Этот протокол описывает выполнение краниэктомии с помощью высокоскоростного пневматического сверла на 3-месячной свинье датской породы ландрейс. Доступ осуществляется через лобную кость и открывает вентральную твердую мозговую оболочку и нижележащие полушария головного мозга. Эта процедура позволяет получить доступ к большой части мозга свиньи.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Доступ к мозгу свиньи с помощью высокоскоростной черепной эктомии с пневматическим сверлом
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Использование свиней в качестве экспериментальной животной модели особенно актуально в исследованиях в области нейробиологии, поскольку центральная нервная система (ЦНС) свиньи и человека имеют много общих функциональных и архитектурных свойств. Следовательно, ожидается, что свиньи будут играть все более важную роль в будущих исследованиях различных неврологических заболеваний. Здесь описывается метод выполнения передней краниэктомии через лобную кость свиньи. После разреза по средней линии и последующего обнажения лобной кости свиньи используются анатомические ориентиры, чтобы обеспечить оптимальное расположение краниэктомии. Путем тщательного и постепенного утончения лобной кости с помощью закругленного сверла достигается прямоугольное отверстие в твердую мозговую оболочку и нижележащие полушария головного мозга. Представленный метод требует определенных хирургических материалов, в том числе пневматического высокоскоростного сверла, и некоторой степени хирургического опыта. Потенциальные осложнения включают непреднамеренное поражение твердой мозговой оболочки или дорсального сагиттального синуса. Тем не менее, метод прост, экономит время и предлагает высокую степень воспроизводимости для исследователей. При правильном выполнении этот метод подвергает воздействию большую часть непораженного мозга свиньи для проведения различных нейромониторинга или анализов.
Введение
Как правило, животные модели используются, когда практические и/или этические ограничения запрещают использование пациентов для изучения заболеваний или тестирования хирургических методов. Новые животные модели, как правило, создаются для того, чтобы обеспечить новые знания, имеющие трансляционную ценность для условий жизни человека. Грызуны часто используются по практическим и финансовым соображениям, но они имеют ограниченную трансляционную ценность для человека, особенно из-за существенных анатомических различий1. Свиньи, однако, имеют ряд преимуществ по сравнению с грызунами. Мало того, что свиньи имеют несколько общих с человеком ключевых анатомических, физиологических, метаболических и генетических особенностей, но и размер систем органов свиньи может быть сопоставим по весу, чтобы напоминать человеческие органы. Это дает свиньям уникальную роль среди хирургических моделей животных и в процедурном обучении4. Несмотря на то, что использование свиных моделей требует определенных практических и финансовых возможностей по сравнению с использованием грызунов, свиньи предлагают как финансовый, так и этически более приемлемый вариант по сравнению с использованием нечеловекообразных приматов.
Мозг свиньи представляет особый интерес в исследованиях трансляционной нейробиологии. Во-первых, архитектура мозга свиньи похожа на архитектуру мозга человека, поскольку оба мозга являются преимущественно белым веществом и гирецефалическими 3,5,6. Во-вторых, больший размер мозга у свиней по сравнению с грызунами позволяет использовать хирургическое оборудование и различные методы визуализации, эквивалентные тем, которые используются вклинических условиях. Следовательно, впоследние десятилетия в исследованиях в области нейробиологии широко используются различные модели свиней9. Однако большинство таких моделей ЦНС свиней требуют прямого анализа ткани мозга, который может быть получен различными способами (например, имплантация катетеров или электродов, биопсия тканей и т. д.). 10. Поскольку большинство этих методов требуют некоторой степени инструментализации и прямого доступа к мозгу, необходимо рассмотреть различные подходы к хирургическому доступу.
Этот метод включает в себя выполнение передней краниэктомии через лобную кость 3-месячной самке свиньи датской породы ландрас. Общая цель данной рукописи состоит в том, чтобы описать метод обнажения большой части вентрального мозга свиньи через краниэктомию с помощью пневматического высокоскоростного сверла. Первым делом необходимо расположить объект в подходящем положении с поднятой головой. Поскольку черепная коробка свиньи сильно отличается от черепной коробки человека, второй шаг включает в себя планирование установки черепа с использованием различных анатомических ориентиров. Третьим шагом является доступ к основной твердой мозговой оболочке, охватывающей оба полушария, не повреждая ее.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Все описанные эксперименты на животных проводились в Университетской больнице Ольборга, Дания, в соответствии с действующим законодательством и с одобрения Датской инспекции по экспериментам на животных (лицензия No 2020-15-0201-00401). Для исследования использовались домашние свиньи, самки весом около 40 кг и в возрасте 3 месяцев. Подробная информация об используемых реагентах и оборудовании приведена в Таблице материалов.
1. Предмет размещения
- Пациенты размещаются в группах с 12-часовыми циклами света/темноты в утвержденных загонах не менее чем за 7 дней до хирургической процедуры для обеспечения акклиматизации.
2. Анестезия и мониторинг
- Успокоить животное с помощью внутримышечной инъекции 2 мл/10 кг смеси, содержащей тилетамин 6,25 мг/мл, кетамин 6,25 мг/мл, золазепам 6,25 мг/мл, буторфанол 1,25 мг/мл и ксилазин 6,25 мг/мл.
- Положите животное в лежачее положение на одеяло с подогревом, чтобы обеспечить оптимальную терморегуляцию.
- Интубируйте субъекта с помощью трубки 7 размера 6,5и проветрите его механическим способом с неувлажненным воздухом, дыхательным объемом 8 мл/кг и частотой дыхания 16-20 вдохов/мин в соответствии с концентрациейСО2 в конце выдоха <6,0 кПа.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это также обеспечивает правильное размещение трубки в трахее. - Поддерживайте анестезию путем ингаляции от 1% до 2% севофлурана.
- Осторожно наносите офтальмологическую мазь на оба глаза субъекта, чтобы предотвратить сухость во время анестезии.
- Обеспечьте степень анестезии, проверив цилиарные рефлексы и соответствующим образом отрегулировав севофлуран.
- Введите катетер мочевого пузыря с термометром в мочевой пузырь пациента через мочеиспускательный канал для контроля температуры и сбора мочи в мешок для катетера.
- Следите за жизненными показателями животного на протяжении всей процедуры.
ПРИМЕЧАНИЕ: Жизненно важные показатели включают пульс, непрерывное артериальное давление, температуру иCO2 в конце выдоха. - Вставить центральный венозный катетер (6 Fr тубуса) в правую яремную вену путем чрескожной пункции и использовать его для непрерывной инфузии физиологического раствора (NaCl, 0,9%), инфузии лекарств и эвтаназии в конце исследования.
3. Позиционирование животного
- Поместите объект в положение лежа с поднятой головой и стабилизируйте мешками с песком до тех пор, пока лобная кость не станет почти горизонтальной, чтобы обеспечить оптимальное положение.
ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что голова в некоторой степени обездвижена, чтобы предотвратить нежелательное движение. - Сбрейте волосы в месте операции с помощью триммера или бритвы.
4. Подготовка хирургического оборудования
- Подготовьте хирургическое оборудование, как указано в Таблице материалов.
5. Обнажение лобной кости
- Определите выступ затылочной кости и каудальную сторону каждого гребня верхней орбиты (рис. 1), чтобы определить ожидаемую сагиттальную среднюю линию.
- Начните с разреза по средней линии с помощью скальпеля No 24, чтобы разрезать как кожу, так и апоневротическую галею на надкостнице лобной кости.
- Вытрите кровь хирургическими тампонами.
- Постепенно отделите апоневротическую галею от нижележащей лобной кости вокруг разреза с помощью уплощенного ронжера диаметром 12 мм.
- Используйте хирургический ретрактор, чтобы отделить апоневротическую галею и обнажить нижележащую лобную кость (Рисунок 2).
6. Выявление анатомических ориентиров обнаженной лобной кости
- Определите сагиттальный шов в качестве ориентира для анатомической средней линии и коронального шва (Рисунок 2).
- С помощью ручной пальпации определите три костные структуры: затылочный выступ и каудальную сторону обоих верхних орбитальных гребней (рис. 1 и рис. 3).
ПРИМЕЧАНИЕ: Эти ориентиры образуют треугольник, в пределах которого выполняется краниэктомия (Рисунок 1 и Рисунок 4А).
7. Доступ к твердой мозговой оболочке
- С помощью высокоскоростной пневматической дрели с закругленным алмазным покрытием (рис. 3A) определите каждый угол прямоугольника в пределах границ ранее определенного треугольника.
- Соедините каждый угол закругленным алмазным жерновом диаметром 4 мм, чтобы обеспечить правильное расположение отверстия (Рисунок 4B).
- Постепенно утончайте лобную кость с помощью закругленного алмазного заусенца диаметром 4 мм, пока не обнажится твердая мозговая оболочка.
ПРИМЕЧАНИЕ: Избегайте первой точки контакта с твердой мозговой оболочкой по средней линии, соответствующей сагиттальному шву (Рисунок 1), так как здесь расположен большой дорсальный сагиттальный синус. Перфорация в этой точке может вызвать значительное венозное кровоизлияние. - Используйте первую точку соприкосновения со твердой мозговой оболочкой, чтобы визуально оценить толщину оставшейся лобной кости.
- Продолжайте осторожно утончать лобную кость в определенном прямоугольнике с помощью закругленного ромбовидного заусенца толщиной 4 мм.
ПРИМЕЧАНИЕ: Приберегите костную пыль для последующего гемостаза кровотечения из вен или обнаженной спонгиозы лобной кости. - Просуньте диссектор на 3 мм под достаточно истонченную кость вокруг костной пластины и отколите его легким ручным нажатием, чтобы расширить отверстие к твердой мозговой оболочке.
ПРИМЕЧАНИЕ: Чередуйте сверление и откалывание кости до тех пор, пока не обнажаются несколько точек твердой мозговой оболочки вокруг костной пластины. - Нанесите стерильный физиологический раствор с помощью шприца, чтобы очистить обзор.
8. Удаление костной пластины
- Вставьте диссектор 3 мм под костную пластину и постепенно надавите вниз на ее ручку, чтобы отломить костную пластину.
ПРИМЕЧАНИЕ: Теперь следует обнажить основную твердую мозговую оболочку, обнажив контуры обоих полушарий головного мозга (Рисунок 5 и Рисунок 6). - Оцените целостность твердой мозговой оболочки путем визуального осмотра на предмет утечки спинномозговой жидкости (СМЖ).
Примечание: Оба полушария будут повышаться в синхронной пульсации, если нет значительных дефектов в твердой мозговой оболочке. - Остановите незначительные венозные кровотечения с помощью сохраненной костной пыли или путем осторожного применения монополярной или биполярной коагуляции с прижиганием при низком напряжении.
ПРИМЕЧАНИЕ: Ожидаются незначительные венозные кровотечения из эмиссарных или диплоических вен.
9. Защита обнаженной твердой мозговой оболочки
- Накройте обнаженную твердую мозговую оболочку стерильным хирургическим тампоном, смоченным в стерильном физрастворе, чтобы предотвратить высыхание подлежащих тканей.
10. Введение катетеров для микродиализа (MDC)
- Используйте дорсальный сагиттальный синус в качестве ориентира для средней линии. Поместите катетер для микродиализа (MDC) в просвет одноразовой иглы 18 G. Проникайте иглой в твердую мозговую оболочку на 10 мм латерально от дорсальной сагиттальной пазухи под углом 10°-15° в краниально-ростральном направлении до тех пор, пока 20 мм иглы не окажутся в тканях.
- Медленно извлекайте иглу, следя за тем, чтобы MDC оставался на том же месте в поверхностной коре головного мозга.
- Надежно закрепите катетер на близлежащей коже, чтобы предотвратить вывих MDC.
ПРИМЕЧАНИЕ: Во избежание повреждения убедитесь, что кончик MDC не соприкасается с острым кончиком иглы. - Повторите процедуру, используя дорсальный сагиттальный синус в качестве срединного ориентира. Поместите МДХ внутрь иглы, как описано выше, и проникните твердую мозговую оболочку на контралатеральной полусфере на расстоянии 15 мм от средней линии иглой перпендикулярно (угол 90°).
- Введите иглу на 20 мм перед тем, как медленно извлечь ее, как описано, оставив МДК в подкорковой мозговой ткани. Защитите MDC, как описано выше.
- Приготовьте одноразовый пластиковый шприц объемом 2 мл с одноразовой иглой 18 г. Наполните шприц 0,5 мл стерильного физиологического раствора.
- Проникните в твердую мозговую оболочку на 20 мм латерально от средней линии, держа иглу под углом 45° к средней линии. Медленно вводите иглу на 1 мм за раз, осторожно отсасывая при каждом этапе введения.
- Наблюдайте за шприцем во время каждой аспирации до тех пор, пока не будет получена спинномозговая жидкость (ликвор).
- Отделите иглу от шприца, удерживая иглу в том же анатомическом месте. Вводите MDC через иглу в боковой желудочек до тех пор, пока не почувствуете резистентность.
- Надежно закрепите МДК хирургическим скотчем, как описано выше.
11. Микродиализ (МД)
- Подсоедините каждый катетер для микродиализа (MDC) к отдельному насосу для микродиализа.
- Начните процесс микродиализа путем прокачки стерильного физиологического раствора через MDC и сбора его в подходящий образец. Обеспечьте проход через каждый MDC, наблюдая за содержанием физиологического раствора в каждом образце.
- Начните период калибровки тканей в течение 30 минут непрерывного микродиализа со скоростью потока 1 мкл/мин.
12. Эвтаназия
- Введение болюса пентобарбитала внутривенно (50 мг/кг) через центральный венозный катетер (в соответствии с утвержденными в учреждении протоколами).
- Наблюдайте за пульсом, артериальным давлением и изгибамиCO2 в конце выдоха на респираторе в качестве подтверждения остановки сердца.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Положение головы свиньи в положении лежа на животе обеспечивает оптимальный доступ для хирурга во время процедуры, а использование стабилизирующих мешков с песком снижает риск непреднамеренных смещений положения головы свиньи во время бурения.
Во время этой демонстрации поверхностные анатомические ориентиры верхнего черепа свиньи (оба гребня верхней орбиты и затылочный гребень) (рис. 1 и рис. 3) были использованы для точной идентифика...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Продемонстрированная процедура включает в себя несколько критически важных этапов. Во-первых, точное планирование места проведения краниэктомии имеет решающее значение из-за состава черепа свиньи. Поскольку толщина лобной кости свиньи увеличивается по боковым краям, размещение отверстия слишком латерально11 может затруднить доступ к твердой мозговой оболочке во время сверления. Кроме того, правильное расположение отверстия в пределах средней линии важно для снижения риска непреднамеренного поврежд...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявить.
Благодарности
Авторы выражают благодарность за поддержку и технический опыт, которыми поделились сотрудники биомедицинской лаборатории Университетской больницы Ольборга, Дания.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 10 мл пластиковые сирринги | Becton, Dickinson and Company | 303219 | |
| 107 Микродиализный насос | M Dialysis | P000127 | 107 Микродиализный насос |
| 2 мл пластиковые иглы | Becton, Dickinson and Company | 300928 | |
| 25 мм, 18 G иглы | Becton, Dickinson and Company | 304100 | |
| Bair Hugger нагреватель | 3M | B5005241003 | |
| Bair Hugger нагревательное одеяло | 3M | B5005241003 | |
| Batery для микродиализного насоса | M Dialysis | 8001788 | Аккумулятор 6 В, 106 и MD Насос |
| Диссектор | Karl Storz | 223535 | Flattended 3 мм диссектор |
| Размер эндотрахеальной трубки 6,5 | DVMed | DVM-107860 | Эндотрахеальная трубка с манжетой |
| Euthasol Vet | Dechra Veterinary Products A/S | 380019 | фентобарбитал для эвтаназии, 400 мг/мл |
| Farabeuf Rougine | Mahr Surgical | Flat Head rougine (12 мм) | |
| Foley Катетер 12 F | Becton, Dickinson and Company | D175812E | Катертер со встроенным термосенсором |
| Внутривенная оболочка | Coris Avanti | Avanti Cordis Бедренная оболочка 6 F | |
| Микродиализ Мозговые катетеры | M Диализ | P000050 | мембрана длиной 10 мм -стержень 100 мм 4/кг |
| Шприц для микродиализа | M Диализ | 8010191 | 106 Насос Шприц 20/шт |
| Микрофлаконы для микродиализа Отбор проб | M Диализ | P000001 | Микрофлаконы 250/кг |
| Операционный стол | |||
| Пневматическая высокоскоростная дрель | Medtronic | Medtronic Midas Rex 7 Сверло | |
| Primus респиратор | Drä | Респиратор ger со встроенным испарителем для дополнительной анестезии Севофлуран | |
| Округлая алмазная дрель | Medtronic | 7BA40D-MN | |
| Самоудерживающийся ретрактор | World Precission Instruments | 501722 | Ретрактор Weitlander, самоудерживающийся, 14 см тупой |
| Стерильный физиологический раствор | Fresnius Kabi | 805541 | 1000 мл |
| Стерильные хирургические свопы | |||
| Хирургический скальпель No 24 | Swann Morton | 5.03396E+12 | Swann Morton Стерильный одноразовый скальпель No 24 |
| Zoletil Vet | Virbac | Медицинская смесь для индукции анестезии |
Ссылки
- Mariager, T., Bjarkam, C., Nielsen, H., Bodilsen, J. Experimental animal models for brain abscess: a systematic review. Br J Neurosurg. , 1-8 (2022).
- Bassols, A., et al. The pig as an animal model for human pathologies: A proteomics perspective. Proteomics Clin Appl. 8, 715-731 (2014).
- Meurens, F., Summerfield, A., Nauwynck, H., Saif, L., Gerdts, V. The pig: A model for human infectious diseases. Trends Microbiol. 20 (1), 50-57 (2012).
- Swindle, M. M., Makin, A., Herron, A. J., Clubb, F. J., Frazier, K. S. Swine as models in biomedical research and toxicology testing. Vet Pathol. 49 (2), 344-356 (2012).
- Lind, N. M., et al. The use of pigs in neuroscience: Modeling brain disorders. Neurosci Biobehav Rev. 31 (5), 728-751 (2007).
- Hoffe, B., Holahan, M. R. The use of pigs as a translational model for studying neurodegenerative diseases. Front Physiol. 10, 838(2019).
- Ettrup, K. S., et al. Basic surgical techniques in the göttingen minipig: Intubation, bladder catheterization, femoral vessel catheterization, and transcardial perfusion. J Vis Exp. (52), e2652(2011).
- Bjarkam, C. R., Glud, A. N., Orlowski, D., Sørensen, J. C. H., Palomero-Gallagher, N. The telencephalon of the Göttingen minipig, cytoarchitecture and cortical surface anatomy. Brain Struct Funct. 222 (5), 2093-2114 (2017).
- Hou, N., Du, X., Wu, S. Advances in pig models of human diseases. Animal Model Exp Med. 5 (2), 141-152 (2022).
- Munk, M., Poulsen, F. R., Larsen, L., Nordström, C. H., Nielsen, T. H. Cerebral metabolic changes related to oxidative metabolism in a model of bacterial meningitis induced by lipopolysaccharide. Neurocrit Care. 29 (3), 496-503 (2018).
- Kyllar, M., et al. Radiography, computed tomography and magnetic resonance imaging of craniofacial structures in pig. J Vet Med C: Anat Histol Embryol. 43 (6), 435-452 (2014).
- Mariager, T., et al. Continuous evaluation of single-dose moxifloxacin concentrations in brain extracellular fluid, cerebrospinal fluid, and plasma: A novel porcine model. J Antimicrobial Chemother. , (2024).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
