Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Reproducerbar Paraplegi af thorax aortaokklusion i en musemodel for Rygmarvsskader iskæmireperfusion

doi: 10.3791/50910 Published: March 3, 2014

Summary

Den manglende mekanistisk forståelse af rygmarven iskæmireperfusion skade har forhindret yderligere supplementer til at forhindre paraplegi efter højrisiko aorta operationer. Således er afgørende for udviklingen af ​​dyremodeller. Dette håndskrift demonstrerer reproducerbar nedre ende lammelse efter thorax aortaokklusion i en musemodel.

Abstract

Baggrund
Nedre ende lammelse fortsat komplicere aorta interventioner. Den manglende forståelse af den underliggende patologi har hindret fremskridt for at mindske forekomsten denne skade. Den nuværende model demonstrerer reproducerbar nedre ende lammelse efter thorax aortaokklusion.

Metoder
Voksen mand C57BL6 mus blev bedøvet med isofluran. Gennem en cervicosternal indsnit aorta blev blotlagt. De faldende thorax aorta og venstre subclavia arterier blev identificeret uden indgang i pleura rummet. Skeletonization af disse arterier blev efterfulgt af øjeblikkelig lukning (Sham), eller okklusion i 4 min (moderat iskæmi) eller 8 min (langvarig iskæmi). Den sternotomi og hud blev lukket, og musen blev overført til opvarmning seng til nyttiggørelse. Efter inddrivelsen blev funktionel analyse opnået ved 12 timers mellemrum, indtil 48 timer.

Resultater
Mus, der undergik simuleret kirurgi viste ingen observerbar bagbenet underskud. Mus udsat for moderat iskæmi i 4 min havde minimal funktionel underskud på 12 timer efterfulgt af progression til at fuldføre lammelse på 48 timer. Mus udsat for langvarig iskæmi havde en øjeblikkelig lammelse med ingen observerbar hind-bevægeapparatet på noget tidspunkt i den postoperative periode. Der var ingen observerede intraoperativ eller postoperative dødelighed.

Konklusion
Reproducerbar lavere ende lammelse umiddelbart eller senere kan opnås i en musemodel. Derudover kan ved hjælp af en mediansternotomi og omhyggelig dissektion høje overlevelsesrater og reproducerbarhed opnås.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Lavere ekstremitet lammelse fortsætter med at komplicere thoracoabdominal interventioner. Skaden, der er kendt som rygmarven iskæmireperfusion skade (SCIR), resulterer i lammelse i op til 20% af højrisikopatienter 1. Kirurgiske supplementer såsom venstre hjerte bypass, lænde cerbrospinal aftapninger, hypotermisk kredsløbsstop og intercostal arterie reimplantation har reduceret forekomsten af denne komplikation 2, men alt for mange patienter fortsat blive påvirket.

Klinisk rygmarvsiskæmi og reperfusionsskade ses som enten øjeblikkelig eller forsinket lammelse efter indgriben 3.. Imidlertid har vores forståelse af denne skade er blevet undertrykt af manglende mekanisk detalje. Som et resultat, er tilgængelige til at dæmpe skade, når den er opstået få muligheder.

Vi har således hyret et lille dyr, murin model af rygmarven iskæmi og reperfusionsskade tilbedre karakterisere sin patogenese. De fleste undersøgelser til dato har brugt større dyremodeller for at karakterisere denne skade, nemlig rotte 4, kanin 5, og gris 6 modeller. Disse er imidlertid begrænset af deres omkostninger, kompleksitet, variable reproducerbarhed, og, vigtigst af alt, mangel på tilgængelige teknikker til genetisk manipulation. De mest pålidelige af disse offentliggjorte dyremodeller involverer infrarenale tværs fastspænding af den abdominale aorta hos kaniner. Men menneskelig anterior spinal neuroner oftest får deres vaskulære forsyning fra flere proksimale grene 7. Variabel vaskulære anatomi af rygmarven i disse modeller tilføjer til vanskeligheder ved overgangen deres resultater til klinisk brug.

Dette håndskrift præsenterer en model for umiddelbare eller forsinkede paraplegi efter thorax aortaokklusion der er klinisk relevant og let at anvende. Eksponering af aortabuen via mini sternotomin er mindre invasiv og kan fremkalde meget reproducerbare resultater med minimal sygelighed og dødelighed. Selv om denne model ikke uden udfordringer og tekniske nuancer kan disse overvindes med omhyggelig dissektion og væv håndtering for at frembringe en model af bagbensparalyse, der let kan implementeres.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1.. Præoperativ Forberedelse og Anæstesi

  1. Vær sikker på at observere steril teknik under hele proceduren. Udlæg alle instrumenter.
  2. Tænd temperaturkontrol sengen før anæstesi induktion således at det kan opvarmes til en passende temperatur (36,5 ° C). Tænd laseren Doppler perfusion skærmen, så den kan starte i løbet af induktion.
  3. Placer musen i induktion kammer.
    1. Overvåge nøje respirationsfrekvens af musen under induktion.
    2. Så snart den respirationsfrekvens visuelt er aftaget, fjerne musen fra induktion kammer.
    3. Udfør tå knibe for at vurdere tilstrækkeligheden af ​​bedøvelsesmiddel.
  4. Med musen korrekt bedøvet sted mus i rygleje.
  5. Sæt ansigt i næse kegle og sikre alle ekstremiteter til opvarmning bordet.
    1. Vær særlig opmærksom på at sikre, at ekstremiteter er sikret i anatomisk position, med ingen deviatipå den ene side. Hvis musen er forkert placeret, er det vanskeligt at undgå intern thorax arterie overskæring under sternotomien.
  6. Brug neglesaks eller kommercielt tilgængelige hårfjerning creme, fjerne hår fra midterlinjen brystkasse og venstre nedre ekstremitet ventrale overflade.
    1. Hvis du bruger hårfjerning creme, undgå at efterlade creme på plads i mere end 30 sek, kan som baseforbrændinger forekomme.
  7. Flygtigt narkosemiddelfordamper koncentration titreres at opretholde tilstrækkelig anæstesi.
    1. Forventede vaporizer fraktioner mellem 1-5% ved hjælp af isofluran med højt flow O 2.
    2. Flygtige narkosemiddelfordamper koncentration bør titreres for at opretholde anæstesi under kirurgiske stimulation samtidig opretholde spontane respirations.

2. Rektal Probe Laser Doppler Placement

  1. Indsæt smurt rektal sonde ind musens endetarmen. Sikker på plads til at operating seng.
  2. Juster varme seng for et mål rektal temperatur på 36,5 ° C.
  3. Lav små snit i lårarterie af mus og dissekere hud væk fra det subkutane væv.
  4. Indsæt laser Doppler probe i femoral arterie.
  5. Juster sonde positioner indtil perfusion monitor registrerer mere end 800 perfusion enheder.
    1. Fastgør sonden på plads. Forkert sikrede sonder kan have falsk lave perfusionsmålinger.

3. Dissektion af aortabuen / arteria subclavia

  1. Lav en 2 cm incision i huden over brystbenet hak og forsigtigt dissekere hud væk fra det subkutane væv.
  2. Dissekere submandibulære kirtel gratis.
    1. Hvis der opstår blødning, kan blide tryk påføres med en vatpind.
    2. Opdel glandula submandibularis gennem midterlinjen i den avaskulære plan.
  3. Løft forsigtigt brystbenet med pincet og bruge scissors lave 1 cm midterlinjen sternotomi gennem midterlinjen af brystbenet. Enhver afvigelse fra midterlinjen kan resultere i interne brystarterie blødning, som vil være vanskelig at kontrollere.
  4. Placer 5-0 tilbagetrækningselementer suturer på hver side på kanten af brystbenet og trække brystbenet sideværts sikring suturer til det transporterende sengen. Undgå at placere tilbagetrækningselementer suturer for sideværts for at forhindre pneumothoraces.
  5. Ved stump dissektion fri strap muskler langs luftrøret. Den venstre strop muskel kan opdeles med en saks for at forbedre eksponering.
  6. Dissekere frigøre thymus fra omgivende væv. Fortsæt stump dissektion, indtil de store skibe visualiseres. Udvis ekstrem forsigtighed for at forhindre indgang i pleura rummet.
  7. Placer vaskulære klemmer på aortabuen og venstre subclavia arterie.
  8. Kontroller distale flow er passende forstyrret. Dette vil ses som en reduktion i perfusion enheder> 90%.
    1. Fortsæt okklusion i desirød for 4-8 min.
  9. Fjern vaskulær klemme og kontrollere hæmostase før lukning af brystet.

4.. Lukning af sternotomi og hud

  1. Fjern tilbagetrækning sutur på venstre side af musen.
  2. Luk sternotomien med den rigtige tilbagetrækning sutur.
    1. En enkelt brystbenet sutur (med den tidligere placeret tilbagetrækning sting) velegnet til brystbenet lukning. Placering anden søm er unødvendigt og øger risikoen for pneumothorax og blødning.
  3. Tæt hud med rindende 5-0 sting.

5.. Inddrivelse og Postoperativ Assessment

  1. Overfør musen til genopretning bur. Cage skal placeres på en varmepude til at øge den omgivende temperatur af opsvinget kammeret og reducere varmetabet til omgivelserne.
  2. Nøje overvåge musen for tegn åndedrætsbesvær eller beslaglæggelse aktivitet. Indgiv analgesi per institutionens retningslinjer. Euthanize mus straks, hvis der observeres beslaglæggelse eller åndedrætsbesvær.
    1. CO 2 kammer eutanasi er vores foretrukne metode. Cervikal dislokation er en anden mulighed, hvis CO 2 er ikke tilgængelig.
    2. Fuldstændig helbredelse kan forventes i 1-2 timer, afhængigt af længden af ​​flygtigt anæstetikum, og den anvendte koncentration.
  3. Retur musen til normal bur. Placer mad og vand sted på gulvet i buret.
  4. Vurdere neurologisk status efter 12 timer mellemrum ved hjælp Basso Mouse Skala for Locomotion 8.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Mus undergik simuleret operation (n = 3) eller aortaokklusion til 4 (n = 3) til 8 minutter (n = 3). Postoperativt mus blev klassificeret af Basso Mouse Score (figur 1). Mus, der undergik simuleret operation havde ingen observerbar funktionelle underskud på noget tidspunkt postoperativt. Mus udsat for moderat iskæmi (4 min) havde næsten normal hind-lemmer funktion på 12 timer med progressiv funktionelle tilbagegang at fuldføre lammelse af 48 timer. Mus i langvarig iskæmi-gruppen (8 min) havde fuldstændig lammelse efter operation uden erstattes funktion (figur 2).

Figur 1
Figur 1. Basso score for Hind Limb Motorik 8. Pointsystemet for bagbenet neurologisk dysfunktion sorteres fra 0 (ingen funktion) til 9 (normal functipå). Klik her for at se større billede.

Figur 2
Figur 2.. Postoperativ Hind-Limb funktion. Sværhedsgraden af neurologiske underskud blev bedømt efter Basso Mouse Scale ved 12 timers intervaller postoperativt indtil 48 timer. Klik her for at se større billede.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Paraplegi sekundært til rygmarven iskæmireperfusion er resultatet af et kompleks af dårligt forståede sygdomme 9. Mens dette er mest almindeligt ses efter thoracoabdominal aorta kirurgi, kan en række andre fornærmelser såsom aorta dissektioner, traumer, emboliske fænomener, vasculitis og systemisk hypotension 10 resultere i paraplegi. At opnå yderligere forståelse af denne skade og give fremtidige mål for at fjerne denne skade, har dyremodeller blevet en nødvendighed.

Patienter ramt af denne komplikation udstille enten en umiddelbar eller forsinket lammelse. Denne model, og andre tilstrækkeligt parallel 11 den bimodale fordeling af lammelse ses klinisk. Mens moderat iskæmi (4 min) gav en forsinket lammelse, langvarig iskæmi (8 min) resulterede i en omgående og permanent lammelse.

Den præsenterede model har fordele i forhold til dem, der kræver alateral thoracotomi 12,13. Den mediansternotomi eksponering forlader pleurahulen intakt og eliminerer behovet for tracheale intubationer eller reetablere undertryk i det pleurale rum. Klinisk er det sternotomien forbundet med langt færre postoperative smerter i end den laterale torakotomi og kan reducere postoperative smertestillende krav.

Denne model er ikke uden begrænsninger. Som med andre modeller, murine kirurgi har en indlæringskurve, og god kirurgisk teknik er bydende nødvendigt. Mus kan hurtigt bukke under, hvis dissektion ikke sker med omhu. De mest almindelige årsager til intraoperativ dødelighed er blødning eller pneumothorax. For at undgå potentielt fatal blødning den sternotomien skal gøres midterlinjen. Hvis sternotomien er lavet for sideværts en transaktion af interne brystkirtler arterier og efterfølgende blødning kan forekomme. Derudover kan groft dissektion af faldende aorta og subclavia arterie resultere i blødning det vil være vanskelighedert eller umuligt at kontrollere. Pneumothoraces er en anden potentielt fatale komplikation. Disse forekommer typisk under anbringelsen af ​​opløft suturer eller dissektion af aorta. Hvis tilbagetrækningselementer suturer er sted for sideværts eller aortabuen dissekeres ikke med omhu en pneumothorax kan forekomme og er altid dødelig.

Yderligere skridt er nødt til at være ansat til at sikre reproducerbarhed. Normotermi er kritisk. Under operationen holdes mus så tæt på 36,5 ° C som muligt. Selv mild hypotermi har været vist i at have betydelige neurobeskyttende virkninger i rygmarven og takts modeller 14,15. Desuden bør laser Doppler målinger overvåges nøje og mus med kun 90% reduktion i distal flow bør medtages til sammenligning. Ufuldstændig tillukning af aorta eller subclavia arterier kan resulterer i højere distale strømme og resultater, der er meget varierende.

Det konkluderes, at murin lower ekstremitet lammelse præsenteret let kan vedtages, hvilket giver meget reproducerbare resultater. Anvendelser af denne model kan billede investigator med et middel til at undersøge umiddelbare og forsinkede lammelse. Desuden kan vedtagelsen af ​​denne model vise sig gavnlig i bekæmpelsen af ​​denne ødelæggende komplikation.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Vi vil gerne takke thoraxkirurgi Fonden for forskning og uddannelse til deres finansielle støtte til dette projekt.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
VMS Anesthesia Machine MDS Matrx
Isoflurane Vet One 13985-528-60 2.0% through nose cone 
Induction Chamber Vet Equip 941444
Heating Bed Vestavia Scientific
Lazer Doppler Monitor Moor Instruments VMS-LDF1
5-0 Suture, Polyester Surgidac VD-551 Taper Needle
Microdissecting Clips Biomedical Research Instruments 14-1030, 14-1060
Surgical Instruments Fine Surgical Instruments Forceps, needle holder

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Conrad, M. F., Ye, J. Y., Chung, T. K., Davison, J. K., Cambria, R. P. Spinal cord complications after thoracic aortic surgery: long-term survival and functional status varies with deficit severity. J. Vasc. Surg. 48, 47-53 (2008).
  2. Okita, Y. Fighting spinal cord complication during surgery for thoracoabdominal aortic disease. Gen. Thorac. Cardiovasc. Surg. 59, 79-90 (2011).
  3. Wong, D. R., et al. Delayed spinal cord deficits after thoracoabdominal aortic aneurysm repair. Ann. Thorac. Surg. 83, 1345-1355 (2007).
  4. Taira, Y., Marsala, M. Effect of proximal arterial perfusion pressure on function, spinal cord blood flow, and histopathologic changes after increasing intervals of aortic occlusion in the rat. Stroke. 27, 1850-1858 (1996).
  5. Naslund, T. C., Hollier, L. H., Money, S. R., Facundus, E. C., Skenderis, B. S. Protecting the ischemic spinal cord during aortic clamping. The influence of anesthetics and hypothermia. Ann. Surg. 409-515 (1992).
  6. Qayumi, A. K., Janusz, M. T., Lyster, D. M., Gillespie, K. D. Animal model for investigation of spinal cord injury caused by aortic cross-clamping. J. Invest. Surg. 10, 47-52 (1997).
  7. Lang-Lazdunski, L., Matsushita, K., Hirt, L., Waeber, C., Vonsattel, J. P., Moskowitz, M. A., Dietrich, W. D. Spinal Cord Ischemia: Development of a model in the mouse. Stroke. 31, 208-213 (2000).
  8. Basso, D. M., Fisher, L. C., Anderson, A. J., Jakeman, L. B., McTigue, D. M., Popovich, P. G. Basso Mouse Scale for locomotion detects differences in recovery after spinal cord injury in five common mouse strains. J. Neurotrauma. 23, 635-659 (2006).
  9. Kwon, B. K., Tetzlaff, W., Grauer, J. N., Beiner, J., Vaccaro, A. R. Pathophysiology and pharmacologic treatment of acute spinal cord injury. Spine. J. 4, 451-464 (2004).
  10. Cheshire, W. P., Santos, C. C., Massey, E. W., Howard, J. F. Spinal cord infarction: etiology and outcome. Neurology. 47, 321-330 (1996).
  11. Kakinohana, M., et al. Delayed paraplegia after spinal cord ischemic injury requires caspase-3 activation in mice. Stroke. 42, (8), 2302-2307 (2011).
  12. Wang, Z., Yang, W., Britz, G. W., Lombard, F. W., Warner, D. S., Sheng, H. Development of a simplified spinal cord ischemia model in mice. J. Neurosci. Methods. 189, 246-251 (2010).
  13. model of ischemic spinal cord injury with delayed paralysis caused by aortic cross-clamping. Anesthesiology. 113, 880-891 (2010).
  14. Kang, J., et al. The effects of systemic hypothermia on a murine model of thoracic aortic ischemia reperfusion. J. Vasc. Surg. 52, 435-443 (2010).
  15. Li, J., Benashski, S., McCullough, L. D. Post-stroke hypothermia provides neuroprotection through inhibition of AMP-activated protein kinase. J. Neurotrauma. 28, (7), 1281-1288 (2011).
Reproducerbar Paraplegi af thorax aortaokklusion i en musemodel for Rygmarvsskader iskæmireperfusion
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bell, M. T., Reece, T. B., Smith, P. D., Mares, J., Weyant, M. J., Cleveland Jr., J. C., Freeman, K. A., Fullerton, D. A., Puskas, F. Reproducable Paraplegia by Thoracic Aortic Occlusion in a Murine Model of Spinal Cord Ischemia-reperfusion. J. Vis. Exp. (85), e50910, doi:10.3791/50910 (2014).More

Bell, M. T., Reece, T. B., Smith, P. D., Mares, J., Weyant, M. J., Cleveland Jr., J. C., Freeman, K. A., Fullerton, D. A., Puskas, F. Reproducable Paraplegia by Thoracic Aortic Occlusion in a Murine Model of Spinal Cord Ischemia-reperfusion. J. Vis. Exp. (85), e50910, doi:10.3791/50910 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter