Método de anestesia, cirurgia e colheita para avaliação de parafusos transpediculares usando um
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

Aqui, apresentamos um método para avaliar os parafusos transpediculares utilizando um modelo de coluna lombar 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

A fixação do parafuso pedículo é o padrão-ouro para o tratamento de doenças da coluna vertebral. No entanto, muitos estudos relataram a questão do afrouxamento dos parafusos pedicais após a cirurgia da coluna vertebral, o que é uma preocupação séria. Para resolver este problema, diversos tipos de parafusos pedicais foram examinados para identificar aqueles com boa força de fixação e osseointegração no osso da coluna vertebral. A espinha porcina é uma boa alternativa para a coluna vertebral humana na avaliação de parafusos pediculares devido ao tamanho anatômico, características mecânicas e custo. Embora vários estudos tenham relatado que os parafusos pediculares são eficientes no modelo porcino, nenhum estudo descreveu protocolos detalhados para a avaliação de um parafuso de pedículo usando o modelo porcino. Aqui, descrevemos um método detalhado para avaliar os parafusos transpediculares usando um modelo de coluna espinhal porcino in vivo . Os detalhes técnicos para anestesia, cirurgia de coluna e colheita fornecidos aqui facilitarão com a avaliação do tModelo de fixação de parafuso ranspedicular.

Protocol

O Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade Nacional de Chonbuk aprovou este estudo. O tratamento, uso e manipulação de animais seguiram todas as diretrizes e políticas. Manter a sala de operação a 24 ° C.

1. Anestesia

  1. Aclimatar porcos em miniatura, com idade de 12 meses, na unidade experimental por pelo menos uma semana. Realize um exame clínico que mede a freqüência respiratória, o coração e a temperatura corporal. Não alimente cada porco em miniatura por 12 h antes do procedimento de anestesia.
  2. Injecte atropina (0,05 mg / kg) e ketamin (20 mg / kg) / xilaxina (2 mg / kg) na região lateral do músculo cervical, atrás da orelha, para a pré-medicação.
  3. Após a sedação, aplique uma fita adesiva ao redor da base da orelha e limpe a orelha com álcool tópico.
  4. Coloque um cateter plástico em cima da agulha na veia da orelha e remova a borracha. Confirme se o cateter está corretamente colocado. GripePegue o cateter com solução salina heparinizada e conserte com fita adesiva.
  5. Para a intubação endotraqueal, posicione o porco em miniatura na decúbito esternal. Com a ajuda de um assistente, segure o maxilar do porco com uma funda adequada e abra a boca.
    1. Passe a ponta do laringoscópio na cavidade faríngea para deslocar a epiglota do paladar macio. Use a ponta da lâmina do laringoscópio para tornar visíveis os cordões vocais e avance o tubo endotraqueal para a traquéia durante a expiração.
    2. Sinta-se para uma passagem livre de ar para a intubação adequada e verifique a ausculta do tórax para sons de respiração nos lados esquerdo e direito do porco em miniatura.
  6. Encha o manguito com o volume apropriado de ar do tubo endotraqueal com ar usando uma seringa de 10 mL e conserte o tubo no focinho usando fita adesiva.
  7. Fornecer uma concentração de 2,0% de isoflurano, um anestésico por inalação para anestesia prolongada, através do endotrTubo de intubação transversal. Teste os reflexos corneano e palpebral para confirmar a anestesia e usar pomada nos olhos para evitar a secura.
  8. Monitorize o sistema cardiovascular, o sistema respiratório e a temperatura corporal durante a anestesia pelo menos a cada 5 min até o porco em miniatura se recuperar.
  9. 30 minutos antes da cirurgia da coluna vertebral, aplique 30 mg / kg de cefazolina IV lentamente, a 1ª geração de antibióticos de cefalosporina.
  10. Administrar 5 a 10 mL / kg / h de solução salina quente (37 ° C) usando uma linha IV para manter a homeostase e fornecer 50 μg / kg / min de fentanil para controlar a dor.
  11. Após a cirurgia da coluna vertebral, realizar extubação quando um forte reflexo de deglutição é aparente.
  12. Pegue o porco em miniatura em uma sala e monitore até que ele se recupere da anestesia. Fornecer comida e água quando o porco em miniatura estiver totalmente consciente.
  13. Aplique 3 mg / kg de antibiótico de enrofloxacina com 4,4 mg / kg de carprofeno diariamente para controle da dor durante os primeiros 3 dias.
  14. MoniDiariamente ao porco até a remoção das suturas.

2. Cirurgia da coluna vertebral

  1. Autoclave os parafusos transpediculares e os sistemas fixadores posteriores para esterilização, seguindo as diretrizes do fabricante.
  2. Raspe a parte de trás do porco em miniatura, a aproximadamente 10 cm do centro para a esquerda ou para a direita, usando um raspador enquanto o porco está em posição supina. Limpe a pele com solução de povidona-iodo e 70% de álcool.
  3. Faça uma incisão longitudinal longitudinal a partir do segundo processo espinhoso da coluna lombar até a primeira crista sacral mediana usando um bisturi. Dissecar através do tecido subcutâneo e fáscia até a ponta dos processos espinhosos.
  4. Elevar os músculos paraspinal subperiosteamente das lâminas subjacentes usando um elevador Cobb. Dissecte ao longo do processo espinhoso e a lâmina limitada às articulações facetadas.
  5. Abra o córtex superficial do ponto de entrada (que é apenas inferior ao processo mamilítico de L3Para L5 em ambos os lados) com uma rebarba ou uma rongeur.
  6. Insira o pino de guia em um local aberto, paralelo à placa de extremidade superior e a um ângulo de 20 ° para o processo espinhoso. Defina o ponto de partida ideal usando o braço em C ou radiografias postero-anterior / laterais portáteis.
  7. Insira uma sonda de pedículo até 25 mm de acordo com a radiografia. Confirme a trajetória intra-ósea completa por palpação do pedículo e do corpo usando um dispositivo de sondagem do pedículo.
  8. Insira seis parafusos pediculares no pedículo preparado de L3 a L5 até que a cabeça do parafuso esteja bem encaixada. Aponte a abertura lateral da cabeça do implante na direção desejada e alinhe a posição horizontal com a trajetória da haste.
  9. Insira duas hastes em ambos os lados das cabeças dos parafusos do pedículo, respectivamente. Coloque a manga e a porca na cabeça do parafuso do pedículo usando uma alça universal.
  10. Aperte suavemente a porca com uma chave de soquete reta e aperte firmemente a porca com uma chave de torque contadora.
  11. Confirme as posições oF os parafusos pediculares usando raios X postero-anterior / laterais portáteis.
    NOTA: Aguarde até que o porco em miniatura acorde e verifique os padrões de marcha e a função do motor do membro traseiro para determinar se um parafuso foi mal implantado.
  12. Irrigar o local da cirurgia com 3 L de solução salina normal usando uma seringa de irrigação com bulbo com sucção.
  13. Coloque um dreno de silicone no local da cirurgia e tire a ponta de silicone. Feche os músculos paraspinal e subcutâneo usando suturas absorvíveis métricas. Feche a pele com suturas de nylon métricas não absorvíveis de 2.0.
  14. Desinfecte o sítio da sutura com povidona-iodo e aplique um curativo usando gaze esterilizada e fita adesiva.

3. Procedimento de colheita

  1. Às 12 semanas pós-operatório, injete xilazina (2 mg / kg) e cetamina (10 mg / kg) na região lateral do músculo cervical, atrás da orelha, para a pré-medicação.
  2. Após a sedação, administre 15 mg / kg de KCl diretamente na veia da orelhaCateter para a eutanásia.
  3. Faça uma incisão longitudinal da linha média na lesão anterior da cicatriz cirúrgica. Dissecar os tecidos moles e os músculos paraspinal.
  4. Exponha o processo espinhoso das espinhas lombares, laminas, hastes, nozes e processos transversais de L3 a L5.
  5. Remova as porcas usando uma chave de torque com contador e hastes. Corte o espaço do disco L2-3 e o espaço do disco L5-S1 usando uma serra oscilante.
  6. Dissecte ambos os lados da parte anterior e média da coluna L3-5 com um elevador Cobb e fórceps de torre. Após a colheita, se a coluna vertebral não pode ser testada imediatamente, envolva-a em uma gaze embebida com solução salina e guarde-a a -20 ° C.

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Representative Results

Um protocolo detalhado para anestesia, cirurgia e colheita para avaliação de parafusos transpediculares usando um modelo de coluna espinhal porcino in vivo é descrito aqui. Este protocolo é adequado para uma série de análises a jusante, incluindo testes mecânicos ( Figura 1 ), avaliação quantitativa de micro-CT ( Figura 2 ) e histologia ( Figura 3 ). Testes mecânicos representativos ( Figura 1 ) mostram o torque médio de torque de extração. Representa a força de ligação entre o parafuso do pedículo eo osso utilizando um medidor de teste mecânico. Foram avaliados três tipos de parafusos de pedículo: revestidos não revestidos, revestidos com hidroxiapatita (HA) e revestidos com titânio. Os dados foram coletados de 14 parafusos pediculares de cada um dos três grupos. O torque máximo de torção de extração foi maior no grupo de parafusos de pedículo revestido com titânio.

Figura 2A ) demonstram que a região de interesse (o espaço interno do comprimento total do parafuso) pode ser avaliada por um programa de micro-CT para a análise do osso Fração de volume ( Figura 2B1 ), densidade da superfície óssea ( Figura 2B2 ) e superfície óssea específica ( Figura 2B3 ). Os dados foram coletados de 4 parafusos pediculares de cada um dos três grupos.

Uma imagem histológica representativa ( Figura 3 ) foi corada com tricrômio Goldner. A interface entre o parafuso do pedículo eo osso foi observável. A cor vermelha indica tecido fibroso, enquanto a cor azul indica osso. Nos parafusos de pedículo não revestidos, observou-se tecido fibroso na interface entre o parafuso e o osso do pedículo. A nova formação óssea foi encontrada na interface entre os fios de ambos os parafusos e ossos do pedículo revestidos com titânio e HA. No tGrupo de parafusos de pedículo com revestimento de itanium, o espaço entre as roscas do parafuso e o osso foi compactado com osso ( Figura 3 ).

figura 1
Figura 1: Análises Mecânicas de Parafusos Pediculares na Coluna Lombar Porcina. O torque médio de torção de extração para a força de ligação entre o parafuso de pedículo eo osso foi medido com um medidor de teste mecânico. Modificado a partir da referência 6 . Os valores são apresentados como média ± SEM ( n = 14). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2. Análises Histomorfológicas de Parafusos Pediculares no POrina lombar espinha. ( A ) As regiões de interesse manual (ROI) foram definidas com o espaço interno do comprimento total do parafuso. ( B ) A fração do volume ósseo, a densidade da superfície óssea e a área específica da superfície óssea foram medidas com micro-CT. Modificado a partir da referência 6 . Os valores são apresentados como a média ± SEM ( n = 4). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3: Análises histológicas de parafusos pedicais na coluna vertebral lombar porcina. A coloração do tricromo de Goldner (x1, x20 e x40) foi realizada para observar a interface entre a superfície do parafuso do pedículo eo osso. Modificado a partir da referência 6 . Barra de escala (preto) = 1 mm. Barra de escala (whiTe) = 500 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

A avaliação dos parafusos transpediculares na espinha porcina requer muito tempo e esforço. Primeiro, o porco em miniatura é um animal grande. Para cuidados com animais e anestesia, o pesquisador precisa de um protocolo especializado. Em segundo lugar, a cirurgia deve manter um ambiente semelhante ao da cirurgia humana. O objetivo da avaliação dos parafusos pedicais na espinha porcina é desenvolver um parafuso eficiente que possa ser aplicado aos seres humanos. Em terceiro lugar, avaliar a estabilidade a longo prazo dos parafusos transpediculares requer cerca de três meses após a cirurgia da coluna vertebral. Consequentemente, os pesquisadores no campo da fixação do parafuso do pedículo precisam padronizar o protocolo realizando um planejamento preciso. Embora muitos estudos sobre parafusos de pedículo em modelos de coluna tenham sido realizados 9 , 10 , 11 , nenhum estudo forneceu um protocolo detalhado para a avaliação de parafusos transpediculares usando uma lombar porcina in vivoModelo de pinho.

Embora não exista um modelo ideal para a coluna vertebral humana, o modelo da coluna vertebral é uma alternativa devido à natureza desse experimento e ao tamanho anatômico e às características mecânicas da coluna vertebral. Além disso, é relativamente barato. McLain et al. 12 compararam a morfometria da quarta vértebra lombar de espécimes humanos, porcinos, ovinos, ovinos e de cães e concluíram que os espécimes porcinos demonstram várias vantagens em relação a outros modelos animais como alternativa à coluna vertebral humana. Além disso, a coluna quadrúpede do modelo porcino é essencialmente carregada do mesmo modo que a da coluna vertebral humana 8 . Portanto, a espinha porcina é usada como modelo alternativo para a coluna vertebral humana para experiências envolvendo técnicas de fixação e instrumentação da coluna vertebral.

Neste estudo, descrevemos o método detalhado de anestesia, cirurgia e colheita noLinha lombar L3-L5 porcina para avaliação da fixação do parafuso pedículo. Muitos estudos avaliaram os parafusos pedicais após cirurgias de coluna múltipla de 7 , 13 , 14 . Em muitos casos de doença degenerativa humana, as cirurgias da coluna vertebral são realizadas através de uma ou duas fusões da coluna vertebral. Isso significa que dois ou três níveis de coluna de parafusos de pedículo são usados ​​para fixação 15 . Micro-CT para a avaliação da formação óssea em torno de parafusos pediculares tem uma faixa de medição limitada. Neste caso, utilizamos dois parafusos de controle para pedículos L3, dois parafusos revestidos de HA para pedículos L4 e dois parafusos revestidos com titânio para pedículos L5. Como as dimensões anatômicas das espinhas lombares L3-L5 são quase iguais 16 , uma comparação entre os parafusos L3-L5 é mais confiável do que uma comparação entre os parafusos de vários níveis. Como resultado, uma fixação de dois ou três níveis de parafusos de pedículo na lombadaA coluna vertebral é mais apropriada em comparação com fixações de múltiplos níveis.

Para avaliar com precisão e comparar os parafusos transpediculares, deve-se ter em mente um ponto crítico: cada parafuso deve estar localizado em uma posição similar no corpo vertebral. No entanto, a maioria dos protocolos para implantação de parafusos transpediculares em modelos animais exigem a exposição e pré-perfuração dos pedículos da coluna vertebral antes de inserir os parafusos pedicais 5 , 13 , 14 . Por outro lado, Upasani et al . Propôs um protocolo cirúrgico que inclui determinar a posição eo tamanho dos parafusos do pedículo antes da cirurgia usando imagens de tomografia computadorizada da coluna vertebral 2 . Este protocolo sugere a inserção de um pino guia no ponto de entrada do parafuso pedículo na coluna lombar. Definir a posição do parafuso de pedículo usando o braço em C ou raios-X portáteis também é sugerido emEste protocolo. Além disso, usando um dispositivo de sondagem pedículo, a trajetória intra-ósea completa pode ser confirmada. Este protocolo pode ser usado para determinar o posicionamento correto dos parafusos do pedículo, de modo que o deslocamento do pedículo possa ser evitado. Este protocolo baseia-se na técnica de cirurgia da coluna vertebral humana utilizada em nosso hospital.

Este método possui algumas limitações. Primeiro, a cirurgia foi realizada com um modelo saudável porcino. Como o objetivo da avaliação dos parafusos pediculares é reduzir complicações em pacientes com osteoporose, este protocolo deve ser aplicado aos modelos de coluna vertebral osteoporótica para demonstrar a eficácia dos parafusos pediculares. Em segundo lugar, o modelo de espinha porcina exige a compra e a habitação, bem como o equipamento cirúrgico para porcos. Isso pode aumentar o custo, restringindo assim o número de animais que podem ser usados ​​em cada grupo de estudo. Em terceiro lugar, este estudo incluiu apenas porcos em miniatura de 12 meses porque eram eTambém para adquirir e lidar. Além disso, embora existam vários tipos de dispositivos para a fixação da coluna vertebral, apenas um protocolo usando um sistema rígido de fixação foi usado aqui porque é o mais comumente usado na cirurgia da coluna vertebral.

Em conclusão, um modelo porcino de fixação de parafusos pediculares fornece uma plataforma clínica chave para investigar técnicas de fixação eficientes que causam menos complicações em pacientes com osteoporose. Este protocolo fornece detalhes técnicos para anestesia, cirurgia e colheita em um modelo de coluna lombar porcina. Isso facilitará a avaliação da fixação do parafuso transpedicular usando este modelo.

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Disclosures

Os autores não têm nada relacionado a este artigo para divulgar.

Acknowledgments

Este estudo foi apoiado por uma bolsa (CNUH-BRI-2012-02-005) financiada pelo Instituto de Pesquisa Biomédica do Hospital Nacional de Chonbuk (CNUH-BRI), República da Coréia.

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

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