ウサギ椎骨スクリュー挿入のための安全、効果的、経済的なプロトコル

サマリー

この記事では、ニュージーランドの白ウサギにおける後腰椎スクリュー固定のための安全、効果的、かつコスト効率の高い段階的なプロトコルについて説明し、この動物モデルにおける椎骨スクリュー挿入の標準化されたアプローチを確立します。

要約

後方腰椎スクリュー固定は、腰椎椎間板ヘルニアの最も一般的な外科的方法ですが、患者は術後に複数の合併症に直面することがよくあります。スクリュートラックの緩みが発生すると、融合不良や生命を脅かすスクリュートラックの押し出しにつながる可能性があります。しかし、現在、腰椎スクリュー固定後のスクリュートラックの変化を特に対象とする動物モデルが不足しています。この研究では、ニュージーランドの白ウサギをベースにした椎骨スクリュー挿入法を開発し、術後の脊柱管へのスクリュー貫通のリスクを最小限に抑え、脊髄損傷を回避するように設計されました。このプロトコルでは、横突起の上端からの水平線と椎弓根の接合部の交点がエントリポイントとして推奨されます。挿入角度は、外側に約45°〜55°、下向きに20°〜40°である必要があります。さらに、直視下でのネジの配置と市販の機器の使用に基づいて、この方法は既存の大型動物モデリング技術と比較して、より簡単で費用対効果が高くなります。スクリュートラックの緩みとスクリュートラックを取り巻く微小環境に関するその後の基礎研究のための動物モデルを提供します。

概要

腰椎椎間板ヘルニア (LDH) は、特に若年および中年の個人において、慢性腰痛および放散性脚痛の一般的な原因です ^1,2,3。この状態は通常、椎間板の線維輪の裂傷に起因し、髄核のヘルニアと神経根の圧迫を引き起こします ^4,5。多くの患者は、休息とライフスタイルの修正、薬物療法、理学療法、リハビリ運動、装具の着用、神経ブロックまたは硬膜外^{注射療法などの}保存的治療の恩恵を受けていますが6、他の患者、特に重度の症状または保存^的管理が効果のない患者には手術が必要です^7,8,9。

後方腰椎スクリュー固定術 (PLF) は標準的な脊椎手術であり、脊椎の不安定性、神経根の圧迫、または変性変化のある患者に特に適しています³。ネジの緩みは、挿入されたネジと骨の間の固定強度が失われ、ネジが椎骨を安定させるのを妨げると発生します^10,11。緩みは、わずかな動きから完全な剥離までさまざまで、通常、症状の再発、腰痛の悪化、または脊椎の不安定性に関連しています¹²。研究によると、病院の技術レベル、患者の年齢、術後の活動などの要因に応じて、PLF 症例¹⁰ の 5% から 20% でネジの緩みが発生することが報告されています。ネジ緩みの根底にある具体的なメカニズムは不明のままです。現在、そのような調査に適した動物モデルは限られています。この研究では、ニュージーランドのシロウサギにおける後腰椎スクリュー固定のための外科プロトコルの開発を詳述しており、スクリュー緩みのメカニズムに関する将来の研究の基礎モデルを提供する可能性があります。

基礎研究では、研究の信頼性と結果を判断するために、適切な動物モデルを選択することが重要です。腰椎椎間板変性症の研究では、マウスとラットは椎間板が比較的小さいため、適用性が限られています¹³。ヤギ、ブタ、イヌなどの他の動物は、動物の購入、繁殖、繁殖施設のコストにより、麻酔に関連する制限があり、幅広い適用性に欠けています¹⁴。ニュージーランドの白ウサギは、中型動物であり、比較的大きな椎骨、十分な手術スペース、人工呼吸器を必要とせずに耳静脈注射 による 簡単な麻酔を行うことにより、椎間板研究に広く使用されています¹⁵。これらの要因を考慮すると、ニュージーランドの白ウサギは理想的なモデルと見なされます。現在、PLFの動物モデルは存在しないため、これまでの経験に基づいてウサギ腰椎手術の手術法が開発されています。

プロトコル

動物実験プロトコルは、中国医学科学院放射線医学研究所実験動物福祉倫理倫理委員会によって審査され、承認されました (倫理番号: IRM/2-IACUC-2404-005)。動物のすべての取り扱い手順は、動物福祉と倫理に関する関連する国内規制に準拠しています。

注:この研究では、ニュージーランドの白ウサギを実験的調査に使用しました。ウサギは普通のグレードで、体重は約2.5〜3.0kg、生後3〜5か月、雌でした。ウサギは標準化された普通のウサギの部屋に収容されました。

1.麻酔

1. 紫外線ランプを使用して、手術室を紫外線で30分間消毒します。
2. 辺縁耳静脈を通して滅菌生理食塩水中で3%ペントバルビタールナトリウム(30 mg / kg)を投与することにより、ウサギを麻酔します。
   注:3%ペントバルビタールナトリウム溶液の2/3を注射し、ウサギの瞳孔反応と瞳孔反射を観察します。瞳孔が収縮し、瞳孔反射が弱くなるようにします。5分経っても弱体化が見られない場合は、残りの1/3を注入することを検討してください。反射が弱まった場合は、0.9%生理食塩水2mLを注入します。

2.外科的処置

1. 麻酔が適切になったら、直接角膜反射を観察し、角膜反射が減少し、麻酔が成功したことを示します。手術部位の準備のためにウサギを腹臥位に配置します。手術前に、ウサギの切開部位をヨウ素チンキで2回消毒し、手術中に滅菌手術用ドレープを置きます(図1A)。
   注:すべての手術器具がオートクレーブ滅菌によって滅菌されていることを確認してください。
2. 腰部に5cmの正中線皮膚切開を行い(図1B)、メスで皮膚と表在筋膜を順次切り取ります。
3. 皮膚と皮下組織の間の伸縮性を利用して、皮下組織を慎重に分離して完全に露出させ、棘突起の根元を明確に明らかにします図1C)。
4. 止血鉗子を使用して、隣接する椎間関節セグメントを避けて、手術セグメントの横突起と脊椎を鈍く解剖します(図1D)。小さなリトラクターを使用して、手術領域を完全に露出させます(図1E)。
5. 横突起の上端とペディクルの接合部からの水平線の交点にある針のエントリポイントを特定します(図1F)。外科用ドリルを使用して、外側に約45°〜55°、下向きに約20°〜40°の角度で皮質骨に小さな穴を開けます(図1G)。
6. 椎弓根ネジ(3.5 mm×10.0 mm)を1つずつ挿入します(図1H)。
7. 適切なサイズの縦方向のコネクティングロッドを取り付け、キャップネジで締めます(図1I 〜 図1J)。
8. ネジが椎体内にしっかりと固定されていること、固定棒が適切にロックされていることを再確認してください。術中の直接視覚化により、内固定の位置を確認します。重大な出血がないことを確認し、手術部位を生理食塩水で洗浄し、4-0 吸収性縫合糸を使用して筋肉と筋膜を連続的に縫合します。
9. 皮膚切開用の断続的な垂直マットレス縫合糸には 7-0 縫合糸を使用し、その後ヨウ素ベースの消毒剤を使用し、滅菌ガーゼで覆い、所定の位置に固定します。手術は完了しました(図1K)。

3. 術後のケア

1. 意識が回復したら、後肢の運動能力をチェックして手術の成功を評価します。
   注:ウサギが麻酔から意識を取り戻した後、その四肢の運動機能は無傷であり、正常に動くことができ、片麻痺または対麻痺の兆候がないことを確認します。
2. 手術後の最初の 3 日間は、創傷感染を防ぐために、毎日 1.2 × 10⁶ U/kg のペニシリンを筋肉内注射 で 投与します。

4.形態学的検査

1. 手術後12週目の終わりに、辺縁耳静脈 を介して 空気塞栓症を誘発し、動物を安楽死させます。その後、後腰椎アプローチを使用して傍脊椎軟部組織を露出させ、腰椎椎間板切除術を行います。検体を採取し、手術部分を確認した後、組織固定のために4%パラホルムアルデヒドに一時的に保管します。次に、マイクロCTおよびX線スキャンを実行します。
   1. 4%パラホルムアルデヒドから脊椎標本を取り除き、表面固定液を拭き取る。次に、標本をマイクロCTスキャンにかけます。スキャンパラメータは、電圧60kV、電流200μA、分解能8μmのように設定します。専用の画像解析および視覚化ソフトウェアを使用して、スキャンしたファイル内の関心領域(ROI)の後処理を実行します( 材料表を参照)。マイクロCTスキャンと同時にX線イメージングを行います。

結果

覚醒後の運動機能評価
ウサギが麻酔から意識を取り戻した直後に、後肢の運動機能が評価されました。腰椎スクリュー固定システムの挿入はウサギの運動機能に影響を与えないことが判明し( 補足ビデオ1を参照)、処置中に脊髄が損傷しなかったことが示されました。

マイクロCTおよびX線評価
椎骨内の腰椎スクリューの正確な位置を調べるために、ウサギは手術後 3 か月で安楽死させ、椎骨を採取して X 線検査とマイクロ CT 検査を行いました。マイクロCT画像により、腰椎スクリューが脊柱管内に突き出ていないことが明らかになり(図2A 〜 図2C)、手術方法が安全で実行可能であることが確認されました。X線でも同じ結果が示されました(図2D)。椎弓根スクリュー挿入の成功数と動物の数に関するさらなる統計が収集されました。...

ディスカッション

後腰椎スクリュー固定 (PLF) の最も深刻な合併症は、挿入中にスクリューが脊柱管を貫通することによって引き起こされる脊髄損傷の可能性です¹⁰。この方法の最も重要な側面は、横突起と茎の露出、およびネジが挿入される角度です。挿入角度を調整すると、スクリューが脊柱管に入り、脊髄損傷を引き起こすのを防ぐことができます。また、ウサギの椎骨の解剖学的特徴から、横突起の上端からの水平線の交点と椎弓根の接合部を入口点として使用することをお勧めします。挿入角度は、外側に約45°〜55°、下向きに20°〜40°である必要があります。これにより、挿入中にスクリューが脊柱管に入るのを防ぎます。

PLF と、脊椎の安定性、スクリュー固定強度、骨治癒、神経学的回復などの関連する結果を研究するために、さまざまな動物モデルが開発されています⁴。各モデルには、特定の研究目的と調査対象の脊椎病理に応じて、独自の利点と制限があります。犬のモデルは、解剖学的...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
CTAn	バーカー		分析に使用
ダットビューア	バーカー		分析に使用
マイクロCT	バーカー		分析に使用
ニュージーランドウサギペントバルビタール	天津裕達実験動物育種有限公司北京傑輝バイオテクノロジー株式会社MCE		この研究で使用
椎弓根ネジ	河北瑞和医療機器有限公司	532003510	外科手術で使用
ペニシリン	MCEの	HY-17591R	術後ケアに使用
ペントバルビタール	北京傑輝バイオテクノロジー株式会社		麻酔に使用
棒	河北瑞和医療機器有限公司	532003510	外科手術で使用
手術器具および縫合糸	河北瑞和医療機器有限公司	532003510	外科手術で使用