Метод анестезии, хирургии и сбора урожая для оценки транспедикулярных винтов с использованием
1Department of Orthopaedic Surgery, Chonbuk National University School of Medicine, Chonbuk National University Hospital, 2Department of Orthopaedic Surgery, University of Seonam College of Medicine, Presbyterian Medical Center, 3Wowanimal Hospital, 4Department of Emergency Medicine, Inje University Busan Paik Hospital

Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

Здесь мы вводим метод оценки транспедикулярных винтов с использованием модели in vivo porcine lumbar spine.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Moon, Y. J., Kim, J. K., Oh, H. G., Kang, J. H., Park, G. J., Lee, K. B. An Anesthesia, Surgery, and Harvest Method for the Evaluation of Transpedicular Screws Using an In Vivo Porcine Lumbar Spine Model. J. Vis. Exp. (123), e55225, doi:10.3791/55225 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Фиксация винтов для педика является золотым стандартом для лечения заболеваний позвоночника. Тем не менее, во многих исследованиях сообщалось о проблеме ослабления винтов ножки после спинальной хирургии, что вызывает серьезную озабоченность. Для решения этой проблемы были исследованы различные типы винтов для ножек, чтобы идентифицировать тех, у кого хорошая фиксация и остеоинтеграция в кости позвоночника. Позвоночник свиньи является хорошей альтернативой человеческому позвоночнику при оценке винтов ножки из-за анатомического размера, механических характеристик и стоимости. Хотя в нескольких исследованиях сообщалось, что винты ножки эффективны в модели свиней, ни одно исследование не описывает подробные протоколы для оценки винта ножки с использованием модели свиньи. Здесь мы опишем подробный метод оценки транспедикулярных винтов с использованием модели поясничного позвоночника свиного лихорадки in vivo . Технические детали для анестезии, хирургии позвоночника и урожая, предоставленные здесь, будут способствовать оценке tМодель крестообразной фиксации.

Protocol

Комитет по институциональному уходу за животными и Национальный комитет Чонбука одобрил это исследование. Обработка, использование и обращение с животными соблюдались всеми руководящими принципами и политикой. Поддерживайте операционную комнату при температуре 24 ° C.

1. Анестезия

  1. Акклиматизируйте миниатюрных свиней в возрасте 12 месяцев в экспериментальной единице в течение как минимум одной недели. Проведите клиническое обследование, измеряющее частоту дыхания, сердечный ритм и температуру тела. Не кормите каждую миниатюру свинью в течение 12 часов до процедуры анестезии.
  2. Инъекционный атропин (0,05 мг / кг) и кетамин (20 мг / кг) / ксилаксин (2 мг / кг) в область боковой области шейки матки, за ухом, для премедикации.
  3. После успокоения плотно нанесите резинку вокруг основания уха и очистите ухо местным спиртом.
  4. Поместите перетянутый пластиковый катетер в ушную вену и удалите резиновую ленту. Убедитесь, что катетер правильно установлен. ГриппSh катетер с гепаринизированным физиологическим раствором и исправить лентой.
  5. Для эндотрахеальной интубации поместите миниатюрный свиньи в грудь. С помощью помощника держите челюсть свиньи подходящей стропкой и откройте рот.
    1. Пропустите кончик ларингоскопа в глоточную полость, чтобы вытеснить надгортанник из мягкого неба. Используйте наконечник ларингоскопического лезвия, чтобы сделать голосовые связки видимыми и продвинуть эндотрахеальную трубку в трахею во время выдоха.
    2. Почувствуйте свободный проход воздуха для правильной интубации и проверьте аускультацию сундука для дыхания как на левой, так и на правой стороне миниатюрной свиньи.
  6. Заполните манжету соответствующим объемом воздуха эндотрахеальной трубки воздухом, используя 10-мл шприц и закрепите трубку на морду с помощью липкой ленты.
  7. Обеспечьте концентрацию изофлурана 2,0%, ингаляционную анестезию при длительной анестезии, через эндотронИнтубационная трубка. Протестируйте роговичные и пальпебральные рефлексы, чтобы подтвердить обезболивание и использовать мазь на глазах, чтобы предотвратить сухость.
  8. Контролируйте сердечно-сосудистую систему, дыхательную систему и температуру тела во время анестезии, по крайней мере, каждые 5 минут, пока миниатюрная свинья не восстановится.
  9. За 30 минут до операции позвоночника медленно применяйте 30 мг / кг цефазолина IV, 1-го поколения цефалоспориновых антибиотиков.
  10. Администрирование 5 - 10 мл / кг / ч теплого (37 ° C) физиологического раствора с использованием линии IV для поддержания гомеостаза и обеспечения 50 мкг / кг / мин фентанила для борьбы с болью.
  11. После операции позвоночника выполняйте экстубацию, когда проявляется сильный глотательный рефлекс.
  12. Возьмите миниатюрной свиньи в комнату и наблюдайте, пока она не восстановится от анестезии. Обеспечьте пищу и воду, когда миниатюрная свинья полностью осознает.
  13. Применять 3 мг / кг энрофлоксацина антибиотика с 4,4 мг / кг carprofen ежедневно для контроля боли в течение первых 3 дней.
  14. MoniДо свиньи ежедневно до удаления швов.

2. Хирургия позвоночника

  1. Автоклавируйте транспедикулярные винты и задние фиксирующие системы для стерилизации, следуя рекомендациям производителя.
  2. Бритье спины миниатюрной свиньи, примерно в 10 см от центра влево или вправо, используя бритву, пока свинья находится в положении лежа на спине. Очистите кожу раствором повидона-йода и 70% -ным спиртом.
  3. Сделайте продольный срединный разрез от второго остистого отростка поясничного отдела позвоночника до первого срединного сакрального гребня с помощью скальпеля. Прорезите через подкожную ткань и фасцию до кончика остистых отростков.
  4. Поднесущно подтянуть мышцы параспинальной части от лежащих на ней пластин с помощью лифта Кобба. Рассекайте вдоль остистых отростков и ламины, ограниченных суставными гранями.
  5. Откройте поверхностную кору в точке входа (которая уступает только маммиллярному процессу из L3До L5 с обеих сторон) с заусенцем или рогом.
  6. Вставьте направляющий штифт на открытый участок, параллельно верхней торцевой пластине и под углом 20 ° к остистому процессу. Определите идеальную отправную точку, используя C-образную руку или переносимые передне-передние / боковые рентгеновские лучи.
  7. Вставьте зонд педикула до 25 мм в соответствии с рентгеновским снимком. Подтвердите полную внутрикостную траекторию при ношении пальцев и пальпации тела с помощью зондирующего устройства для ножек.
  8. Вставьте шесть винтов ножки в подготовленную ножку от L3 до L5 до тех пор, пока головка винта не будет хорошо посажена. Направьте боковое отверстие головки имплантата в нужном направлении и выровняйте горизонтальное положение с траекторией стержня.
  9. Вставьте два стержня в обе стороны головки головки ножек, соответственно. Вставьте втулку и гайку на головке винта с помощью универсальной рукоятки.
  10. Плотно затяните гайку с помощью торцевого гаечного ключа и плотно затяните гайку с помощью динамометрического ключа.
  11. Подтвердите позиции oF винты ножки с использованием портативных передне-передних / боковых рентгеновских лучей.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Подождите, пока миниатюрная свинья не проснется и не проверит рисунки походки и моторную функцию задней конечности, чтобы определить, был ли сильно имплантирован винт.
  12. Орошайте хирургический участок 3 л нормального физиологического раствора, используя шприц для орошения колбы с отсосом.
  13. Поместите силиконовый слиток в место операции и выньте силиконовый наконечник. Закройте параспинальные мышцы и подкожно, используя 1,0 метрические поглощаемые швы. Закройте кожу с помощью 2,0 метрических непрореагировавших нейлоновых швов.
  14. Дезинфицируйте участок шва повидон-йодом и нанесите повязку, используя стерилизованную марлю и ленту.

3. Процедура урожая

  1. Через 12 недель после операции вводите ксилазин (2 мг / кг) и кетамин (10 мг / кг) в область боковой области шейки матки, за ухом, для премедикации.
  2. После седации, вводите 15 мг / кг KCl непосредственно в ушную венуКатетер для эвтаназии.
  3. Сделайте продольный срединный разрез при предыдущем поражении хирургического шрама. Рассеивайте мягкие ткани и параспинальные мышцы.
  4. Выставить остистый процесс поясничных шипов, ламинатов, стержней, орехов и поперечных процессов от L3 до L5.
  5. Снимите гайки с помощью динамометрического ключа и стержней. Вырезайте дисковое пространство L2-3 и пространство диска L5-S1 с помощью осциллирующей пилы.
  6. Рассекайте обе стороны средней и передней части позвонка L3-5 с помощью лифта Кобба и щипцов. После сбора урожая, если позвоночник не может быть немедленно протестирован, заверните его в марлю, пропитанную физиологическим раствором, и храните при -20 ° C.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Здесь описывается подробный протокол анестезии, хирургии и сбора урожая для оценки транспедикулярных винтов с использованием модели поясничного позвоночника свиного лихорадки in vivo . Этот протокол подходит для ряда последующих анализов, включая механическое тестирование ( рисунок 1 ), количественную оценку микро-КТ ( рисунок 2 ) и гистологию ( рисунок 3 ). Репрезентативное механическое испытание ( рис. 1 ) показывает средний крутящий момент кручения при кручении. Он представляет собой прочность сцепления между винтом ножки и костью с помощью механического испытательного манометра. Были оценены три типа винтов для ножек: не покрытый оболочкой, гидроксиапатит (HA), покрытый титаном. Данные были собраны из 14 винтов ножки из каждой из трех групп. Средний пиковый крутящий момент при кручении был выше в группе винтов с ножками с титановым покрытием.

рис. 2А ) показывают, что интересующая область (внутреннее пространство полной длины винта) может быть оценена программой микро-КТ для анализа кости ( Рисунок 2B1 ), плотность поверхности кости ( рисунок 2B2 ) и удельная поверхность кости ( рисунок 2B3 ). Данные были собраны с 4 винтов ножки из каждой из трех групп.

Репрезентативное изображение гистологии ( рис. 3 ) окрашивали трихромом Голднера. Наблюдался интерфейс между винтом ножки и костью. Красный цвет указывает на волокнистую ткань, а синий цвет указывает на кость. В необожженных ножках ножницы фиброзная ткань наблюдалась на границе раздела между винтом ножки и костью. Новое образование костей было обнаружено на границе раздела нитей как HA-, так и винтов с ножками с титановым покрытием и кости. В tПокрытая оболочкой иглоукалывающая оболочка, пространство между резьбой винта и кости было уплотнено костью ( рисунок 3 ).

Рисунок 1
Рисунок 1: Механические анализы винтов для педикуляров в поясничном отделе позвоночника свиньи. Средний механический крутящий момент кручения для склеивания между винтом ножки и костью измерялся с помощью механического испытательного манометра. Изменено из ссылки 6 . Значения представлены как среднее ± SEM ( n = 14). Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

фигура 2
Рисунок 2. Гистоморфологический анализ винтов педикул в PОркестра поясничного отдела позвоночника. ( A ) Ручные области интереса (ROI) были установлены с внутренним пространством всей длины винта. ( B ) Объемная доля кости, плотность поверхности кости и удельная площадь поверхности кости были измерены с помощью микро-КТ. Изменено из ссылки 6 . Значения представлены как среднее ± SEM ( n = 4). Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3
Рисунок 3: Гистологический анализ винтов педикуляров в поясничном отделе позвоночника свиньи. Трехмерное окрашивание Goldner (x1, x20 и x40) выполнялось для наблюдения за поверхностью раздела между поверхностью винта иглы и костью. Изменено из ссылки 6 . Шкала (черный) = 1 мм. Масштабная панель (whiTe) = 500 мкм. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Оценка транспедикулярных винтов в позвоночнике свиньи требует много времени и усилий. Во-первых, миниатюрная свинья - большое животное. Для ухода за животными и анестезии исследователю нужен специальный протокол. Во-вторых, хирургия должна поддерживать среду, похожую на окружающую среду человека. Целью оценки винтов ножки в позвоночнике свиньи является разработка эффективного винта, который может быть нанесен людям. В-третьих, для оценки долговременной стабильности транспедикулярных винтов требуется около трех месяцев после операции на позвоночнике. Соответственно, исследователи в области фиксации винтов с ножом должны стандартизировать протокол, выполняя точное планирование. Несмотря на то, что было проведено много исследований по винтам ножки в моделях позвоночника 9 , 10 , 11 , ни одно исследование не предоставило подробный протокол для оценки транспедикулярных винтов с использованием in vivo свиных поясничных сСосна модель.

Хотя идеальной модели для человеческого позвоночника не существует, модель позвоночника свиньи является альтернативой из-за природы этого эксперимента и анатомического размера и механических характеристик позвоночника. Кроме того, это относительно недорого. McLain et al. 12 сравнили морфометрию четвертого поясничного позвонка с образцами человека, свиней, овец, овец и собак и пришли к выводу, что образцы свиньи демонстрируют несколько преимуществ перед другими животными моделями в качестве альтернативы позвоночнику человека. Кроме того, четвероногий позвоночник модели свиньи по существу загружается так же, как и позвоночник человека 8 . Поэтому свиной позвоночник используется в качестве альтернативной модели для позвоночника человека для экспериментов с использованием методов фиксации позвоночника и инструментальной техники.

В этом исследовании мы описали подробный метод анестезии, хирургии и урожая вСвиной L3-L5 поясничного отдела позвоночника для оценки фиксации ножевого штифта. Многие исследования оценили винты ножки после многоуровневых операций позвоночника 7 , 13 , 14 . Во многих случаях дегенеративного заболевания человека операции на позвоночнике выполняются через один или два слияния позвоночника. Это означает, что для фиксации 15 используются два или три уровня позвоночника с ножками. Micro-CT для оценки формирования кости вокруг винтов ножки имеет ограниченный диапазон измерения. В этом случае мы использовали два контрольных винта для лепестков L3, два винта с покрытием HA для лепестков L4 и два винта с титановым покрытием для лепестков L5. Поскольку анатомические размеры поясничных шипов L3-L5 почти одинаковы 16 , сравнение винтов L3-L5 является более надежным, чем сравнение между многоуровневыми винтами. В результате двух- или трехуровневая фиксация винтов ножкиAr позвоночник является более подходящим по сравнению с многоуровневыми фиксациями.

Чтобы точно оценить и сравнить транспедикулярные винты, следует иметь в виду одну критическую точку: каждый винт должен располагаться в аналогичном положении на теле позвонка. Тем не менее, большинство протоколов для имплантации транспедикулярных винтов на животных моделях требуют выставить и предварительно просверлить ножки позвоночника, прежде чем вставлять винты 5 , 13 , 14 в ножны. С другой стороны, Упасани и др . Предложил хирургический протокол, который включает определение положения и размера винтов ножки перед операцией с использованием компьютерной томографии изображений позвоночника 2 . Этот протокол предполагает введение направляющего штыря в точке входа винта ножки в поясничном отделе позвоночника. Определение положения винта ножки с использованием C-arm или переносного рентгеновского излучения также предлагается вЭтот протокол. Кроме того, с помощью зондирующего устройства для ножек можно подтвердить полную внутрикожную траекторию. Этот протокол можно использовать для определения правильного расположения винтов ножки, чтобы можно было предотвратить неправильное смещение ножки. Этот протокол основан на технике хирургии позвоночника человека, используемой в нашей больнице.

Этот метод имеет некоторые ограничения. Во-первых, операция была выполнена с использованием здоровой модели свиней. Поскольку целью оценки винтов для ножек является уменьшение осложнений у пациентов с остеопорозом, этот протокол следует применять к моделям остеопороза свиного позвоночника, чтобы продемонстрировать эффективность винтов ножки. Во-вторых, модель позвоночника свиньи требует покупки и жилья, а также хирургического оборудования для свиней. Это может увеличить стоимость, тем самым ограничивая количество животных, которые могут использоваться в каждой исследовательской группе. В-третьих, это исследование включало только 12-месячных миниатюрных свиней, поскольку они былиЧтобы получить и обработать. Кроме того, хотя существует несколько типов устройств для фиксации позвоночника, здесь использовался только протокол с использованием жесткой системы фиксации, поскольку он наиболее часто используется в хирургии позвоночника.

В заключение, свиная модель винтовой фиксации ножниц является ключевой клинической платформой для исследования эффективных методов фиксации, которые вызывают меньше осложнений у пациентов с остеопорозом. Этот протокол предоставляет технические детали для анестезии, хирургии и сбора урожая в модели поясничного позвоночника свиньи. Это облегчит оценку транспедикулярной фиксации винтов с использованием этой модели.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего общего с этой статьей для раскрытия.

Acknowledgments

Это исследование было поддержано грантом (CNUH-BRI-2012-02-005), финансируемым Институтом биомедицинских исследований Национальной университетской больницы Чонбука (CNUH-BRI), Республика Корея.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Miniature pig OrientBio
Atropine Jeil pharmaceutical A04900241 Anesthesia
Over-the needle plastic catheter BD REF382412 Maintenance of IV line
Ketamine Yuhan A04502441 Anesthesia
Xylazine Bayer Korea A00800071 Anesthesia
Laryngoscope Karl storz Intubation
Endotracheal tube Covidien Intubation
Isoflurane JW pharmaceutical Co A02104781 Anesthesia
Eye ointment Hanlim pharma A37851721 Protection of pig's eye
Cefazolin Donga pharma A01503951 Antibiotics
Saline JW pharmaceutical Co A02151392 Maintenance of fluid homeostasis
Fentanyl Hana pharm C03200032 Pain control
Enrofloxacin Bayer 93106-60-6  Antibiotics
Morphine Myungmoon pharma C03700091 Pain control
Meloxicam Boehringer Ingelheim A07600711 Antibiotics
Povidone-iodine Hyundai pharma Wound dressing
Scalpel blade size 15 Braun  I1 BB515 Skin incision
Cobb elevator Codman 65-2546 Dissection of muscle
Burr Medtronic Making of starting point of screw
Rongeur Aesculap FO515R Making of starting point of screw
Guide pin (K-wire) CE 01067803 Guidance of screw trajectory
C-arm GE OEC 9800 plus Guidance of screw trajectory
Portable X-ray Siemens Mobile XP hybrid Guidance of screw trajectory
Pedicle probe OtisBiotech SPI-02-01 Guidance of screw trajectory
Pedicle sounding device OtisBiotech SPI-03-01 Guidance of screw trajectory
Pedicle screw OtisBiotech MS-40025
Posterior fixator systems OtisBiotech
Rod  OtisBiotech ROD-60140 Rigid fixation between screws
Universal handle OtisBiotech SPI-08-01 To fix the screws to the rod
Straight socket wrench OtisBiotech SPI-06-01 To fix the screws to the rod
counter torque wrench OtisBiotech SPI-07-01 To fix the screws to the rod
Bulb irrigation syringe Hyupsug medical HS-IR-140 Irrigation
Silicone drain Sewon medical 2205-006 To drain the fluid at the surgical site
3.0 metric absorbable suture Ethicon BA1673H Muscle suture
2.0 metric nonabsorbable nylon suture Ethicon W1626T Skin suture
Gauze Kingphar Korea KP120-06
Pentobarbital Hanlim pharma 645301221 Euthanasia
Oscillating saw Zimmer Harvest spine
Tower forceps Aesculap BF461R Harvest spine

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Greenfield, R. T., Grant, R. E., Bryant, D. Pedicle screw fixation in the management of unstable thoracolumbar spine injuries. Orthop Rev. 21, (6), 701-706 (1992).
  2. Upasani, V. V., et al. Pedicle screw surface coatings improve fixation in nonfusion spinal constructs. Spine. 34, (4), 335-343 (2009).
  3. Halvorson, T. L., Kelley, L. A., Thomas, K. A., Whitecloud, T. S., Cook, S. D. Effects of bone mineral density on pedicle screw fixation. Spine. 19, (21), 2415-2420 (1994).
  4. Weinstein, J. N., Spratt, K. F., Spengler, D., Brick, C., Reid, S. Spinal pedicle fixation: reliability and validity of roentgenogram-based assessment and surgical factors on successful screw placement. Spine. 13, (9), 1012-1018 (1988).
  5. Fini, M., et al. Biological assessment of the bone-screw interface after insertion of uncoated and hydroxyapatite-coated pedicular screws in the osteopenic sheep. J Biomed Mater Res A. 66, (1), 176-183 (2003).
  6. Kim, D. Y., et al. Evaluation of Titanium-Coated Pedicle Screws: In Vivo Porcine Lumbar Spine Model. World Neurosurg. 91, 163-171 (2016).
  7. Upasani, V. V., et al. Pedicle screw surface coatings improve fixation in nonfusion spinal constructs. Spine. 34, (4), 335-343 (2009).
  8. Smit, T. H. The use of a quadrupted as an in vivo model for the study of the spine-biomechanical considrations. Eur Spine J. 11, (2), 137-144 (2002).
  9. Aldini, N. N., et al. Pedicular fixation in the osteoporotic spine: a pilot in vivo study on long-term ovariectomized sheep. J Orthop Res. 20, (6), 1217-1224 (2002).
  10. Fini, M., et al. Biological assessment of the bone-screw interface after insertion of uncoated and hydroxyapatite-coated pedicular screws in the osteopenic sheep. J Biomed Mater Res A. 66, (1), 176-183 (2003).
  11. Branemark, R., Ohrnell, L. O., Skalak, R., Carlsson, L., Branemark, P. I. Biomechanical characterization of osseointegration: an experimental in vivo investigation in the beagle dog. J Orthop Res. 16, (1), 61-69 (1998).
  12. McLain, R. F., Yerby, S. A., Moseley, T. A. Comparative morphometry of L4 vertebrae: comparison of large animal models for the human lumbar spine. Spine. 27, (8), E200-E206 (2002).
  13. Giavaresi, G., et al. In vivo preclinical evaluation of the influence of osteoporosis on the anchorage of different pedicle screw designs. Eur Spine J. 20, (8), 1289-1296 (2011).
  14. Hasegawa, T., et al. Hydroxyapatite-coating of pedicle screws improves resistance against pull-out force in the osteoporotic canine lumbar spine model: a pilot study. Spine J. 5, (3), 239-243 (2005).
  15. Smorgick, Y., et al. Single- versus multilevel fusion for single-level degenerative spondylolisthesis and multilevel lumbar stenosis: four-year results of the spine patient outcomes research trial. Spine. 38, (10), 797-805 (2013).
  16. Busscher, I., Ploegmakers, J. J., Verkerke, G. J., Veldhuizen, A. G. Comparative anatomical dimensions of the complete human and porcine spine. Eur Spine J. 19, (7), 1104-1114 (2010).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics