Login processing...

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

Medicine

Reproducerbar Paraplegia från Thoracic Aorta ocklusion i en musmodell av ryggmärgs ischemi-reperfusion

doi: 10.3791/50910 Published: March 3, 2014

Summary

Bristen på mekanistisk förståelse för ryggmärgs ischemi-reperfusion skada har hindrat ytterligare komplement för att förhindra paraplegi efter högriskaortaoperationer. Således är utvecklingen av djurmodeller imperativ. Detta manuskript visar reproducerbar nedre extremiteten förlamning efter thorakal aorta ocklusion i en musmodell.

Abstract

Bakgrund
Nedre extremiteten förlamning fortsätter att komplicera aorta interventioner. Bristen på förståelse för den underliggande patologin har hindrat framsteg för att minska uppkomsten denna skada. Den nuvarande modellen visar reproducerbar nedre extremiteten förlamning efter bröstkorg aorta ocklusion.

Metoder
Vuxna manliga C57BL6 möss sövdes med isofluran. Genom en cervicosternal snitt aorta var utsatt. De fallande aorta och vänster subclavia artärer identifierades utan inträde i pleura rymden. Skeletonization av dessa artärer följdes av omedelbar stängning (Sham) eller ocklusion under 4 min (måttlig ischemi) eller 8 min (långvarig ischemi). Den sternotomi och huden stängdes och musen överfördes till uppvärmningen bädd för återvinning. Efter återhämtning, var funktionell analys erhölls vid 12 h intervall tills 48 timmar.

Resultat
Möss som genomgick simulerad operation visade ingen observerbar bakbenen underskott. Möss som utsätts för måttlig ischemi för 4 minuter hade minimal funktionella underskott på 12 timmar, följt av progression för att slutföra förlamning på 48 timmar. Möss som utsätts för långvarig ischemi hade en omedelbar förlamning med någon observerbar hind-lem rörelse vid någon punkt i den postoperativa perioden. Det fanns ingen observerade intraoperativ eller postoperativ mortalitet.

Slutsats
Reproducerbar nedre extremiteten förlamning omedelbara eller fördröjda kan uppnås i en musmodell. Dessutom, genom användning av en median sternotomi och noggrann dissektion, hög överlevnad och reproducerbarhet uppnås.

Introduction

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

Nedre extremiteten förlamning fortsätter att komplicera thoracoabdominal interventioner. Den skada, känd som ryggmärgen ischemi-reperfusionsskada (SCIR), resulterar i paralys hos upp till 20% av högriskpatienter 1. Kirurgiska tillsatser såsom vänster hjärta bypass, ländryggen cerbrospinal fluidumavtappningarna, hypotermi cirkulationsstillestånd och interkostal artär återimplantation har minskat förekomsten av denna komplikation 2, men alldeles för många patienter fortsätter att påverkas.

Kliniskt, ryggmärgs ischemi och reperfusion skada ses som omedelbart eller förlamning efter interventionen 3. Däremot har vår förståelse av denna skada kvävts av en brist på mekanistisk detalj. Som ett resultat av några alternativ är tillgängliga för att dämpa den skada när den väl har inträffat.

Vi har således Publicerings ett litet djur, murin, modell av ryggmärgsischemi och reperfusionsskada påbättre karakteriserar dess patogenes. De flesta studier som hittills har använt större djurmodeller för att karaktärisera denna skada, nämligen råtta 4, kanin 5, och gris 6 modeller. Dessa är dock begränsad av deras kostnader, komplexitet, variabel reproducerbarhet, och, viktigast av allt, brist på tillgängliga tekniker för genetisk manipulation. Den mest tillförlitliga av dessa publicerade djurmodeller innebär infra kors fastspänning av bukaorta hos kanin. Men mänsklig främre spinala neuron härleda oftast sin kärlförsörjning från mer proximala grenar 7. Variabel vaskulär anatomi av ryggmärgen i dessa modeller bidrar till svårigheter att övergången sina resultat i klinisk användning.

Detta manuskript presenterar en modell för omedelbar eller fördröjd paraplegi efter bröstkorg aorta ocklusion som är kliniskt relevant och lätt att använda. Exponering av aortabågen via mini sternotomin är mindre invasiv och kan framkalla mycket reproducerbara resultat med minimal morbiditet och mortalitet. Även denna modell inte utan utmaningar och tekniska nyanser, kan dessa lösas med noggrann dissektion och vävnadshantering för att producera en modell av bakbensförlamning som lätt kan genomföras.

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. Preoperativ förberedelse och anestesi

  1. Var noga med att observera steril teknik under hela förfarandet. Lägg ut alla instrument.
  2. Slå på temperaturkontroll bädden före anestetisk induktion, så att det kan värmas till en lämplig temperatur (36,5 ° C). Ström på laser Doppler perfusion bildskärm så att den kan starta upp under induktion.
  3. Placera musen i induktionskammare.
    1. Noggrant övervaka andningsfrekvens av musen under induktion.
    2. Så snart andningsfrekvensen har visuellt avtagit, ta bort musen från induktionskammare.
    3. Utför tå nypa för att bedöma lämpligheten av bedövningsmedel.
  4. Med musen ordentligt sövda, plats musen i ryggläge.
  5. Sätt ansikte i noskonen och säkra alla extremiteter till värmebordet.
    1. Var särskilt uppmärksam på att se till att extremiteterna är säkrade i anatomiska läge, utan deviatipå ena sidan. Om musen är felaktigt placerad, är det svårt att undvika interna bröstkorg artär transection under sternotomi.
  6. Använda Clippers eller kommersiellt tillgängligt hårborttagning grädde, ta bort hår från mittlinjen bröstkorgen och vänster nedre extremiteten ventrala yta.
    1. Om du använder hårborttagningskräm, undvika att grädde i stället för mer än 30 sekunder, kan som alkaliska brännskador uppstår.
  7. Titrera flyktiga narkosmedelförångare koncentration för att upprätthålla adekvat anestesi.
    1. Förväntade Vaporizer fraktioner är mellan 1-5% med isofluran med högt flöde O2.
    2. Flyktiga narkosmedelförångare koncentration bör titreras för att upprätthålla anestesi under kirurgisk stimulering samtidigt som spontana andetag.

2. Rektal Probe Laser Doppler Placering

  1. Sätt smörjas rektal sond i musens ändtarmen. Fäst på plats för att operrande bädden.
  2. Justera uppvärmningen säng för en mål-rektal temperatur av 36,5 ° C.
  3. Gör små snitt över lårbensartären av mus och dissekera huden från subkutan vävnad.
  4. Sätt laser Doppler sonden över femoralartären.
  5. Justera sondpositioner tills perfusion monitor registrerar mer än 800 perfusion heter.
    1. Fast säker sonden på plats. Felaktigt säkrade sonder kan ha falskt låga mätningar perfusion.

3. Dissektion av aortabågen / subclavia

  1. Gör en 2 cm hud snitt ovanför sternala skåran och försiktigt dissekera huden från subkutan vävnad.
  2. Dissekera submandibular gland gratis.
    1. Om blödning uppstår, kan lätt tryck appliceras med en bomullspinne.
    2. Dela upp submandibular körteln genom mittlinjen i avaskulär plan.
  3. Lyft försiktigt bröstbenet med pincett och genom att använda saxarorer gör 1 cm mittlinje sternotomy genom mittlinjen på bröstbenet. Varje avvikelse från mittlinjen kan resultera i inre bröstartären blödning som kommer att vara svåra att kontrollera.
  4. Placera 5-0 indragnings suturer på varje sida vid kanten av bröstbenet och dra bröstbenet sidled säkra suturer i bruks sängen. Undvik att placera indragnings suturer för i sidled för att förhindra pneumothoraces.
  5. Använda dissektion gratis rem muskler längs luftstrupen. Den vänstra rem muskler kan delas med sax för att förbättra exponeringen.
  6. Dissekera befria bräss från omgivande vävnad. Fortsätt dissektion tills de stora fartygen visualiseras. Var ytterst försiktig för att förhindra inträde i pleura rymden.
  7. Placera kärlklämmor på aortabågen och vänster subclavia.
  8. Verifiera distala flöde har lämpligt störs. Detta kommer att ses som en minskning av perfusion heter> 90%.
    1. Fortsätt ocklusion för desiröd för 4-8 minuter.
  9. Ta kärlklämman och kontrollera hemostas innan stängning av bröstet.

4. Stängning av sternotomy och Hud

  1. Ta bort indragnings sutur på vänster sida av musen.
  2. Stäng sternotomin med rätt indragning sutur.
    1. En enda sternala sutur (med den tidigare placerade indragning stygn) är tillräcklig för sternala stängning. Placering annan söm är onödigt och ökar risken för pneumothorax och blödning.
  3. Stäng huden med rinnande 5-0 stygn.

5. Bedömning Recovery och postoperativ

  1. Överför musen till återhämtning bur. Cage ska placeras på en värmedyna för att öka rumstemperatur på återvinningskammaren och minska värmeförlusterna till omgivningen.
  2. Noga övervaka musen för tecken andnöd eller kramper. Administrera smärtlindring per institutionens riktlinjer. EuthaNize möss omedelbart om beslag eller andnöd observeras.
    1. CO 2 kammare dödshjälp är vår metod som föredras. Halsdislokation är ett annat alternativ om CO2 inte är tillgänglig.
    2. Fullständig återhämtning kan förväntas under 1-2 timmar, beroende på längden av flyktigt anestetikum och den använda koncentrationen.
  3. Återgå musen till normal bur. Placera mat och vatten plats på golvet i buren.
  4. Bedöma neurologisk status vid 12 timmars intervall med hjälp Basso Mouse Skala för 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

Mössen genomgick skenkirurgi (n = 3) eller aorta ocklusion för 4 (n = 3) till 8 min (n = 3). Postoperativt möss betygsätts av den Basso Mouse Betyg (Figur 1). Möss som genomgick simulerad operation hade några observer funktionella brister på någon punkt postoperativt. Möss som utsätts för måttlig ischemi (4 min) hade nära normal hind-lem funktion på 12 timmar med progressiv funktionell nedgång för att slutföra förlamning med 48 tim. Möss i långvarig ischemi grupp (8min) hade fullständig förlamning efter operation utan någon återvinningsfunktion (Figur 2).

Figur 1
Figur 1. Basso Betyg för bakbenet Motor Function 8. Poängsystem för bakbenen neurologisk dysfunktion graderad från 0 (ingen funktion) till 9 (normal functipå). Klicka här för att visa en större bild.

Figur 2
Figur 2. Postoperativ Hind-Limb funktion. Hur allvarlig neurologisk underskott graderades med hjälp av Basso Mouse Scale vid 12 timmars intervall postoperativt till 48 tim. Klicka här för att visa en större bild.

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 sekundärt till ryggmärgs ischemireperfusion är resultatet av ett komplex av dåligt förstådda patologier 9. Även om detta är oftast ses efter thoracoabdominal aorta kirurgi, kan en mängd andra förolämpningar såsom aorta dissektioner, trauma, emboli fenomen, vaskulit och systemisk hypotension 10 resultera i paraplegi. För att få ytterligare förståelse för denna skada och ge framtida mål för att eliminera denna skada, har djurmodeller blivit en nödvändighet.

Patienter som drabbas av denna komplikation utställning antingen omedelbar eller fördröjd förlamning. Denna modell med flera parallella adekvat 11 den bimodala fördelningen av förlamning sett kliniskt. Även måttlig ischemi (4 min) gav en fördröjd förlamning, långvarig ischemi (8 min) ledde till en omedelbar och permanent förlamning.

Den presenterade modellen har fördelar jämfört med dem som kräver alateral torakotomi 12,13. Den median sternotomi exponering lämnar pleurahålan intakt och eliminerar behovet av trakeala intubations eller återetablera undertrycket i pleural utrymme. Kliniskt är sternotomin förknippad med mycket mindre postoperativ smärta än den laterala torakotomi och kan minska postoperativa smärtstillande krav.

Denna modell är inte utan begränsningar. Som med andra modeller, har murina kirurgi en inlärningskurva och god kirurgisk teknik är absolut nödvändigt. Möss kan snabbt ge efter om dissektion inte görs med omsorg. De vanligaste orsakerna till intraoperativ dödlighet är blödning eller pneumothorax. För att undvika potentiellt dödlig blödning sternotomin måste göras mittlinjen. Om sternotomin görs alltför sidled en transaktion av inre bröst artärer och efterföljande blödning kan uppstå. Dessutom kan grov dissekering av fallande aorta och subclavia orsaka blödning den blir svårighetert eller omöjligt att kontrollera. Pneumothoraces är en annan potentiellt dödlig komplikation. Dessa uppträder vanligen under placeringen av lyftnings suturer eller dissektion av aorta. Om indragnings suturer finns plats för i sidled eller aortabågen är inte dissekeras med omsorg en pneumothorax kan förekomma och är dödlig.

Ytterligare åtgärder måste utnyttjas för att säkerställa reproducerbarhet. Normotermi är kritisk. Under operation Mössen hålls så nära 36,5 ° C som möjligt. Även lindrig hypotermi har visats i att få betydande nervskyddande effekter i ryggmärgen och strokemodeller 14,15. Vidare bör laser Doppler mätningar övervakas noggrant och möss med endast 90% minskning av distala flöde bör inkluderas för jämförelse. Ofullständig ocklusion av aorta eller subclavia artärer kan resulterar i högre distala flöden och resultat som är mycket varierande.

Sammanfattningsvis, den murina modellen av lower extremiteten förlamning presenterade lätt kan antas, vilket ger mycket reproducerbara resultat. Tillämpningar av denna modell kan tillhandahållas undersökaren med ett medel för att studera de omedelbara och fördröjda förlamning. Dessutom kan införandet av denna modell vara till nytta i kampen mot denna förödande komplikation.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar inga konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Vi vill tacka för Thoraxkirurgi stiftelse för forskning och utbildning för deras finansiella stöd för detta 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 Paraplegia från Thoracic Aorta ocklusion i en musmodell av ryggmärgs ischemi-reperfusion
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