Summary
בדרכי corticospinal, אחד מהשטחים הסנסורית הגדולים, ניתן lesioned באופן חד צדדי בגזע המוח המכרסם כדי לבחון את הטיפולים וישכנע neuroplasticity למערכת העצבים המרכזית. הליך זה כירורגית ("pyramidotomy") והערכות שלאחר ניתוח מתוארים בפרוטוקול זה.
Abstract
בדרכי corticospinal (CST) ניתן נותקו לחלוטין באופן חד צדדי בפירמידות הלשדיות של גזע המוח המכרסם. CST הוא מערכת מנוע שיש לו חשיבות רבה לשליטה על השרירים דיסטלי בבני אדם, ובמידה פחותה יותר, במכרסמים. קיצוץ חד-צדדי של תוצאות פירמידה אחת בהפסד של עצבוב CST של חוט השדרה בעיקר בצד הנגדי של חוט השדרה המוביל לנכות מוטורית חולפת בforelimbs וספג הפסד של מיומנות. תחזיות Ipsilateral של מערכת corticospinal הן קטין. יש לנו מעודן השיטה כירורגית שלנו כדי להגדיל את הסיכוי של שלמות נגע. אנו מתארים טיפול שלאחר ניתוח. גירעונות במבחן גלולה מדרגות מונטויה לכת ומבחן הסולם האופקי המוצג כאן מתגלים עד 8 שבועות postinjury. גירעונות במבחן גידול גליל מזוהים רק זמני. לכן, מבחן הגליל עשוי להיות מתאים לזיהוי של התאוששות לטווח קצרה בלבד. אנו מראים כיצד, electrophysiologicallyואנטומית, אפשר להעריך נגעים ושינויי פלסטיק. אנו גם מתארים כיצד לנתח סיבים מCST ללא פגע הנבטה מעבר לקו האמצע לאזורים המקופחים. זה מאתגר להשיג נגעים מלאים> 90% באופן עקבי בשל הקרבה לעורק בסיס בלשד המוארך ושיעורי הישרדות יכולים להיות נמוכים. גישות כירורגיות אלטרנטיביות ובדיקות התנהגותיות מתוארות בפרוטוקול זה. מודל pyramidotomy הוא כלי טוב להערכת טיפולים וישכנע neuroplasticity, המגדיל את הנביטה של סיבים שלמים לאחר פציעה.
Introduction
בדרכי corticospinal (CST) היא מערכת מנוע מרכזית אחד בחוט השדרה האנושי. נזק למערכת זו לאחר תוצאות פגיעה בחוט השדרה בהפסד ניכר של מיומנות. CST חשוב במיוחד לתנועה מוטורית עדינה בבני אדם, כמו תנועה ספרתיות ושליטה בשרירי דיסטלי. הוא נמצא גם במכרסמים למרות המיקום האנטומי שלה בתוך חוט השדרה הוא שונה מזה של בני אדם ונזק CST הוא פחות השבתת 1-4.
vivo מודל אחד של פגיעה בCST כרוך pyramidotomy חד-צדדי, שבו פירמידה אחת בגזע מוח הגחון נחתכה מקורי לdecussation (איור 1). הפירמידות הן תכונה אנטומיים ברורה בצד הגחון של הלשד המוארך שדרכו CST פועל לפני שdecussates. בחולדות, רוב הסיבים (סביב 95%) decussate בסוף הזנב של הלשד ולאחר מכן נמצאים בחלק המדיאלי הגב של חוט השדרה. עם זאת, approximatאיליי 10% מסיבי decussated לרוץ בעמודות דורסולטרלי. 5% ~ הנותרים של סיבים להישאר שלובים בצד ipsilateral והנסיעות בחלק המדיאלי הגחון 5,6. לאחר pyramidotomy חוט השדרה מאבד את ההזנה הישירה שלה מCST הנגדי (איור 1).
מודל pyramidotomy הוא טוב במיוחד לבדיקת התגובות של הסיבים שלמים של CST unlesioned לטיפול. זה מאפשר הערכה של פלסטיות והנבטה של הסיבים שלמים מעבר לקו האמצע בחוט השדרה, אשר מעצבבים אזורי denervated. בדרכי corticospinal נצפו לנבוט במידה ניכרת במודלי פגיעה בעמוד השדרה והמתווך 7-10 התאוששות forelimb במיוחד. טיפול עשוי לכוון כדי לשפר את התאוששות forelimb זה. היעילות של טיפול ניתן לבדוק עם ערכות התנהגותיות, טכניקות מעקב אנטומיים של מערכת unlesioned וניסויים אלקטרו מסוף 3,11,12. </ P>
היתרון בהשוואה למרבית המודלים פרה האחרים של פציעות בעמוד השדרה הוא שזה משפיע באופן ספציפי בדרכי אחד בהשוואה לפציעות בעמוד השדרה אחרות לעתים קרובות משפיעות על שטחים מרובים. רק בדרכי אחת במקום ברור, שטחי אנטומיים היא lesioned. יתרון נוסף הוא שpyramidotomy הוא מודל פגיעה לשחזור. זה מתאים במשאב vivo לחוקרים לבחון את ההשפעה של טיפולים וישכנע neuroplasticity פוטנציאליים, שמטרה בהתאוששות של תפקוד מוטורי לאחר פציעות או הפרעות המשפיעות על המערכת המוטורית 13,14.
Protocol
הצהרת אתיקה: כל הנהלים בהתאם להנחיות של משרד הפנים הבריטי ובעלי חיים (הליכים מדעיים) Act of 1986.
1. ניתוח ופגיעה
הערה: חולדות שימוש כבדות יותר מ 220 גר 'יכולות לעזור עם התאוששות לאחר ניתוח, אם המנתח מוצא בעלי חיים לעתים קרובות מאבדים יותר מ -10% ממשקל גופם לפני הניתוח.
- לפני הניתוח, לבדוק את בעלי החיים להעדפה בכפם במבחן גידול גליל 15 או מבחן staicase מונטויה 24. רצוי, לחתוך את הפירמידה / CST מתאים לכף הדומיננטית.
הערה: במשך יומיים לפני הניתוח, למקם את הפריטים הבאים לכלובים, כך שהחולדות להכיר פריטי מזון שיהיו מועיל במהלך התאוששות מניתוח: חבילות הידרוג'ל, mash הרטוב, ותוספי מזון קלוריות גבוהים. גרסאות סטרילי של תוספי מזון אלה זמינות מיצרנים שונים. - הרדימי L נקבהחולדות ister ברדס (במשקל של בין 200 ל 250 גרם) עם isoflurane (5% לזירוז ו1 עד 2% לצורך התחזוקה) בחמצן (ספיקה: 1.5 L / min). הערה: הבחירה של הרדמה היא חשובה. הרדמה משאיפת מאפשרת להסדרה מהירה יותר של עומק ההרדמה מאשר קטמין, שהוא גם נפוץ. Isoflurane מאפשרת שליטה טובה יותר בתדירות הנשימה והעומק. הבחירה של הרדמה היא isoflurane. הערה: חולדות שימוש כבדות יותר מ 220 גר 'יכולות לעזור עם התאוששות לאחר ניתוח, אם המנתח מוצא בעלי חיים לעתים קרובות מאבדים יותר מ -10% ממשקל גופם לפני הניתוח.
- לנהל carprofen תת עורי כמשכך כאבים, כאשר בעלי החיים מורדמים כדי להפחית את הדלקת ולספק שיכוך כאבים. הערה: carprofen ניתן במהלך ניתוח pyramidotomy במעבדה שלנו על פי עצתו של הווטרינר שלנו. אופיואידים עלולים לגרום לדיכוי נשימתי נוסף במהלך ניתוח.
- לשמור על בעלי החיים על 37 מעלות צלזיוס במהלך ניתוח באמצעות ביתמערכת othermic שמיכה ובדיקת טמפרטורה רקטלית.
- לאשר הרדמה מלאה על ידי בדיקת רפלקס נסיגת קמצוץ הכפה ורפלקס המצמוץ.
הערה: אופציונאלי: כדי להתמודד עם בעיות נשימה במהלך ניתוח, אינטובציה ואוורור עלול להיות ריאלי. עם זאת, צריך לזכור כי קנה הנשימה צריכה להיות נעקר במהלך ניתוח. - ברגע שהרדים, למקם את העכברוש במצב שכיבה, לגלח את צוואר הגחון ולעקר אותה עם מגבוני 1% chlorhexidine ו / או מגבוני אלכוהול. החל שמיכה כירורגית סטרילית על בעלי החיים ולשמור על האזור סטרילי בכל העת.
- ברגע שהרדים, למקם את העכברוש במצב שכיבה, לגלח את צוואר הגחון ולעקר אותה עם מגבוני כלורהקסידין ואלכוהול 1%. החל שמיכה כירורגית סטרילית על בעלי החיים ולשמור על האזור סטרילי בכל העת.
הערה: לחלופין, את ראשו של העכברוש יכול להיות קבוע במסגרת stereotaxic במצב שכיבה במהלך הניתוח להשבית ניידות של הראש, כלומרהעצם העורף. - לעשות חתך קו האמצע ארוך 2-3 סנטימטר מהסנטר לכמעט הסוף מקורי של עצם החזה באמצעות אזמל סטרילי (# 10). לחלופין, חלים מלחציים בולדוג קטנים לחזור העור.
- בוטה לנתח את השכבות העליונות של רקמות כגון בלוטות (למשל בלוטת submaxillary ובלוטת הפרוטיד) ושרירים המכסים את קנה הנשימה באמצעות פעולה הפוכה עם מספריים קהים ומלקחי שיניים. תמיד להישאר על קו האמצע. הרקמות צריכים להפריד בקלות.
- ברגע שקנה הנשימה חשופה, לעקור אותו לצד אחד. קו האמצע הוא גלוי מתחתיו עם שתי רפידות שומן לבנים, המציין את קו האמצע בסוף מקורי.
- מקורי לרפידות שומן הלבנות, הוא הגיע רקמות לנתח בוטות עד פני השטח הגחון של הגולגולת (עצם basioccipital).
- הכנס מפשקים ארוכי שיניים (אורך שן 5.5 מ"מ או 16 מ"מ) כדי לשמור על קנה הנשימה עקור לצד אחד (1 סנטימטר לכל היותר) ולחשוף את בסיס הגולגולת. עקירה של קנה הנשימה יכולה אובנשימת struct.
הערה: לבעלי חיים מסוימים, לשחרר את המפשקים במספר רבים של פעמים במהלך הניתוח להסרת הלחץ על קנה הנשימה, למשל כל 10 דקות למשך 2 דקות. ניתן להשתמש בכלי כתיבת וו במקום מפשקים ארוכי שיניים כדי להפחית את המתח של עקירה. - לצרוב בזהירות כלי דם הגלוי קטנים בקצה מקורי הולך לכיוון הגרון, כדי למנוע דימום.
הערה: על מנת למנוע צריבת כלי דם עצבים גרון החוזרים ונשנים הם משכו בזהירות מקיר הרקמה לפני שהם צרובים. - התאם את המיקרוסקופ לשארית הניתוח.
- הסר את periosteum המכסה את בסיס הגולגולת עם מלקחיים בסדר. התאם את המפשקים כדי להשיג את התצוגה הטובה ביותר האפשרית לקידוח.
- מרגיש המשטח אחיד של עצם basioccipital עם מלקחיים עדינים, וציין גובה על קו האמצע, אשר מכסה את עורק הבסיס. Rostrally, הגולגולת הופכת גדלה כקמירות קלה.
- תלוי באיזה צד הנגע הוא רצוי, לקדוח חור בערך 1 מ"מ לרוחב קו האמצע בתנועות mediolateral.
הערה: זכור כי החולדה היא במצב שכיבה, וצידו השמאלי עשוי להיות על יד ימין צד חוקרים! - ברגע חור הוא עשה, להגדיל כיוון קו האמצע עם ו- מטה-תנועות עד-קטנות אנכיות עם המקדחה עד עורק הבסיס הוא ברור לעין ולהגדיל רוחבי לפחות 2 מ"מ.
- ודא עורק הבסיס הוא ברור לעין. הפירמידה ניתן לזהות על ידי הצורה הבולטת במקצתה (איור 2) ועל ידי גובלת כלי דם.
- הסר את כל שברי עצמות שנותרו עם מלקחיים בסדר.
- החל טיפה אחת של hydrochloride Doxapram, ממריץ נשימה, על הלשון.
- פתח את הדורה longitudinally עם מחט 26 מד ומלקחיים עדינים לרוחב עורק הבסיס. לספוג את נוזל המוח והשדרה (CSF) וכל דימום עם ניצני כותנה.
- הימנעות injuר"י לעורק בסיס, לעשות חתך רוחב של כ- 1.5 מ"מ פורש הרוחב של הפירמידה ו0.5 מ"מ עמוק עם המספריים אביב Vannas בניצב לעורק הבסיס (איור 2) להפסיק את סיבי CST.
הערה: סמן את microscissors מראש ברמה של 0.5 מ"מ מהקצוות. ברגע שהדורה פתחה את עורק הבסיס ניתן להעביר מעט לצד אחד ומאפשר גישה טובה יותר לפירמידה. - חזור על הקיצוץ באמצעות הקצה של מחט מד 26, כדי להבטיח את הנגע כולל סיבים קרובים לעורק הבסיס.
- לעצור את הדימום עם לחץ קל המיושם על ידי ניצני כותנה. לחלופין, לחתוך יכול להיות מכוסה gelfoam.
- הסר את המפשקים, להחליף את הרקמות והתפר רק את העור עם תפרי 3-0 Vicryl.
- לאחר הניתוח, לשמור על בעלי החיים באינקובטור ב 32 מעלות צלזיוס עד ער לחלוטין ולנהל 5 מיליליטר תמיסת מלח תת-עורית, במידת הצורך. אל תשאירו את בעלי החיים ללא השגחה.
- תן תת עורי Carporfenכאנטי-דלקתי וכמשכך כאבים ליום לאחר ניתוח כאב אחד לאחר הניתוח.
- לפקח מקרוב בעלי חיים למשך שבוע לאחר ניתוח ולפחות פעם בשבוע לאחר מכן.
- כפי שנדרש לאחר ניתוח, חבילות ג'ל לחות המקום, מזון לתינוקות מחיה, mash הרטוב ויבש אוכל על רצפת כלוב. לספק בקבוקי מים עם פיות ארוכות (חסרות שסתומי כדור נושאת).
Representative Results
שיעורי הישרדות.
במחקר שנערך על ידי נציגנו היו לנו שיעור הישרדות של 16 מתוך 20 חולדות נקבות ליסטר ברדס (200 עד 250 גר '). הסיבוך הנפוץ ביותר הוא קשיי נשימה בגלל עקירת קנה הנשימה או הנזק למרכזי הנשימה בגזע המוח רק הגבה לפירמידות (solitarii גרעין, מעורפלות וparabrachilis). תוצאות דומות דווחו בספרות 16.
תוצאות התנהגות.
מגוון של בדיקות התנהגותיות כבר שימש להערכת תוצאות הסנסורית לאחר pyramidotomy במכרסמים: מבחן הסולם האופקי, גלולה אחת לכת בדיקה, בדיקת גידול גליל ומבחן מדרגות מונטויה הם הערכות ההתנהגות הנפוצות ביותר. בדיקות אחרות המתוארות בספרות הם גלולה לכת בדיקה, בדיקת טיפוס על חבל, ניתוח הליכה ובדיקת הסרט הדביקה3,17-19. רוב אלה להראות שבוע גירעון מנוע 1 פונקציונלי לאחר פציעה. נכון לעכשיו, רוב המחקרים שתוארו בספרות רק לבצע בדיקות התנהגותיות עד 42 ימים 4,11,13,20,21, או לזמן קצר יותר 3,18,22. יש לנו לבצע בדיקות התנהגותיות לתקופה ממושכת של זמן וראו התאוששות מלאה במהות של פוסט pyramidotomy 8 שבועות תפקוד מוטורי לחלק מהבדיקות התנהגותיות, למעט בדיקת מדרגות מונטויה ובדיקת הסולם אופקית. זה כנראה מכמה סיבות. ראשית, מקורי CST הפצועים לנגע עלול להיווצר סינפסות על תאי עצב בגזע המוח, הפועלים ממסרים עקיפים לנוירונים מוטוריים בחוט השדרה. שנית, CST (הנגדי) וללא כל הפגע עשוי לנבוט וצורות סינפסות על תאי עצב בגזע המוח או בחוט השדרה, הפועלים כממסרים לתאי עצב מוטוריים. שלישית, קטעי מנוע נצל אחרים כגון שטחי reticulospinal, vestibulospinal או rubrospinal יכולים להשתלט על כמה פונקציה. לפיכך, לא בר-קיימאהשפעת reatment קשה לזהות עם הרבה בדיקות התנהגותיות במודל pyramidotomy. כמה בדיקות התנהגותיות במודל זה אך יכולות להעיד על התאוששות מואצת מוקדם לאחר הפציעה, אשר קשורה לטיפול.
מבחן צילינדר גידול 3,4,23
על פי מבחן גידול גליל CST המתאים לכף הדומיננטית נפצע. חולדות ממוקמות בגליל פרספקס והתנהגות גידול הוא ציינה לתקופה של 3 דקות. Preinjury הייתה העדפה קלה לשימוש בכף אחת, בכפו הדומיננטית, במהלך חיפושים אנכיים (איור 3 א). הפציעה משפיעה על הצד הדומיננטי והשימוש בכפו contralesional ירד ל 28% במדדים 1 postinjury שבוע (עמ 'חוזרים ונשנים ANOVA <0.05; פוסט-הוק ניתוח גילה שבעלי חיים יש גירעונות משמעותיים בשבוע 1, 2 ו -3, p <0.05, LSD של פישר). 4 שבועות postinjury בעלי החיים התאוששוד משמש forelimb המושפע ל -45% ממתנשאים, ולאחר 6 שבועות זה היה 57% (n = 16, ממוצע ± סטיית התקן מוצג). עכברים דומה, סטרקי et al. (4) שהוערך באמצעות מבחן הגליל לתקופה של עד 42 ימים לאחר pyramidotomy ודיווחו על ירידה משמעותית בשימוש בכפו המושפעת לאורך כל תקופת הבדיקה.
מבחן מונטויה מדרגות 24
חולדות דורשות pretraining לבדיקה זו להתאקלם לפני פציעה. כדי להגביר את המוטיבציה במהלך פגישת בדיקות בעלי החיים הם מזון מוגבל עד 15 מזון גרם לחולדה בלילה שלפני. חולדות המזון נשלל ממוקמות במדרגות מונטויה במשך 15 דקות. בכל צד, יש מדרגות של 7 שלבים עם בארות, כל 3 כדורים המכילים. המספר הכולל של כדורי אחזור בכל צד נרשם. מספר כדורי אחזור עם כף contralesional / המושפעת ירד באופן משמעותי מpreinjury 61% ל3% postinjury 3 ימים (איור 3). היכולת לאחזר כדורים עדיין פגעה באופן משמעותי בpostinjury 4 שבועות עם 20% מכדורי אחזור. חולדות להראות גירעון משמעותי עד השבוע 8, ורק 29% מהכדורים אכלו שבנקודת הזמן (מדידות חוזרות p ANOVA <0.05, ניתוח לאחר מעשה גילה שבעלי חיים יש גירעונות משמעותיים בצד contralesional בכל השבועות, p <0.05, פישר של LSD). בכפו ipsilesional מושפעת עד postinjury השבוע 1; אולם זה משחזר בשבוע השני (המדידות החוזרות p ANOVA <0.05, ניתוח לאחר מעשה גילה שבעלי חיים יש גירעונות משמעותיים ביום 3 ו -1 שבוע על כף ipsilesional, p <0.05, LSD של פישר). הגירעונות הראשוניים של בכף ipsilesional עשויים להיות מוסברים על ידי lesioning של חלק ipsilateral של מערכת corticospinal פועלת באמצעות הפירמידה לחתוך, עם הנבטה והתאוששות שלאחר מכן.
אופקימבחן סולם 25
חולדות דורשות pretraining לבדיקה זו. חולדות ללכת שלוש פעמים על סולם ארוך 1 מ 'עם מרווח שלב לא סדיר. קטעי וידאו מנותחים מאוחר יותר בהילוך איטי ואת המספר הכולל של תלושי רגל ומפספסים לכל כף רגל הוא לכמת. הגרף באיור 3 ג מייצג את המספר הכולל של החמצות ותלושים של הצד הפגוע ופחות מושפע (כף + hindpaw) כאחוז למספר הכולל של צעדים שננקטו. חולדות מספר גדל באופן משמעותי של טעויות postinjury שבוע 1 עם 10% או 11% בצד הפגוע וצד מושפע פחות בהתאמה. גירעון זה הוא מתמשך בצד contralesional / השפיע עד השבוע 8 עם שגיאות 10% עשה, עם זאת, פותר בצד ipsilesional / פחות המושפע על ידי 2 שבועות (מדידות חוזרות ANOVA, ניתוח לאחר מעשה גילה שבעלי חיים יש גירעונות משמעותיים בכל השבועות ב צד contralesional וגירעונות משמעותיים בשבוע 1 ו -3 בipsilesionalצד, p <0.05, LSD של פישר).
בדיקות אלקטרו
בהגדרת בעלי החיים אלקטרו מסוף היה מורדם intraperitoneally עם urethane. לאורך כל ההליך, זה נשמר על 37 מעלות צלזיוס ± 1 ° C. האזור שלה הגחון הצוואר, forelimbs ואזור החזה היו מגולחים ולחטא עם יוד לשפשף. הפירמידות נחשפו כפי שתוארו לעיל והעצב הרדיאלי נחשף בזרוע העליונה על ידי גישת הגחון חיתוך העור וגדול pectoralis. הקצה הדיסטלי של העצב הרדיאלי נחתך והעצב הונח על שני וו-אלקטרודות כסף-תיל באמבט שמן מינרלים. כך או פירמידה הייתה מגורה עם אלקטרודות דו קוטביות קונצנטריים בעומקים שונים עם 5 פולסים ב 300 הרץ ומשרעת גירוי הולכים וגדל. הקלטות נעשו תמיד מהעצב הרדיאלי של זרוע נכים (איור 4).
ענים ללא פגעהיה לי als תגובה חזקה בשיהוי בין 12 עד 20 אלפיות שניים בעצב הרדיאלי כאשר הפירמידה הנגדית הייתה מגורה (איור 4). גירוי Ipsilateral תוצאות רק במזדמנת הפעלה (איור 4C). בעלי חיים, שקבלו בעבר pyramidotomies, בצד הנגדי לזרוע ההקלטה להראות שום תגובה בעצב הרדיאלי כאשר מערכת lesioned מגורה מעל הנגע (איור 4 ב '). עם זאת, גירוי של סיבי CST בפירמידות Ipsilateral להקלטת אלקטרודות הביאו הפעלה חזקה בעצב הרדיאלי בהשוואה לבעלי החיים ללא כל פגע בpostinjury 12 שבועות (איור 4C ').
תוצאות אנטומיים.
בעלי חיים היו מורדמים לאחר ניתוח 10 שבועות בהתאם ללוח זמנים של 1 בעלי חיים (הליכים מדעיים) Act 1986. שבועיים קודם לכן, CST ללא פגע אותר עם biotinylatedזריקות האמינים dextran (BDA) לipsilateral הקורטקס המוטורי 26 לזרוע הנכים (איור 1). זה מאפשר כימות של סיבים וללא כל פגע, שחוצים את קו האמצע ולספק את חוט השדרה contralesional (איור 5 ג, ד). יש בעלי חיים ללא פגע רק כמה סיבי חציית קו האמצע, ואילו זה מגדיל בתגובה לפציעה. חלקי חוט השדרה הצווארי רוחביים הוכתמו גמא חלבון kinase C (PKC) כדי להעריך את שיעור denervation בCST lesioned (איור 5E) 16. לחלופין, את השלמות של הנגע ניתן להעריך על ידי הזרקה נותב BDA להקורטקס המוטורי בצד ipsilesional של פציעת pyramidotomy. היעדר התיוג בCST dorsomedial הנגדי וipsilateral הבטנית-תיכון CST מספק ראיות לחיתוך רוחב חד-צדדי מוחלט.
NT-width = src "4in" = "/ קבצים / ftp_upload / 51,843 / 51843fig1highres.jpg" width = "400" />
איור 1: סכמטי המציג קטעי corticospinal בחולדה וaxotomy חד-צדדי של CST בפירמידות תמונה למעלה:. נוירונים corticospinal מקורם בשכבת 5 התאים פירמידליים בקליפת המוח. אמין Biotinylated dextran (המתואר בירוק) מוזרק לתוך קליפת contralesional שבועיים לפני סוף הניסוי. תמונה התיכונה: השטחים מהווים את הפירמידות על פני השטח הגחון של הלשד ובצומת spinomedullary רוב האקסונים decussate. pyramidotomy חד צדדי מתבצעת בלשד הזנב (באדום). תמונה תחתונה: רוב שטחי corticospinal לרוץ למטה בחלקי dorsomedial ודורסולטרלי של חוט השדרה. מיעוט נשאר ipsilaterally ופועל ventromedially.
"Width =" 500 1843fig2highres.jpg "/>
איור 2: תצוגת הגחון של מוח החולדה. הפירמידות הן ייחודיות משום שהם גדלים, קימורים מקבילים (תיבה צהובה). הגבולות של הפירמידות מוגדרים מדיאלית על ידי עורק בסיס (BAS) מעל קו האמצע ורוחבי בבסיס הקמירות באמצע הדרך בין עורק הבסיס וparaolivary העורק (POL) כפי שניתן לראות ב( C). פתיחת גולגולת מבוצעת על עורק הבסיס ורוחב הארכה לעורק paraolivary (התיבה אדומה בC). פירמידה אחת היא חתכה בניצב לעורק בסיס (הקו אדום בC, לחתוך מוצג בדגימה ובארוחת הבוקר). נגעים להציב מדי caudally ליד העורקים החולייתיים (vert) יהיו שלמים כי CST מתחיל decussate וכי עורק השדרה מוגדר מחוץ לקו האמצע. תמונה (C) המותאמת מ" מערכת העצבים העכברוש "של ג'ורג 'Paxinos 27. הערה: איור זה מראה נגע בצד שמאל של תמונות: זה המתקן של בעלי החייםמערכת הפירמידה ht משום שהוא שוכב פרקדן. שים לב, עם זאת, הווידאו מראה נגע לדרכי הפירמידה השמאלית של בעל החיים.
איור 3:. נציגי תוצאות לבדיקת גידול הצילינדר, גלולה מדרגות מונטויה לכת מבחן ומבחן סולם אופקי יש גירעון מנוע זוהה על ידי כל הבדיקות לאחר פציעה. עם זאת, אין גירעון יכול להיות מזוהה עם בדיקת גידול הצילינדר בpostinjury 4 שבועות, בעוד שניתן לאתרם גירעונות מתמשכים עם מבחן מונטויה גרם מדרגות ומבחן הסולם האופקי postinjury עד 8 שבועות (n = 16 לכל קבוצה, אמצעים וסטיית התקן הם מוצג). כוכבית מציינת p <0.05 בהשוואה לתחילת מחקר preinjury (מבחן LSD של פישר). אנא לחץ עלכאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4:. אלקטרופיזיולוגיה הערכה בדרכי corticospinal לפני ואחרי pyramidotomy (א) מראה את הסט-אפ לניסוי המסוף. אנו מעודדים את הפירמידות עם רכבת של 5 פעימות בעומקים שונים מקורי לאתר של lesioning וdecussation. מערכת האדומה היא דרכי lesioned. אנו רושמים מהעצב הרדיאלי בצד contralesional. (ב) ו- (ג) להראות הקלטות דוגמא עם גירוי ipsilesional או גירוי contralesional לפני או 12 שבועות לאחר pyramidotomy. גירויים Ipsilesional לעורר פוטנציאלים מרובים פעולה מורכבת (קוצים בזכר) בעצב הרדיאלי לפני פציעה (B). אלה בוטלו על ידי הפגיעה ופעילות לא return בתוך 12 שבועות (ב '). גירוי Contralesional מעורר preinjury הנדיר פוטנציאל פעולת מתחם יחיד (C). 12 שבועות לאחר פציעה משמעותית פעילות מוגבר (ג '), ככל הנראה בשל האקסונים שלמים הנבטה מעבר לקו האמצע ופלסטיק שינויים בתוך חוט השדרה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5:. הערכת אנטומי לאחר pyramidotomy (A, B, C, D) אמין dextran Biotinylated שימש לאתר את דרכי corticospinal על ידי הזרקתו לקליפת המוח המוטורי המתאים לCST unlesioned (ראה ירוק באיור 1). המדיאלי הגב, הרכיבים המדיאלי הגחון של CST נראה בבירור (, חלק הגבי המדיאלי מוגדל בבוקר). (ג) ו- (ד) הוא בהגדלה מ () של סיבי הנבטה מעבר לקו האמצע בחומר האפור של צד denervated בתגובה לטיפול. על מנת להעריך את השלמות של החלקים הרוחביים הנגע של רמת צוואר רחם 4 (רקמת postinjury 12 שבועות) נחתכו ומוכתם עם נוגדנים כנגד גמא PKC (E). CST בצד שמאל של התמונה הוא שלם וניתן לראות בולט על פני קו האמצע לצד denervated, ככל הנראה בגלל ההתפוררות המבנית של הגב נפצע CST.
Discussion
יש לנו תיארנו את מודל פציעת pyramidotomy. בדרכי corticospinal היא לחתוך ברמה של גזע המוח. מנקודת המבט טכנית ניתוח זה דורש הרבה זהירות ודיוק. גזע המוח להכיל מרכזי הנשימה ומרכזי לב וכלי דם בגרעינים רבים כגון הגרעין דו-משמעי וsolitarii המוטבע במבנה הרשתי מתחת לפירמידות. אם לחתוך נעשה עמוק מדי זה יכול להוביל לקשיי נשימה פתאומיים, שעלולה להיות קטלני. אנחנו נותנים Dopram רק לפני הקיצוץ להגדיל את פעילות הנשימה כדי למנוע הפסקת נשימה פתאומית. אם הנשימה מפסיקה זה שווה אוורור בעלי החיים לחמש דקות עם חמצן כפי שהוא עשוי להתאושש הבאים. בנוסף, יש להימנע באופן מוחלט כל נזק לעורק הבסיס. סיבוכים במהלך postinjury הימים הראשון הם: דימום נוסף בגזע המוח המשפיע על תפקודים חיוניים, ירידה במשקל לא מבוטלת, diffic נשימה חמורהulties בשל עקירת קנה הנשימה ובעיות התמצאות ואיזון חמורות של בעלי החיים עקב פציעה נרחבת הכוללים זיתים רק לרוחב לפירמידות. ניתן לטפל בסיבוכים אלה כנקודתי קצה ובעלים החיים עלולים להיהרג בצורה אנושית. מעקב צמוד במהלך השבוע הראשון שלאחר הניתוח הוא חיוני. ניתן לתת מזון משלים כדי לאזן את הירידה במשקל. דלקת בדרכי אוויר (נשימה צרודה) בדרך כלל פותרת בתוך 01:59 ימים. בדרך כלל, בעלי חיים צעירים יותר קלים לפעול כבצוואר שלהם הוא פחות עמוק. יתר על כן, הם עמידים יותר ויש להם סיבוכי נשימה פחות.
זה דורש קצת תרגול כדי להשיג נגע של CST להשלים עם pyramidotomy. באופן דומה, בשני מחקרים על ידי הדייל et al. 16, אשר יצא ללשכפל ניסוי לשעבר בBenowitz et al. 28, דיווח על שיעורי תמותה גבוהים בתחילה וכי חלק מהנגעים שלהם לא היה שלם. התנהגותגירעונות יהיו גם משתנים. אנו ממליצים שמנתח חדש מבצע ניתוחי pyramidotomy תרגול רבים לפני כל ניסוי מלא כדי לבדוק את טיפול מועמד מתבצע. דרכים למניעת נגעים שלמים מתחקות לחתוך עם מזרק כדי לוודא סיבי corticospinal הקרובים לעורק בסיס, נותקו כמתואר בפרוטוקול זה. אפשרויות אחרות הן לשאוב אתר הנגע עם טפטפת יניקת זכוכית הטה כמתואר בZhou et al. 2,003 29. גם חוט טונגסטן קנס ניתן להשתמש כדי לחתוך את דרכי 22. אלטרנטיבה לpyramidotomy היא לחתוך את גב C3 צוואר רחם CST באופן חד צדדי ולאחר מכן לחתוך עם גישת הגחון חלק הגחון C2 ipsilesional של CST 18. עם זאת לטעון, נגע מלא הוא לא הכרחי אם המטרה היא ללמוד הנבטה של CST contralesional; אם רוב הפירמידה lesioned ותגובת הנבטה מהצד unlesioned מתרחשת זה יכול להיות מספיק.
אחת מטרות של מודל נגע pyramidotomy היא לכרות צד אחד של דרכי corticospinal ולהשתמש טיפולים וישכנע neuroplasticity כדי לעורר את הפלסטיות והנבטה של הסיבים שאינו שלם נפצעו. כדי לבחון טיפולי נוירו-מגן מודל זה אינו מתאים ויש להשתמש בי מודלים פציעה אחרים כגון פציעות חבלה. תוצאות של pyramidotomies מוערכות לעתים קרובות ביותר באמצעות בדיקות ואנטומיה התנהגות. המבחן האופקי הסולם, מבחן גידול גליל ומבחן מדרגות מונטויה הם הערכות ההתנהגות הנפוצות ביותר. בדיקות אחרות המתוארות בספרות הם גלולה לכת בדיקה, בדיקת טיפוס על חבל, ניתוח הליכה והסרט הדביק מבחן 3,17-19. עם זאת, התוצאות של רוב מבחן התנהגות לעתים קרובות פיקוח רק עד למקסימום של 42 ימים postlesion 3,4,11,17,18,20-22. מניסיון העבר, מכרסמים לשחזר ביותר הפונקציה בנקודות זמן מאוחר יותר ללא כל התערבות של טיפול. הראינו that מבחן הסולם האופקי והבדיקה להגיע גלולה מדרגות מונטויה לזהות מוגבלויות עד לנקודה מסוימת בזמן מאוחר יותר. הם יכולים לשמש למדידת התאוששות תפקודית עקב טיפול. שלמות הנגע נשפטת על ידי צביעת גמא PKC (אשר תוויות סיבי CST בעמודות הגבי) של חוט השדרה ברמת צוואר רחם מקורי או eriochrome צביעת cyanine סעיפים רוחביים של אתר הנגע. אמין dextran Biotinylated ניתן להזריק לתוך קליפת contralesional להעריך את הנביטה של הסיבים שלמים מעבר לקו האמצע לאזור חוט השדרה denervated.
לסיכום, מודל pyramidotomy הוא טוב להערכת יכולות וישכנע neuroplasticity של תרופה לטיפול בפציעות במערכת עצבים מרכזיות, אם הניתוח נעשה במיומנות בהצלחה. היא מעריכה פלסטיות של סיבים בשלמותה. הצעד הבא יהיה להשתמש במודל יותר מבחינה קלינית רלוונטי כגון פציעות חבלה כדי להעריך את היכולת של התרופה כדי להתגבר injuri הגדולes משפיע שטחים מרובים.
Disclosures
יש לי המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי הבינלאומית השדרה מחקר הנאמנות וRosetrees הנאמנות.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Carprofen | Norbrook | Vm No; 02000/4229 | give 5 mg/kg twice daily |
| Homeothermic Blanket System | Harvard Instruments | 507222F | |
| Isoflurane | Abbott | B506 | |
| Fine Scissors- Tough Cut | Fine Science Tools | 14058-09 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11019-12 | |
| Long-toothed Alm retractors | Fine Science Tools | 17009-07 | |
| cautery system kit | Harvard Instruments | 726067 | |
| fine Dumont forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Carbon Steel burrs | Fine Science Tools | 19007-07 | |
| Dopram V-drops | Pfizer | apply 1 drop to tongue | |
| Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-03 | |
| gelfoam | Equimedical | EQU705001 | |
| 3-0 Vicryl sutures | Ethicon | ||
| operating microscope | Zeiss | ||
| Compact Anaesthesia System Isoflurane K/F Single Gas | VetTech Solutions | ||
| Scales | Ohaus | NVT3201 | |
| Carbon Steel Scalpel blades No. 10 | Swann-Morton | 201 | |
| 25g needles | Terumo | NN-2525R | |
| syringes (1 ml and 5 ml) | Terumo | SS+01T1 / SS*05SE1 | |
| Saline (Sodium Chloride 0.9%) | Fresenius Kabi | Pl 08828/0178 | |
| cotton buds | Johnson and Johnson | 5000207582502 | sterilize before use |
References
- Lemon, R. N. Descending pathways in motor control. Annual review of neuroscience. 31, 195-218 (2008).
- Lemon, R. N., Griffiths, J. Comparing the function of the corticospinal system in different species: organizational differences for motor specialization. Muscle & nerve. 32, 261-279 (2005).
- Starkey, M. L., et al. Assessing behavioural function following a pyramidotomy lesion of the corticospinal tract in adult mice. Experimental neurology. 195, 524-539 (2005).
- Starkey, M. L., Bartus, K., Barritt, A. W., Bradbury, E. J. Chondroitinase ABC promotes compensatory sprouting of the intact corticospinal tract and recovery of forelimb function following unilateral pyramidotomy in adult mice. Eur J Neurosci. 36, 3665-3678 (2012).
- Brosamle, C., Schwab, M. E. Cells of origin, course, and termination patterns of the ventral, uncrossed component of the mature rat corticospinal tract. The Journal of comparative neurology. 386, 293-303 (1997).
- Brosamle, C., Schwab, M. E. Ipsilateral, ventral corticospinal tract of the adult rat: ultrastructure, myelination and synaptic connections. Journal of neuroctology. 29, 499-507 (2000).
- Bareyre, F. M., et al. The injured spinal cord spontaneously forms a new intraspinal circuit in adult rats. Nat Neurosci. 7, 269-277 (2004).
- Chen, Q., Smith, G. M., Shine, H. D. Immune activation is required for NT-3-induced axonal plasticity in chronic spinal cord injury. Exp Neurol. 209, 497-509 (2008).
- Z'Graggen, W. J., et al. Compensatory sprouting and impulse rerouting after unilateral pyramidal tract lesion in neonatal rats. J Neurosci. 20, 6561-6569 (2000).
- Rosenzweig, E. S., et al. Extensive spontaneous plasticity of corticospinal projections after primate spinal cord injury. Nat Neurosci. 13, 1505-1510 (2010).
- Z'Graggen, W. J., Metz, G. A., Kartje, G. L., Thallmair, M., Schwab, M. E. Functional recovery and enhanced corticofugal plasticity after unilateral pyramidal tract lesion and blockade of myelin-associated neurite growth inhibitors in adult rats. J Neurosci. 18, 4744-4757 (1998).
- Kartje-Tillotson, G., O'Donoghue, D. L., Dauzvardis, M. F., Castro, A. J. Pyramidotomy abolishes the abnormal movements evoked by intracortical microstimulation in adult rats that sustained neonatal cortical lesions. Brain Res. 415, 172-177 (1987).
- Thallmair, M., et al. Neurite growth inhibitors restrict plasticity and functional recovery following corticospinal tract lesions. Nature Neuroscience. 1, 124-131 (1998).
- Akbik, F. V., Bhagat, S. M., Patel, P. R., Cafferty, W. B., Strittmatter, S. M. Anatomical plasticity of adult brain is titrated by Nogo Receptor 1. Neuron. 77, 859-866 (2013).
- Schallert, T., Fleming, S. M., Leasure, J. L., Tillerson, J. L., Bland, S. T. CNS plasticity and assessment of forelimb sensorimotor outcome in unilateral rat models of stroke, cortical ablation, parkinsonism and spinal cord injury. Neuropharmacol. 39, 777-787 (2000).
- Steward, O., Sharp, K., Yee, K. M. A re-assessment of the effects of intracortical delivery of inosine on transmidline growth of corticospinal tract axons after unilateral lesions of the medullary pyramid. Experimental neurology. 233, 662-673 (2012).
- Thallmair, M., et al. Neurite growth inhibitors restrict plasticity and functional recovery following corticospinal tract lesions. Nature neuroscience. 1, 124-131 (1998).
- Weidner, N., Ner, A., Salimi, N., Tuszynski, M. H. Spontaneous corticospinal axonal plasticity and functional recovery after adult central nervous system injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 98, 3513-3518 (2001).
- Schnell, L., Schneider, R., Kolbeck, R., Barde, Y. A., Schwab, M. E. Neurotrophin-3 enhances sprouting of corticospinal tract during development and after adult spinal cord lesion. Nature. 367, 170-173 (1994).
- Starkey, M. L., Bleul, C., Maier, I. C., Schwab, M. E. Rehabilitative training following unilateral pyramidotomy in adult rats improves forelimb function in a non-task-specific way. Experimental neurology. 232, 81-89 (2011).
- Ueno, M., Hayano, Y., Nakagawa, H., Yamashita, T. Intraspinal rewiring of the corticospinal tract requires target-derived brain-derived neurotrophic factor and compensates lost function after brain injury. Brain : a journal of neurology. 135, 1253-1267 (2012).
- Maier, I. C., et al. Constraint-induced movement therapy in the adult rat after unilateral corticospinal tract injury. J Neurosci. 28, 9386-9403 (2008).
- Schallert, T., Fleming, S. M., Leasure, J. L., Tillerson, J. L., Bland, S. T. CNS plasticity and assessment of forelimb sensorimotor outcome in unilateral rat models of stroke, cortical ablation, parkinsonism and spinal cord injury. Neuropharmacology. 39, 777-787 (2000).
- Montoya, C. P., Campbell-Hope, L. J., Pemberton, K. D., Dunnett, S. B. The "staircase test": a measure of independent forelimb reaching and grasping abilities in rats. Journal of neuroscience methods. 36, 219-228 (1991).
- Soblosky, J. S., Song, J. H., Dinh, D. H. Graded unilateral cervical spinal cord injury in the rat: evaluation of forelimb recovery and histological effects. Behavioural brain research. 119, 1-13 (2001).
- Soleman, S., Yip, P., Leasure, J. L., Moon, L. Sustained sensorimotor impairments after endothelin-1 induced focal cerebral ischemia (stroke) in aged rats. Experimental neurology. 222, 13-24 (2010).
- Paxinos, G. The Rat Nervous System. , Academic Press, Inc. (1995).
- Benowitz, L. I., Goldberg, D. E., Madsen, J. R., Soni, D., Irwin, N. Inosine stimulates extensive axon collateral growth in the rat corticospinal tract after injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 96, 13486-13490 (1999).
- Zhou, L., Baumgartner, B. J., Hill-Felberg, S. J., McGowen, L. R., Shine, H. D. Neurotrophin-3 expressed in situ induces axonal plasticity in the adult injured spinal cord. J Neurosci. 23, 1424-1431 (2003).
