Anestesia, Cirugía y Método de Cosecha para la Evaluación de Tornillos Transpediculares Usando un
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

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Summary

Aquí, se introduce un método para evaluar los tornillos transpedicular mediante la utilización de un modelo de la columna lumbar porcino in vivo .

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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).

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Abstract

La fijación del tornillo del pedículo es el estándar de oro para el tratamiento de enfermedades espinales. Sin embargo, muchos estudios han informado de la cuestión de aflojar los tornillos pediculares después de la cirugía de la columna vertebral, que es una preocupación seria. Para abordar este problema, se han examinado diversos tipos de tornillos pediculares para identificar aquellos con buena fuerza de fijación y osteointegración en el hueso de la columna vertebral. La columna porcina es una buena alternativa para la columna vertebral humana en la evaluación de los tornillos pediculares debido al tamaño anatómico, características mecánicas y coste. Aunque varios estudios han reportado que los tornillos pediculares son eficientes en el modelo porcino, ningún estudio ha descrito protocolos detallados para la evaluación de un tornillo pedículo utilizando el modelo porcino. En este sentido, se describe un método detallado para la evaluación de tornillos transpedicular utilizando un modelo in vivo de la columna lumbar porcino. Los detalles técnicos para anestesia, cirugía de columna y cosecha proporcionados aquí facilitarán con la evaluación de la tModelo de fijación de tornillo ranspedicular.

Protocol

El Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad Nacional de Chonbuk aprobó este estudio. El tratamiento, el uso y la manipulación de los animales siguieron todas las directrices y políticas. Mantener la sala de operaciones a 24 ° C.

1. Anestesia

  1. Aclimate a los cerdos miniatura, de 12 meses de edad, en la unidad experimental durante al menos una semana. Realizar un examen clínico que mida la frecuencia respiratoria, el calor del corazón y la temperatura corporal. No alimente a cada cerdo en miniatura durante 12 h antes del procedimiento de anestesia.
  2. Inyecte atropina (0,05 mg / kg) y ketamina (20 mg / kg) / xilaxina (2 mg / kg) en la región lateral del músculo cervical, detrás de la oreja, para la premedicación.
  3. Después de la sedación, aplicar fuertemente una banda de goma alrededor de la base de la oreja y limpiar el oído con alcohol tópico.
  4. Coloque un catéter de plástico sobre la aguja en la vena del oído y retire la goma. Confirme que el catéter está colocado correctamente. GripeSh el catéter con solución salina heparinizada y fijar con cinta adhesiva.
  5. Para la intubación endotraqueal, coloque el cerdo en miniatura en decúbito esternal. Con la ayuda de un asistente, sostener la mandíbula del cerdo con una honda adecuada y abrir la boca.
    1. Pase la punta del laringoscopio hacia la cavidad faríngea para desplazar la epiglotis del paladar blando. Utilice la punta de la hoja del laringoscopio para hacer que las cuerdas vocales sean visibles y avance el tubo endotraqueal hacia la tráquea durante la expiración.
    2. Sentirse por un paso de aire libre para una intubación adecuada y revisar la auscultación torácica para detectar sonidos respiratorios tanto en el lado izquierdo como en el derecho del cerdo en miniatura.
  6. Llene el manguito con el volumen adecuado de aire del tubo endotraqueal con aire usando una jeringa de 10 ml y fije el tubo al hocico con cinta adhesiva.
  7. Proporcionar una concentración de 2.0% de isoflurano, un anestésico de inhalación para la anestesia prolongada, a través del endotrTubo de intubación. Pruebe los reflejos corneales y palpebrales para confirmar la anestesia y use un ungüento en los ojos para prevenir la sequedad.
  8. Monitoree el sistema cardiovascular, el sistema respiratorio y la temperatura corporal durante la anestesia al menos cada 5 min hasta que el cerdo en miniatura se recupere.
  9. 30 min antes de la cirugía de la columna vertebral, aplique 30 mg / kg de cefazolina IV lentamente, la primera generación de antibióticos cefalosporina.
  10. Administrar 5-10 mL / kg / h de solución salina caliente (37 ° C) usando una línea intravenosa para mantener la homeostasis y proporcionar 50 μg / kg / min de fentanilo para controlar el dolor.
  11. Después de la cirugía de la columna vertebral, realizar la extubación cuando un fuerte reflejo de deglución es evidente.
  12. Tome el cerdo en miniatura en una habitación y el monitor hasta que se recupere de la anestesia. Proporcionar alimentos y agua cuando el cerdo en miniatura está completamente consciente.
  13. Aplique 3 mg / kg de antibiótico enrofloxacino con 4,4 mg / kg de carprofeno diariamente para controlar el dolor durante los primeros 3 días.
  14. MoniDiariamente hasta la eliminación de las suturas.

2. Cirugía de la columna vertebral

  1. Autoclave los tornillos transpedicular y los sistemas de fijador posterior para la esterilización, siguiendo las directrices del fabricante.
  2. Añada la parte posterior del cerdo en miniatura, aproximadamente a 10 cm del centro hacia la izquierda o la derecha, usando una afeitadora mientras el cerdo esté en decúbito supino. Limpiar la piel con solución de povidona-yodo y alcohol al 70%.
  3. Haga una incisión longitudinal longitudinal desde el segundo proceso espinoso de la columna lumbar hasta la primera cresta sacra mediana usando un bisturí. Disecar a través del tejido subcutáneo y la fascia hasta la punta de los procesos espinosos.
  4. Elevar los músculos paraspinal subperiosteally de las láminas subyacentes usando un elevador de Cobb. Disecar a lo largo del proceso espinoso y de la lámina limitada a las articulaciones facetarias.
  5. Abrir la corteza superficial del punto de entrada (que es justo inferior al proceso mamilar de L3A L5 en ambos lados) con una rebaba o un rongeur.
  6. Inserte el pasador de guía en un sitio abierto, paralelo a la placa de extremo superior y en un ángulo de 20 ° con el proceso espinoso. Definir el punto de partida ideal utilizando rayos X portátero-anterior / lateral portadores de brazo C o portátiles.
  7. Insertar una sonda de pedículo hasta 25 mm según la radiografía. Confirmar la trayectoria intraósea completa por pedículo y palpación corporal utilizando un dispositivo de sondeo pedículo.
  8. Inserte seis tornillos pediculares en el pedículo preparado de L3 a L5 hasta que la cabeza del tornillo quede bien asentada. Apunte la abertura lateral de la cabeza del implante en la dirección deseada y alinee la posición horizontal con la trayectoria del vástago.
  9. Inserte dos barras en ambos lados de las cabezas de los tornillos pediculares, respectivamente. Coloque la manga y la tuerca en la cabeza del tornillo pedicular usando un mango universal.
  10. Apriete la tuerca con una llave de tubo recto y apriete firmemente la tuerca con una llave dinamométrica.
  11. Confirme las posiciones oF los tornillos pediculares mediante radiografías postero-anteriores / laterales portátiles.
    NOTA: Espere a que el cerdo en miniatura se despierte y compruebe los patrones de la marcha y la función del motor de la pata trasera para determinar si un tornillo ha sido mal implantado.
  12. Irrigar el sitio de la cirugía con 3 L de solución salina normal usando una jeringa de irrigación de bulbo con succión.
  13. Coloque un drenaje de silicona en el sitio de la cirugía y sacar la punta de silicona. Cierre los músculos paraspinal y subcutánea usando suturas absorbibles métricas 1.0. Cierre la piel con suturas de nylon de 2.0 métricas no absorbibles.
  14. Desinfectar el sitio de sutura con povidona-yodo y aplicar un vendaje con gasa esterilizada y cinta adhesiva.

3. Procedimiento de Cosecha

  1. A las 12 semanas de postoperatorio, inyectar xilazina (2 mg / kg) y ketamina (10 mg / kg) en la región lateral del músculo cervical, detrás de la oreja, para la premedicación.
  2. Después de la sedación, administrar 15 mg / kg de KCl directamente en la vena del oídoCateter para la eutanasia.
  3. Hacer una incisión longitudinal mediana en la lesión de cicatriz de la cirugía anterior. Disecar los tejidos blandos y los músculos paraspinales.
  4. Exponer el proceso espinoso de las espinas lumbares, laminas, varillas, tuercas y procesos transversales de L3 a L5.
  5. Retire las tuercas con una llave dinamométrica y varillas. Corte el espacio del disco L2-3 y el espacio del disco L5-S1 usando una sierra oscilante.
  6. Disecar ambos lados de la parte media y anterior de la columna L3-5 con un elevador Cobb y una pinza de torre. Después de la cosecha, si la columna vertebral no puede ser probada inmediatamente, envolverla en gasa empapada con solución salina y almacenar a -20 ° C.

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Representative Results

Se describe aquí un protocolo detallado para anestesia, cirugía y cosecha para la evaluación de tornillos transpediculares utilizando un modelo de columna lumbar porcina in vivo . Este protocolo es adecuado para una serie de análisis posteriores, incluyendo pruebas mecánicas ( Figura 1 ), cuantitativos de micro-CT evaluación ( Figura 2 ], y la histología ( Figura 3 ]. Pruebas mecánicas representativas ( Figura 1 ) muestran el par de picos de torsión de extracción media. Representa la fuerza de unión entre el tornillo del pedículo y el hueso usando un medidor de prueba mecánico. Se evaluaron tres tipos de tornillos pediculares: sin recubrimiento, revestidos con hidroxiapatita (HA) y revestidos con titanio. Se recogieron datos de 14 tornillos pediculares de cada uno de los tres grupos. El par de torsión de extracción media de par máximo fue mayor en el grupo de tornillos pediculares revestidos con titanio.

Figura 2A ) demuestran que la región de interés (el espacio interior de toda la longitud del tornillo) puede evaluarse mediante un programa de micro-CT para el análisis del hueso Volumen de la fracción ( Figura 2B1 ], la densidad de la superficie ósea ( Figura 2B2 ], y la superficie específica del hueso ( Figura 2B3 ]. Los datos se recogieron a partir de 4 tornillos pediculares de cada uno de los tres grupos.

Una imagen histológica representativa ( Figura 3 ) se tiñó con tricromo de Goldner. La interfase entre el tornillo del pedículo y el hueso era observable. El color rojo indica tejido fibroso, mientras que el color azul indica hueso. En los tornillos pediculares no revestidos, se observó tejido fibroso en la interfase entre el tornillo pedículo y el hueso. Se encontró nueva formación ósea en la interfase entre los hilos de los tornillos pediculares revestidos de HA y hueso. En el tCon un grupo de tornillos pediculares recubiertos con itanio, el espacio entre las roscas del tornillo y el hueso se compacta con hueso ( Figura 3 ).

Figura 1
Figura 1: Análisis mecánicos de los tornillos pediculares en la columna lumbar porcina. El par de torsión medio de la extracción de torsión para la fuerza de unión entre el tornillo pedículo y el hueso se midió con un calibre de ensayo mecánico. Modificado a partir de la referencia 6 . Los valores se presentan como la media ± SEM ( n = 14). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2. Análisis histomorfológicos de los tornillos pediculares en el PColumna lumbar orcina. ( A ) Las regiones manuales de interés (ROI) se fijaron con el espacio interior de toda la longitud del tornillo. ( B ) La fracción de volumen óseo, la densidad de la superficie ósea y el área específica de la superficie ósea se midieron con micro CT. Modificado a partir de la referencia 6 . Los valores se presentan como la media ± SEM ( n = 4). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3: Análisis histológicos de los tornillos pediculares en la columna lumbar porcina. Se realizó una tinción tricrómica Goldner (x1, x20 y x40) para observar la interfaz entre la superficie del tornillo pedículo y el hueso. Modificado a partir de la referencia 6 . Barra de escala (negro) = 1 mm. Barra de escala (whiTe) = 500 mu m. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

La evaluación de los tornillos transpediculares en la columna vertebral porcina requiere mucho tiempo y esfuerzo. En primer lugar, el cerdo en miniatura es un animal grande. Para el cuidado de los animales y la anestesia, el investigador necesita un protocolo especializado. En segundo lugar, la cirugía debe mantener un entorno similar al de la cirugía humana. El propósito de evaluar los tornillos pediculares en la columna vertebral porcina es desarrollar un tornillo eficiente que se puede aplicar a los seres humanos. En tercer lugar, la evaluación de la estabilidad a largo plazo de los tornillos transpedicular requiere unos tres meses después de la cirugía de la columna vertebral. Por consiguiente, los investigadores en el campo de la fijación de tornillos pediculares necesitan estandarizar el protocolo realizando una planificación precisa. Aunque se han realizado muchos estudios sobre tornillos pediculares en modelos de columna vertebral 9 , 10 , 11 , ningún estudio ha proporcionado un protocolo detallado para la evaluación de tornillos transpediculares utilizando un lumbar in vivo porcinoModelo de pino.

Aunque no existe un modelo ideal para la columna vertebral humana, el modelo de la columna vertebral porcina es una alternativa debido a la naturaleza de este experimento y al tamaño anatómico y características mecánicas de la columna vertebral. Además, es relativamente barato. McLain et al. 12 han comparado la morfometría de la cuarta vértebra lumbar de humanos, porcinos, ovinos, ovejas y perros y concluyó que los especímenes porcinos demuestran varias ventajas sobre otros modelos animales como una alternativa a la columna vertebral humana. Además, la columna vertebral cuadrúpeda del modelo porcino se carga esencialmente de la misma manera que la columna vertebral humana 8 . Por lo tanto, la espina dorsal porcina se utiliza como un modelo alternativo a la columna vertebral humana para los experimentos que implican la fijación espinal y las técnicas de instrumentación.

En este estudio, se describió el método detallado de anestesia, cirugía y cosecha en laPorcina L3-L5 columna lumbar para la evaluación de la fijación del tornillo pedículo. Muchos estudios han evaluado los tornillos pediculares después de múltiples cirugías de columna de nivel 7 , 13 , 14 . En muchos casos de enfermedad degenerativa humana, las cirugías de la columna se realizan a través de una o dos fusiones de la columna vertebral. Esto significa que dos o tres niveles de la columna vertebral de los tornillos pediculares se utilizan para la fijación 15 . Micro-CT para la evaluación de la formación ósea alrededor de los tornillos pediculares tiene un rango de medición limitado. En este caso, se utilizaron dos tornillos de control para pedículos L3, dos tornillos revestidos con HA para pedículos L4 y dos tornillos revestidos de titanio para pedículos L5. Debido a que las dimensiones anatómicas de las espinas lumbares L3-L5 son casi iguales 16 , una comparación entre los tornillos L3-L5 es más fiable que una comparación entre tornillos de nivel múltiple. Como resultado, una fijación de dos o tres niveles de tornillos pediculares en el lumbAr espina es más apropiado en comparación con las fijaciones de nivel múltiple.

Para evaluar con precisión y comparar los tornillos transpediculares, se debe tener en cuenta un punto crítico: cada tornillo debe estar situado en una posición similar en el cuerpo vertebral. Sin embargo, la mayoría de los protocolos para implantar tornillos transpediculares en modelos animales requieren la exposición y pre-perforación de los pedículos de la columna vertebral antes de insertar los tornillos pediculares 5 , 13 , 14 . Por otro lado, Upasani et al . Propuso un protocolo quirúrgico que incluye determinar la posición y el tamaño de los tornillos pediculares antes de la cirugía mediante el uso de imágenes de tomografía computarizada de la columna vertebral 2 . Este protocolo sugiere la inserción de un pasador de guía en el punto de entrada del tornillo pedículo en la columna lumbar. También se sugiere definir la posición del tornillo pedículo con brazos C o rayos X portátilesEste protocolo. Además, mediante el uso de un dispositivo de sondeo pedículo, se puede confirmar la trayectoria intraósea completa. Este protocolo se puede utilizar para determinar el correcto posicionamiento de los tornillos pediculares para evitar el desplazamiento del pedículo. Este protocolo se basa en la técnica de la columna vertebral humana utilizada en nuestro hospital.

Este método tiene algunas limitaciones. En primer lugar, la cirugía se realizó con un modelo porcino sano. Debido a que el propósito de evaluar los tornillos pediculares es reducir las complicaciones en pacientes con osteoporosis, este protocolo debe aplicarse a modelos de columna vertebral porcina osteoporótica para demostrar la efectividad de los tornillos pediculares. En segundo lugar, el modelo de la columna vertebral porcina requiere la compra y la vivienda de, así como el equipo quirúrgico para los cerdos. Esto puede aumentar el coste, restringiendo así el número de animales que pueden utilizarse en cada grupo de estudio. En tercer lugar, este estudio sólo incluyó cerdos miniatura de 12 meses de edad porque eran eAsy para adquirir y manejar. Además, aunque existen varios tipos de dispositivos para la fijación de la columna vertebral, sólo se utilizó un protocolo que utiliza un sistema de fijación rígida porque es el más utilizado en la cirugía de columna.

En conclusión, un modelo porcino de fijación de tornillos pediculares proporciona una plataforma clínica clave para investigar técnicas de fijación eficaces que causan menos complicaciones en pacientes con osteoporosis. Este protocolo proporciona detalles técnicos para anestesia, cirugía y cosecha en un modelo de columna lumbar porcina. Esto facilitará la evaluación de la fijación de tornillo transpedicular utilizando este modelo.

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Disclosures

Los autores no tienen nada relacionado con este documento a divulgar.

Acknowledgments

Este estudio fue apoyado por una subvención (CNUH-BRI-2012-02-005) financiado por el Instituto de Investigación Biomédica del Hospital Universitario Nacional de Chonbuk (CNUH-BRI), República de Corea.

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

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References

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