Eine Anästhesie, Chirurgie und Ernteverfahren zur Bewertung von transpedikulären Schrauben mit einem
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

Hier stellen wir eine Methode vor, um transpedikuläre Schrauben unter Verwendung eines In-vivo- Schweine-Lendenwirbelsystems zu bewerten.

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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

Pedikelschraubenfixierung ist der Goldstandard für die Behandlung von Wirbelsäulenerkrankungen. Allerdings haben viele Studien berichtet, die Frage der Lockerung der Pedikel Schrauben nach der Wirbelsäulenchirurgie, was eine ernste Sorge ist. Um dieses Problem zu lösen, wurden verschiedene Arten von Pedikelschrauben untersucht, um diejenigen mit guter Fixierungsstärke und Osseointegration im Wirbelsäulenbein zu identifizieren. Die Schweinernecke ist eine gute Alternative für die menschliche Wirbelsäule bei der Auswertung von Pedikelschrauben aufgrund der anatomischen Größe, der mechanischen Eigenschaften und der Kosten. Obwohl mehrere Studien berichtet haben, dass Pedikelschrauben im Schweinemodell effizient sind, hat keine Studie detaillierte Protokolle für die Auswertung einer Pedikelschraube mit dem Schweinemodell beschrieben. Hier beschreiben wir eine detaillierte Methode zur Bewertung von transpedikulären Schrauben mit einem In-vivo- Schwein-Lendenwirbelsäulen-Modell. Die hier angebotenen technischen Details für Anästhesie, Wirbelsäulenchirurgie und Ernte werden mit der Auswertung der t erleichternRanspedikuläre Schraubbefestigung Modell.

Protocol

Die Institutional Animal Care und Use Committee der Chonbuk National University genehmigt diese Studie. Die Behandlung, Verwendung und Handhabung von Tieren folgten allen Richtlinien und Richtlinien. Pflegen Sie den Operationssaal bei 24 ° C.

1. Anästhesie

  1. Akklimatisieren Sie Miniaturschweine, im Alter von 12 Monaten, in der Versuchseinheit für mindestens eine Woche. Führen Sie eine klinische Untersuchung der Atemfrequenz, Herzfrequenz und Körpertemperatur durch. Füttern Sie jedes Miniaturschwein noch 12 Stunden vor dem Anästhesieverfahren.
  2. In die laterale Halsmuskelregion, hinter dem Ohr, für die Prämedikation injizieren Atropin (0,05 mg / kg) und Ketamin (20 mg / kg) / Xylaxin (2 mg / kg)
  3. Nach der Sedierung, legen Sie ein Gummiband um die Unterseite des Ohres und reinigen Sie das Ohr mit topischem Alkohol.
  4. Legen Sie einen Plastikkatheter aus der Nadel in die Ohrvene und entfernen Sie das Gummiband. Vergewissern Sie sich, dass der Katheter korrekt platziert ist. GrippeDen Katheter mit heparinierter Kochsalzlösung und mit Klebeband fixieren.
  5. Für die endotracheale Intubation, positioniere das Miniaturschwein in der sternalen Wiederholung. Mit Hilfe eines Assistenten, halten Sie den Kiefer des Schweins mit einer geeigneten Schlinge und öffnen Sie den Mund.
    1. Führen Sie die Spitze des Laryngoskops in die Rachenhöhle, um die Epiglottis aus dem weichen Gaumen zu verdrängen. Benutze die Spitze des Laryngoskopblattes, um die Stimmbänder sichtbar zu machen und das Endotrachealtubus während der Exspiration in die Trachea zu bringen.
    2. Fühlen Sie sich für einen freien Durchgang von Luft für die richtige Intubation und überprüfen Sie die Brust Auskultation für Atmung Sounds in beiden linken und rechten Seiten des Mini-Schwein.
  6. Füllen Sie die Manschette mit dem entsprechenden Luftvolumen des Endotrachealtubus mit Luft mit einer 10-ml-Spritze und befestigen Sie den Schlauch mit der Klebebandschraube an der Schnauze.
  7. Geben Sie eine Konzentration von 2,0% Isofluran, eine Inhalationsanästhesie für eine verlängerte Anästhesie, durch die EndotrAcheal Intubation Rohr. Testen Sie die Hornhaut und palpebralen Reflexe, um die Anästhesie zu bestätigen und Salbe auf die Augen zu verwenden, um Trockenheit zu verhindern.
  8. Überwachen Sie das Herz-Kreislauf-System, die Atemwege und die Körpertemperatur während der Anästhesie mindestens alle 5 min, bis das Miniatur-Schwein sich erholt.
  9. 30 min vor der Wirbelsäulenchirurgie, 30 mg / kg Cefazolin IV langsam, die erste Generation der Cephalosporin-Antibiotika.
  10. Verabreichen Sie 5 - 10 ml / kg / h warme (37 ° C) Kochsalzlösung mit einer IV-Linie, um die Homöostase aufrechtzuerhalten und 50 μg / kg / min Fentanyl zur Kontrolle der Schmerzen bereitzustellen.
  11. Nach der Wirbelsäulenchirurgie, Extubation durchführen, wenn ein starker Schluckreflex sichtbar ist.
  12. Nehmen Sie das Miniaturschwein in einen Raum und überwachen Sie, bis er sich von der Anästhesie erholt. Geben Sie Nahrung und Wasser, wenn das Miniaturschwein voll bewusst ist.
  13. Tragen Sie 3 mg / kg Enrofloxacin-Antibiotikum mit 4,4 mg / kg Carprofen täglich zur Schmerzkontrolle während der ersten 3 Tage auf.
  14. MoniDas Schwein täglich bis zum Entfernen der Nähte.

2. Wirbelsäulenchirurgie

  1. Autoklavieren Sie die transpedikulären Schrauben und die hinteren Fixiersysteme zur Sterilisation nach den Richtlinien des Herstellers.
  2. Rasieren Sie die Rückseite des Miniaturschweins, ca. 10 cm von der Mitte nach links oder rechts, mit einem Rasierer, während das Schwein in einer Rückenlage ist. Die Haut mit Povidon-Jod-Lösung und 70% Alkohol reinigen.
  3. Machen Sie eine Längsschnittlinie von der zweiten Dornfortsatz der Lendenwirbelsäule bis zum ersten medianen Sakralkamm mit einem Skalpell. Durch das subkutane Gewebe und die Blende auf die Spitze der Dornfortsätze zerlegen.
  4. Erhöhen Sie die Paraspinalmuskeln subperiostal von den darunter liegenden Lamininen mit einem Cobb-Aufzug. Dissektion entlang des Dornfortsatzes und Lamina beschränkt auf die Facettengelenke.
  5. Öffnen Sie den oberflächlichen Kortex des Einstiegspunktes (der dem Mammillarfortsatz von L3 gerade unterlegen istAuf L5 auf beiden Seiten) mit einem Grat oder einem Rongeur.
  6. Setzen Sie den Führungsstift an einer offenen Stelle, parallel zur oberen Endplatte und in einem 20 ° Winkel zum Dornfortsatz ein. Definieren Sie den idealen Ausgangspunkt mit C-Arm oder tragbaren postero-anterior / lateralen Röntgenstrahlen.
  7. Setzen Sie eine Pedikelsonde bis zu 25 mm nach dem Röntgenbild ein. Bestätigen Sie die komplette intraossäre Trajektorie mit Pedikel und Körper Palpation mit einem Pedikel klingende Gerät.
  8. Setzen Sie sechs Pedikelschrauben in den vorbereiteten Stiel von L3 bis L5 ein, bis der Schraubenkopf gut sitzt. Richten Sie die Seitenöffnung des Implantatkopfes in die gewünschte Richtung und richten Sie die horizontale Position mit der Stabtrajektorie aus.
  9. Setzen Sie zwei Stäbe in beide Seiten der Pedikelschraubenköpfe ein. Setzen Sie die Hülse und die Mutter am Pedikelschraubenkopf mit einem Universalgriff ein.
  10. Die Mutter mit einem geraden Steckschlüssel locker anziehen und die Mutter mit einem Drehmomentschlüssel festziehen.
  11. Bestätigen Sie die Positionen oF die Pedikelschrauben mit tragbaren postero-anterior / lateralen Röntgenstrahlen.
    HINWEIS: Warten Sie, bis das Miniaturschwein aufwacht und überprüfen Sie die Gangmuster und die motorische Funktion des Hintergliedes, um festzustellen, ob eine Schraube schlecht implantiert wurde.
  12. Bewässern Sie die Chirurgie mit 3 L normaler Kochsalzlösung mit einer Glühbirne Spülmaschine mit Absaugung.
  13. Legen Sie einen Silikonabfluss in die Chirurgie und nehmen Sie die Silikonspitze heraus. Schließen Sie die paraspinalen Muskeln und subkutan mit 1,0 metrischen resorbierbaren Nähten. Schließen Sie die Haut mit 2,0 metrischen, nicht resorbierbaren Nylonnähten.
  14. Desinfizieren Sie die Nahtstelle mit Povidon-Jod und wenden Sie einen Verband mit sterilisiertem Gaze und Klebeband an.

3. Ernteverfahren

  1. Nach 12 Wochen postoperativ injizieren Sie Xylazin (2 mg / kg) und Ketamin (10 mg / kg) in den lateralen Halsmuskelbereich, hinter dem Ohr, für die Prämedikation.
  2. Nach der Sedierung 15 mg / kg KCl direkt in die Ohrvene gebenKatheter für Euthanasie.
  3. Machen Sie eine Längsschnittlinie Einschnitt bei der vorherigen Chirurgie Narbe Läsion. Das Weichgewebe und die Paraspinalmuskulatur zerlegen.
  4. Explosion des Dornfortsatzes der Lendenwirbelsäulen, Laminas, Stäbchen, Nüsse und Querfortsätze von L3 bis L5.
  5. Entfernen Sie die Muttern mit einem Drehmomentschlüssel und Stäben. Schneiden Sie den L2-3-Plattenplatz und den L5-S1-Plattenplatz mit einer oszillierenden Säge.
  6. Dissect beide Seiten des mittleren und vorderen Teils der L3-5 Wirbelsäule mit einem Cobb Aufzug und Turmzange. Nach der Ernte, wenn die Wirbelsäule nicht sofort getestet werden kann, wickeln Sie sie in mit Kochsalzlösung getränkte Gaze ein und lagern bei -20 ° C.

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Representative Results

Ein detailliertes Protokoll für Anästhesie, Chirurgie und Ernte für die Auswertung von transpedikulären Schrauben mit einem in vivo Schwein Lendenwirbelsäule Modell wird hier beschrieben. Dieses Protokoll eignet sich für eine Reihe von Downstream-Analysen, einschließlich der mechanischen Prüfung (Abbildung 1 ), der quantitativen Mikro-CT-Bewertung (Abbildung 2 ) und der Histologie (Abbildung 3 ). Die repräsentative mechanische Prüfung (Abbildung 1 ) zeigt das mittlere Extraktions-Torsions-Drehmoment. Sie stellt die Haftfestigkeit zwischen der Pedikelschraube und dem Knochen mit einer mechanischen Prüflehre dar. Es wurden drei Arten von Pedikelschrauben ausgewertet: unbeschichtetes Hydroxyapatit (HA) -beschichtet und titanbeschichtet. Die Daten wurden von 14 Pedikelschrauben aus jeder der drei Gruppen gesammelt. Das mittlere Extraktions-Torsions-Spitzenmoment war in der titanbeschichteten Pedikelschraubengruppe größer.

2A ) zeigen, dass der interessierende Bereich (der innere Raum der vollen Länge der Schraube) durch ein Mikro-CT-Programm zur Analyse des Knochens ausgewertet werden kann ( 2B1 ), die Knochenoberflächendichte ( 2B2 ) und die spezifische Knochenoberfläche ( 2B3 ). Die Daten wurden von 4 Pedikelschrauben aus jeder der drei Gruppen gesammelt.

Ein repräsentatives Histologiebild (Abbildung 3 ) wurde mit Goldner Trichrom gefärbt. Die Schnittstelle zwischen Pedikelschraube und Knochen war zu beobachten. Die rote Farbe zeigt fibröses Gewebe an, während die blaue Farbe den Knochen anzeigt. Bei unbeschichteten Pedikelschrauben wurde an der Grenzfläche zwischen Pedikelschraube und Knochen faseriges Gewebe beobachtet. Eine neue Knochenbildung wurde an der Grenzfläche zwischen den Fäden der beiden HA- und Titan-beschichteten Pedikelschrauben und dem Knochen gefunden. In der tItaniumbeschichtete Pedikelschraubengruppe, der Raum zwischen den Fäden der Schraube und dem Knochen wurden mit dem Knochen verdichtet (Abbildung 3 ).

Abbildung 1
Abbildung 1: Mechanische Analysen von Pedikelschrauben in der Schweine-Lendenwirbelsäule. Das mittlere Extraktions-Torsions-Spitzenmoment für die Bindungsstärke zwischen der Pedikelschraube und dem Knochen wurde mit einem mechanischen Prüfstand gemessen. Geändert aus Referenz 6 . Die Werte werden als Mittelwert ± SEM ( n = 14) dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2. Histomorphologische Analysen von Pedikelschrauben im POrcine Lendenwirbelsäule. ( A ) Manuelle Regionen von Interesse (ROI) wurden mit dem Innenraum der gesamten Länge der Schraube eingestellt. ( B ) Die Knochenvolumenfraktion, die Knochenoberflächendichte und die spezifische Knochenoberfläche wurden mit Mikro-CT gemessen. Geändert aus Referenz 6 . Die Werte werden als Mittelwert ± SEM ( n = 4) dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3
Abbildung 3: Histologische Analysen von Pedikelschrauben in der Schweine-Lendenwirbelsäule. Es wurde eine Goldner-Trichrom-Färbung (x1, x20 und x40) durchgeführt, um die Grenzfläche zwischen der Pedikelschraubenoberfläche und dem Knochen zu beobachten. Geändert aus Referenz 6 . Maßstab (schwarz) = 1 mm. Skala bar (whiTe) = 500 μm Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Discussion

Die Auswertung von transpedikulären Schrauben in der Schweinerücken erfordert viel Zeit und Mühe. Zuerst ist das Miniaturschwein ein großes Tier. Für Tierpflege und Anästhesie benötigt der Forscher ein spezialisiertes Protokoll. Zweitens sollte die Operation eine Umgebung ähnlich der menschlichen Chirurgie beibehalten. Der Zweck der Auswertung von Pedikelschrauben in der Schweinerücken besteht darin, eine effiziente Schraube zu entwickeln, die auf den Menschen angewendet werden kann. Drittens erfordert die Auswertung der Langzeitstabilität von transpedikulären Schrauben etwa drei Monate nach der Wirbelsäulenchirurgie. Dementsprechend müssen Forscher auf dem Gebiet der Pedikelschraubenfixierung das Protokoll standardisieren, indem sie eine genaue Planung durchführen. Obwohl viele Untersuchungen zu Pedikelschrauben in Wirbelsäulenmodellen durchgeführt wurden 9 , 10 , 11 , hat keine Studie ein detailliertes Protokoll für die Bewertung von transpedikulären Schrauben unter Verwendung einer in vivo Schwein lumbale s gegebenKiefernmodell

Obwohl ein ideales Modell für die menschliche Wirbelsäule nicht existiert, ist das Schweinedrehmodell aufgrund der Natur dieses Experiments und der anatomischen Größe und der mechanischen Eigenschaften der Wirbelsäule eine Alternative. Darüber hinaus ist es relativ preiswert. McLain et al. 12 verglichen die Morphometrie des vierten Lendenwirbels von Menschen-, Schwein-, Schaf-, Schaf- und Hundeproben und kam zu dem Schluss, dass Schweineproben mehrere Vorteile gegenüber anderen Tiermodellen als Alternative zur menschlichen Wirbelsäule zeigen. Weiterhin ist die viereckige Wirbelsäule des Schweinemodells im wesentlichen in der gleichen Weise wie die der menschlichen Wirbelsäule 8 beladen. Daher wird die Schweinerücken als alternatives Modell für die menschliche Wirbelsäule für Experimente mit Wirbelsäulenfixierung und Instrumentierungstechniken verwendet.

In dieser Studie haben wir die detaillierte Methode der Anästhesie, Chirurgie und Ernte in derSchwein L3-L5 Lendenwirbelsäule zur Auswertung der Pedikelschraubenfixierung. Viele Studien haben Pedikelschrauben nach mehrstufigen Wirbelsäulenchirurgie 7 , 13 , 14 ausgewertet. In vielen Fällen der menschlichen degenerativen Erkrankung werden Wirbelsäulenoperationen durch ein oder zwei Wirbelsäulenfusionen durchgeführt. Dies bedeutet, dass zwei oder drei Wirbelsäulen von Pedikelschrauben zur Fixierung verwendet werden 15 . Micro-CT für die Auswertung der Knochenbildung um die Pedikelschrauben hat einen begrenzten Messbereich. In diesem Fall haben wir zwei Steuerschrauben für L3-Pedikel, zwei HA-beschichtete Schrauben für L4-Stiele und zwei titanbeschichtete Schrauben für L5-Stiele verwendet. Da die anatomischen Abmessungen der L3-L5-Lendenwirbelsäulen nahezu gleich 16 sind , ist ein Vergleich zwischen L3-L5-Schrauben zuverlässiger als ein Vergleich zwischen mehrstufigen Schrauben. Als Ergebnis wurde eine zweidimensionale oder dreistufige Fixierung von Pedikelschrauben in den LumpenDie Wirbelsäule ist im Vergleich zu mehrstufigen Fixierungen besser geeignet.

Um die transpedikulären Schrauben präzise zu bewerten und zu vergleichen, sollte ein kritischer Punkt beachtet werden: Jede Schraube sollte sich an einer ähnlichen Stelle am Wirbelkörper befinden. Die Mehrzahl der Protokolle zum Implantieren von transpedikulären Schrauben in Tiermodellen verlangt jedoch, dass die Stacheln der Wirbelsäule vor dem Einsetzen der Pedikelschrauben 5 , 13 , 14 freigelegt und vorbohren. Auf der anderen Seite haben Upasani et al . Vorgeschlagen, ein chirurgisches Protokoll, das die Bestimmung der Position und Größe der Pedikel Schrauben vor der Operation durch die Verwendung von Computertomographie Bilder der Wirbelsäule 2 umfasst . Dieses Protokoll schlägt vor, dass ein Führungsstift am Eintrittspunkt der Pedikelschraube in der Lendenwirbelsäule eingesetzt wird. Die Festlegung der Position der Pedikelschraube mit C-Arm oder tragbaren Röntgenstrahlen wird ebenfalls vorgeschlagenDieses Protokoll. Weiterhin kann durch die Verwendung einer Pedikelklangvorrichtung die komplette intraossäre Trajektorie bestätigt werden. Dieses Protokoll kann verwendet werden, um die korrekte Positionierung der Pedikelschrauben zu bestimmen, so dass die Verlagerung des Pedikels verhindert werden kann. Dieses Protokoll basiert auf der menschlichen Wirbelsäulenchirurgie Technik in unserem Krankenhaus verwendet.

Diese Methode hat einige Einschränkungen. Zuerst wurde die Operation mit einem gesunden Schweinemodell durchgeführt. Weil der Zweck der Auswertung von Pedikelschrauben ist, um Komplikationen bei Patienten mit Osteoporose zu reduzieren, sollte dieses Protokoll auf osteoporotische Schweinedreher-Modelle angewendet werden, um die Wirksamkeit der Pedikelschrauben zu demonstrieren. Zweitens erfordert das Schweine-Wirbelsäulenmodell den Kauf und das Wohnen sowie die chirurgische Ausrüstung für Schweine. Dies kann die Kosten erhöhen und damit die Anzahl der Tiere einschränken, die in jeder Studiengruppe verwendet werden können. Drittens enthielt diese Studie nur 12 Monate alte Miniaturschweine, weil sie e warenAsy zu erwerben und zu behandeln. Darüber hinaus, obwohl es mehrere Arten von Geräten für die Wirbelsäule Fixierung, nur ein Protokoll mit einem starren Fixierung System wurde hier verwendet, weil es die am häufigsten in der Wirbelsäulenchirurgie verwendet wird.

Abschließend stellt ein Schweinemodell der Pedikelschraubenfixierung eine wichtige klinische Plattform dar, um effiziente Fixationstechniken zu untersuchen, die bei Patienten mit Osteoporose weniger Komplikationen verursachen. Dieses Protokoll liefert technische Details für Anästhesie, Chirurgie und Ernte in einem Schwein Lendenwirbelsäule Modell. Dies erleichtert die Auswertung der transpedikulären Schraubenfixierung mit diesem Modell.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts mit diesem Papier zu veröffentlichen.

Acknowledgments

Diese Studie wurde durch einen Zuschuss (CNUH-BRI-2012-02-005) finanziert durch die Biomedical Research Institute der Chonbuk National University Hospital (CNUH-BRI), Republik Korea unterstützt.

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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