ET, łączący nosogardziel i ucho środkowe, odgrywa kluczową rolę w regulacji ciśnienia w uchu środkowym i bierze udział w patogenezie zapalenia ucha środkowego25. Aby kompleksowo zbadać funkcję istot pozaziemskich, naukowcy rozszerzyli swoją działalność poza małe modele zwierzęce na inne modele, takie jak gryzonie czy rezusy. Obecnie w wielu badaniach wykorzystano owce lub miniaturowe świnie. Poprzez tomografię komputerową i struktury trójwymiarowe, Miller i in. potwierdzili, że anatomia trąbki Eustachiusza u owcy czarnolicej jest bardzo podobna do tej u ludzi22. Pohl i wsp. zweryfikowali możliwość leczenia dysfunkcji ET poprzez wszczepienie stentu do ET21 owcy.
Miniaturowe świnie, charakteryzujące się niewielkimi rozmiarami, wczesną dojrzałością płciową, szybką reprodukcją i łatwością zarządzania, stają się coraz bardziej popularne jako duże modele zwierzęce w badaniach medycznych24. Wcześniejsze badania naszego zespołu wykazały, że miniaturowe świnie służą jako doskonałe modele do badania ucha środkowego i ucha wewnętrznego 30,31,32, biorąc pod uwagę ich morfologiczne i funkcjonalne podobieństwa do ludzi. Wybitne osiągnięcia osiągnięto w badaniach morfologii, charakterystyki elektrofizjologicznej, rozwoju ucha wewnętrznego33,34, ekspresji genów w układzie słuchowym35, regulacji genów 36,37,38 i transformacji genów39,40. Równolegle prowadzone są pogłębione badania w zakresie funkcji istot pozaziemskich. Dlatego, aby skuteczniej badać strukturę i funkcję ET, zbadaliśmy nowatorskie podejście chirurgiczne z wykorzystaniem miniaturowych świń.
W badaniu podejść chirurgicznych początkowo zastosowaliśmy podejście przeznosowe23, które jest konwencjonalnym podejściem dla wszystkich operacji na dużych zwierzętach z udziałem ET25. Następnie próbowaliśmy podejść do podniebienia twardego i miękkiego, a ostatecznie wybraliśmy podejście do podniebienia miękkiego. Zalety i wady każdego podejścia są następujące:
Dostęp przeznosowy
Podejście przeznosowe jest konwencjonalnym podejściem do badań klinicznych i operacji z udziałem ET. Ze względu na stosunkowo krótką, ale przestronną jamę nosową człowieka i dużą przestrzeń, bawełna nasączona adrenaliną może być używana do zwężania błony śluzowej nosa, ułatwiając przejście endoskopu do nosogardzieli. Duża przestrzeń pozwala na wygodną manipulację, dzięki czemu zabieg jest stosunkowo prosty. Oczywiście podczas wykonywania operacji na dużych zwierzętach doświadczalnych preferowane jest to podejście.
Zaletą tego rutynowego podejścia jest to, że struktura anatomiczna jest stosunkowo prosta, a zastosowanie endoskopii nosa pozwala na wyraźną wizualizację, co czyni ją znanym wyborem dla operatorów. Wadą tego podejścia jest po pierwsze, to, że jama nosowa u miniaturowych świń jest wydłużona i wąska, co można zobaczyć na podstawie wyników tomografii komputerowej naszych poprzednich badań (ryc. 8A)23, co ogranicza ruchomość narzędzi po głębokim wprowadzeniu. Manewrowanie staje się wyzwaniem, szczególnie gdy wymagany jest ruch obrotowy lub kątowy, co jest szczególnie trudne, gdy próbuje sięgnąć na zewnątrz i do góry do otworu gardłowego ET.
Po drugie, może wystąpić krwawienie z błony śluzowej nosa, prowadzące do endoskopowego zanieczyszczenia soczewki i niejasnego obrazu pola operacyjnego (ryc. 8B). Problem ten znacząco wpływa na operację, a wiele czasu poświęca się na proces wprowadzania endoskopu do jamy nosowej, czyszczenia soczewki po zanieczyszczeniu soczewki, a następnie ponownego wprowadzenia endoskopu. Dodatkowo długotrwała operacja prowadzi do przekrwienia i obrzęku błony śluzowej nosogardzieli, pogłębiając zwężenie jamy nosowej i zwiększając utratę krwi. Operacje przeznosowe często trwają 3 godziny lub dłużej; W tym okresie jama nosowa znajduje się w stanie ciągłego krwawienia, co skutkuje niską skutecznością chirurgiczną. Długotrwałe zabiegi mogą prowadzić do zmęczenia operatora i zwiększonego uszkodzenia jamy nosowej, nosogardzieli i otworu gardłowego ET. W eksperymentach ET zmiany w morfologii i funkcji otworu gardła są krytycznymi punktami obserwacji. Nadmierne chirurgiczne uszkodzenie tego obszaru może wpłynąć na wyniki obserwacji, a w konsekwencji wpłynąć na wnioski eksperymentalne, których należy w miarę możliwości unikać podczas operacji.
Podejście z twardym podniebieniem
Zaletą tego podejścia jest to, że nacięcie jest umieszczone bliżej przodu podczas zabiegów chirurgicznych, co pozwala na uzyskanie większej przestrzeni ustnej. Rozmieszczenie instrumentów jest wygodne, dzięki czemu operacja jest stosunkowo prosta. Błona śluzowa podniebienia jest cienka i nie są potrzebne żadne instrumenty.
Wadą tego podejścia jest to, że etapy chirurgiczne są złożone, a do otwarcia kości podniebienia twardego wymagany jest sprzęt, taki jak wiertarka systemowa z napędem. Złożoność ta utrudnia powszechne stosowanie tego podejścia. Co najważniejsze, gojenie pooperacyjne jest często słabe, co prowadzi do powstania twardej przetoki podniebiennej, co może niekorzystnie wpływać na funkcję ET, a nawet na stan odżywienia świń. Z powodu tych komplikacji podejście to zostało odrzucone.
Podejście oparte na miękkim podniebieniu
Do zalet tego podejścia należą wyraźne warstwy anatomiczne z rozpoznawalnymi punktami orientacyjnymi. Nacięcie chirurgiczne jest małe, tylko 5-7 mm i może być w pełni odsłonięte, aby uzyskać wystarczającą hemostazę, aby ograniczona była utrata krwi. Zabiegi chirurgiczne są proste, a po otwarciu podniebienia miękkiego można obserwować jamę nosową od poziomu połączenia podniebienia miękkiego i twardego do poziomu gardła za pomocą endoskopu 0°, otwór gardłowy ET jest bezpośrednio odsłonięty. Zabieg trwa około 20 minut, a wykwalifikowany personel może go wykonać w nieco ponad 10 minut, co zwiększa skuteczność operacji. Rekonwalescencja pooperacyjna jest szybka, a rana goi się w ciągu 1 tygodnia.
Wadą tego podejścia jest to, że pozycja nacięcia podczas operacji jest tylna, co skutkuje mniejszą przestrzenią jamy ustnej i sprawia, że operacja jest trudniejsza. Wyzwaniom tym można jednak sprostać. Podejście to polega na przecięciu części mięśnia dźwigacza górnego podniebienia (LVP) podniebienia miękkiego, co może wpływać na funkcję ET.
Aby wykluczyć wpływ uszkodzenia mięśni na funkcję trąbki Eustachiusza, przeprowadziliśmy podobne badania. Po pierwsze, przecięliśmy hamulus wyrostka skrzydłowego, aby osłabić zdolność skurczową tensora veli palatini (TVP). Pooperacyjna tomografia komputerowa była wykonywana co miesiąc i pod koniec 3 miesięcy nie powstało żadne zapalenie ucha środkowego, co potwierdza, że funkcja trąbki Eustachiusza nie była zaburzona (ryc. 9A i ryc. 9D). Po drugie, przeprowadziliśmy tomografię komputerową miniaturowych świń 3 miesiące po wykonaniu nacięcia na podniebieniu miękkim, a wyniki również wykazały brak tworzenia się zapalenia ucha środkowego, co potwierdza, że funkcja trąbki Eustachiusza nie była zaburzona (ryc. 9B i ryc. 9E). Jednak kauteryzacja trąbki Eustachiusza może uszkodzić funkcję trąbki Eustachiusza, prowadząc do powstania zapalenia ucha środkowego (ryc. 9C i ryc. 9F). Porównanie pooperacyjnej tomografii komputerowej trzech świń wykazało, że ścieżka chirurgiczna podniebienia miękkiego nie prowadziła do powstania zapalenia ucha środkowego u miniaturowych świń, co wskazuje, że ta metoda chirurgiczna nie wpłynęła na funkcję trąbki Eustachiusza. Co więcej, długość nacięcia wynosi tylko 5-7 mm, podczas gdy długość podniebienia miękkiego przekracza 5 cm, co stanowi anatomiczną podstawę do tego, aby nie wpływać na funkcję ET (ryc. 8A). Szybko zszyliśmy również nacięcia, a nacięcie zagoiło się 1 tydzień po operacji. Wyniki te, zarówno ze struktury anatomicznej, jak i pooperacyjnej tomografii komputerowej, potwierdzają, że nacięcie chirurgiczne nie wpłynęło na funkcję ET. Może to wynikać z innego wpływu TVP i LVP świni na istoty pozaziemskie w porównaniu z ludźmi. Dodatkowo, miniaturowe świnie były hodowane przez cztery tygodnie po operacji, aby obserwować rekonwalescencję trąbki Eustachiusza. W tym okresie nie wystąpiły żadne komplikacje, takie jak trudności w jedzeniu lub oddychaniu. Dlatego podejście oparte na miękkim podniebieniu jest bezpieczne i skuteczne.
Kluczowe punkty procedury chirurgicznej z dostępu do podniebienia miękkiego obejmują zapobieganie infekcjom i krytyczne anatomiczne punkty orientacyjne. W zapobieganiu infekcjom głównym celem jest zapobieganie tworzeniu się przetoki miękkiego podniebienia. Gdy już do tego dojdzie, może poważnie wpłynąć na spożycie wody i stan odżywienia świni oraz upośledzić funkcję ET. Konieczne jest przestrzeganie ścisłych procedur aseptycznych, zapewniających dokładną dezynfekcję obszaru operacyjnego, który obejmuje całą błonę śluzową górnego podniebienia, obie strony dziąseł i łuki zębowe, części powierzchni języka oraz skórę otaczającą jamę ustną. Dodatkowo antybiotyki są przepisywane w trakcie i po operacji, z codziennym doustnym przyjmowaniem antybiotyków przez tydzień po operacji.
Krytycznymi anatomicznymi punktami orientacyjnymi są tylna krawędź podniebienia twardego i szew środkowy podniebienia miękkiego. Tylna krawędź podniebienia twardego znajduje się na styku podniebienia miękkiego i twardego i jest wyczuwalna palcem wskazującym. Identyfikacja tego punktu orientacyjnego ma kluczowe znaczenie, aby uniknąć przecięcia do przodu i ryzyka uszkodzenia twardej kości podniebienia, co utrudniłoby nacięcie lub uniemożliwiło dostęp do nosogardzieli po nacięciu. Cięcie do tyłu może powodować nadmierne uszkodzenie podniebienia miękkiego, wpływając na lokalizację otworu gardłowego ET. W przypadku szwu środkowego podniebienia miękkiego nacięcie powinno znajdować się około 2-3 mm do chirurgicznej strony szwu środkowego podniebienia miękkiego. Cięcie zbyt blisko szwu środkowego może przypadkowo dostać się do błony podśluzowej przegrody nosowej, utrudniając dostęp do otworu gardłowego ET. Jeśli nacięcie znajduje się zbyt daleko od szwu pośrodkowego, istnieje ryzyko zbliżenia się do bocznej części nosogardzieli, co może spowodować uszkodzenie otworu gardłowego ET. W skrajnych przypadkach może nawet dostać się do błony podśluzowej ściany bocznej, utrudniając zlokalizowanie otworu gardłowego ET i powodując potencjalne uszkodzenie otaczających tkanek, prowadząc do głębokiego zakażenia tkanek po operacji.
Pięćdziesiąt trzy miniaturowe świnie były zaangażowane w badania poświęcone badaniu funkcji trąbki Eustachiusza. Oprócz szlaku podniebienia miękkiego jako metody chirurgicznej, badaliśmy również wpływ rozszerzania balonu na strukturę i funkcję trąbki Eustachiusza oraz mechanizm uszkodzenia i procesu naprawy błony śluzowej trąbki Eustachiusza. Kolejne badania obejmowały rozszerzanie balonami o różnych średnicach oraz charakterystykę histologiczną błony śluzowej trąbki Eustachiusza w różnych punktach czasowych po rozszerzeniu. Pięćdziesiąt miniaturowych świń zostało pomyślnie zoperowanych w ramach badań eksperymentalnych opisanych powyżej.
Nasze podejście chirurgiczne zawiodło w 3 przypadkach. Wyniki te mogą być spowodowane wieloma czynnikami, w tym niektórymi z poniższych. Po pierwsze, lokalizacja nacięcia nie była wystarczająco dokładna, pochylając się w stronę przegrody nosowej, tak że położenie otworu gardłowego trąbki Eustachiusza nie mogło być skutecznie obserwowane przez pierwotne nacięcie. Aby zakończyć operację, nacięcie zostało rozszerzone, co spowodowało powstanie niezagojonej rany. Po drugie, tętnica została uszkodzona podczas przecinania podniebienia miękkiego, czas operacji został wydłużony z powodu powtarzającej się hemostazy, a resztkowe plamy krwi przylgnęły do jamy nosowej, służąc jako pożywka do hodowli przyspieszającej wzrost bakterii, co prowadziło do infekcji rany i wpływało na gojenie. Po trzecie, głębokość zszycia była niewystarczająca, a tarcie pokarmowe podczas jedzenia powodowało, że szew odpadał w sposób przedwczesny, co skutkowało tym, że rana nie goiła się. Chociaż w poszczególnych przypadkach występowało brak gojenia, wskaźnik powodzenia operacji był nadal na wysokim poziomie.
Ograniczeniem tego badania jest to, że nie przeprowadziliśmy analizy statystycznej utraty krwi i czasu operacji między drogą przeznosową a miękką podniebienną. Początkowo stosowaliśmy podejście przeznosowe, ale okazało się, że operacja jest dość trudna. Endoskop musiał być wielokrotnie usuwany w celu oczyszczenia krwi, co jeszcze bardziej pogłębiało uszkodzenie błony śluzowej nosa i utrudniało operację. Trwało to ponad 3 godziny, zanim dylatacja balonu została zakończona. Pomimo tego, że byliśmy w stanie ukończyć procedurę, nie kontynuowaliśmy stosowania tej metody chirurgicznej ze względu na etykę eksperymentów na zwierzętach. Ze względu na ograniczoną liczbę wczesnych zabiegów przeznosowych, dokonaliśmy jedynie wstępnych obliczeń czasu operacji. Jednak to właśnie wady związane z długim czasem operacji i nadmiernym krwawieniem zainspirowały nas do rozważenia innych ścieżek, aby uniknąć tych problemów i osiągnąć cel, jakim jest rozszerzenie balonu z trąbką Eustachiusza.
Podsumowując, podejście chirurgiczne opisane w tym badaniu jest wysoce odpowiednie do wykonywania procedur ET u dużych zwierząt, takich jak miniaturowe świnie, owce i psy. Technika charakteryzuje się prostotą, łatwą nauką, krótkim czasem operacji, wysoką skutecznością, minimalnym uszkodzeniem tkanek i szybkim gojeniem. Bezpośrednia wizualizacja ujścia gardła ET jest możliwa podczas operacji, a zabieg nie ma negatywnego wpływu na normalne funkcjonowanie ET. Podejście to ułatwia różne interwencje przy ujściu gardła, w tym rozszerzenie balonu, o którym mowa w tym badaniu, i ma również zastosowanie do innych procedur, takich jak umieszczanie stentów ET w innej literaturze.