עתידיים יוכלו לשלב הערכות ישירות של כאב פוסט-אופרטיבי ספונטני.
באופן כללי, פרוטוקול זה מספק גישה ניסיונית מעשית לחקירת ליקוי קוגניטיבי מוקדם לאחר ניתוח בעכברים מזדקנים בעקבות למינקטומיה של L5. ניתן להשתמש בו כדי לחקור את התוצאים ההתנהגותיים ואת המכניזמים שבבסיס הליקוי הקוגניטיבי הקשור לניתוחי עמוד השדרה, וכן כדי להעריך התערבויות שמטרתן למנוע או להפחית ליקוי קוגניטיבי לאחר ניתוח. תיקוף בקבוצות גדולות יותר ובמעבדות עצמאיות יבס עוד יותר את היציבות והשחזוריות של המודל.
המחברים מצהירים כי אין ניגודי אינטרסים.
אנו מודים ל-Sanhua Fang מפלטפורמת המתקן המרכזי של בית הספר לרפואה באוניברסיטת Zhejiang, ל-Yanhong Chen ול-Xuliang Zhang ממרכז החיות של אוניברסיטת Zhejiang על התמיכה הטכנית שלהם. מחקר זה מומן על ידי הקרנות הבאות: National Natural Science Foundation of China (מספרים 82575196, 82074535, ו-U23A20508).
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| עכברי זכרים C57BL/6J | Suzhou Industrial Park Ai'er Maite Technology Co., Ltd. | SYXK2023-05 | מודל בעלי חיים |
| ANY-maze Video Tracking Software | Stoelting Co., USA | 60 | מעקב וניתוח וידאו התנהגותי |
| משחה עינית Erythromycin | Beijing Twinluck Pharmaceutical Co,. Ltd. | H1021270 | מניעת ייבוש העין |
| פינצטה עדינה | NA | NA | קיבוע העור |
| פד חימום | NA | NA | בקרת טמפרטורה |
| Iba1/AIF-1 (E4O4W) Rabbit Monoclonal Antibody | Cell Signaling Technology | 17198 | צביעת אימונופלואורסצנציה של Iba1 |
| ציוד הרדמה בשאיפה | RWD Life Science Co., Ltd. | R581S | הרדמה |
| MGT-PR | Anhui Zhenghua Biological Instrument Equipment Co., Ltd., China | MJY202512704 | ניתוח הליכה |
| מספריים מיקרו-אופתלמיים | NA | NA | הסרת עצם |
| תמיסת צביעת Nissl | Haoke Biotechnology Co., Ltd. | HK203 | צביעת Nissl |
| מספריים | Shang Shou Jin Zhong Surgical Instruments Jiangsu ITD.,Corp | Y030 | חתך בעור |
| Sevoflurane | Shanghai Hengrui Pharmaceutical Co,. Ltd. | 2506231 | הרדמה |
| סדין ניתוח לשימוש חד-פעמי | Jiangxi Zhizheng Medical Equipment Co., Ltd. | 2021214021 | משטח לביצוע ניתוח |
| מכונה לקיצוץ שיער לבעלי חיים קטנים | Yiwu Leiben Trading Co., Ltd. | 2504KFZB3592-0310 | הסרת שיער |
| מחטי תפירה כירורגיות עם חוט | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., LTD. | F603 | תפירת עור |
| קרם להסרת שיער Veet | RECKITT BENCKISER (India) Ltd | NA | הסרת שיער |
מאמר זה פורסם
הסרטון יגיע בקרוב