Une méthode d'anesthésie, de chirurgie et de récolte pour l'évaluation des vis transpediculaires en utilisant 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

Ici, nous introduisons une méthode pour évaluer les vis transpediculaires en utilisant un modèle de colonne lombaire porcine 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 fixation par vis pédiculaire est l'étalon-or pour le traitement des maladies de la colonne vertébrale. Cependant, de nombreuses études ont rapporté la question du desserrage des vis pédiculaires après une chirurgie de la colonne vertébrale, ce qui est une préoccupation sérieuse. Pour résoudre ce problème, divers types de vis pédiculaires ont été examinés pour identifier ceux qui ont une bonne résistance à la fixation et une ostéointégration dans l'os de la colonne vertébrale. La colonne vertébrale porcine est une bonne alternative pour la colonne vertébrale humaine dans l'évaluation des vis pédiculaires en raison de la taille anatomique, des caractéristiques mécaniques et des coûts. Bien que plusieurs études aient indiqué que les vis pédiculaires sont efficaces dans le modèle porc, aucune étude n'a décrit les protocoles détaillés pour l'évaluation d'une vis pédiculaire à l'aide du modèle porcin. Ici, nous décrivons une méthode détaillée pour évaluer les vis transpediculaires en utilisant un modèle de colonne lombaire porcine in vivo . Les détails techniques pour l'anesthésie, la chirurgie de la colonne vertébrale et les récoltes fournies ici faciliteront l'évaluation de la tModèle de fixation à vis ranspedic.

Protocol

Le comité institutionnel pour les soins et l'utilisation des animaux de l'Université nationale de Chonbuk a approuvé cette étude. Le traitement, l'utilisation et la manipulation des animaux ont suivi toutes les directives et les politiques. Maintenir la salle d'opération à 24 ° C.

1. Anesthésie

  1. Acclimater les porcs miniatures, âgés de 12 mois, dans l'unité expérimentale pendant au moins une semaine. Effectuer un examen clinique mesurant la fréquence respiratoire, le cœur et la température corporelle. Ne pas nourrir chaque porc miniature pendant 12 h avant la procédure d'anesthésie.
  2. Injecter de l'atropine (0,05 mg / kg) et de la ktatamin (20 mg / kg) / xylaxine (2 mg / kg) dans la région du muscle cervical latéral, derrière l'oreille, pour la prémédication.
  3. Après la sédation, appliquez fermement une bande de caoutchouc autour de la base de l'oreille et nettoyez l'oreille avec de l'alcool topique.
  4. Placez un cathéter en plastique à l'aiguille dans la veine de l'oreille et retirez la bande élastique. Confirmez que le cathéter est correctement placé. GrippeJetez le cathéter avec une solution salée héparinée et corrigez-les avec du ruban adhésif.
  5. Pour l'intubation endotrachéale, positionnez le porc miniature dans le recule sternal. Avec l'aide d'un assistant, tenez la mâchoire du cochon avec une élingue appropriée et ouvrez sa bouche.
    1. Passez la pointe du laryngoscope dans la cavité du pharynge pour déplacer l'épiglotte du palais mou. Utilisez la pointe de la lame du laryngoscope pour rendre les cordes vocales visibles et faire avancer le tube endotrachéal dans la trachée pendant l'expiration.
    2. Sentez-vous un passage libre de l'air pour une intubation appropriée et vérifiez l'auscultation de la poitrine pour les sons de respiration dans les deux côtés gauche et droit du porc miniature.
  6. Remplir le brassard avec un volume d'air approprié du tube endotrachéal avec de l'air à l'aide d'une seringue de 10 ml et fixer le tube au museau à l'aide d'un ruban adhésif.
  7. Fournir une concentration de 2,0% d'isoflurane, un anesthésique par inhalation pour une anesthésie prolongée, par l'endotrTube d'intubation transversale. Testez les réflexes cornéens et palpébrales pour confirmer l'anesthésie et utilisez une onguent sur les yeux pour éviter la sécheresse.
  8. Surveiller le système cardiovasculaire, le système respiratoire et la température corporelle pendant l'anesthésie au moins toutes les 5 minutes jusqu'à ce que le cochon miniature se rétablisse.
  9. 30 min avant la chirurgie de la colonne vertébrale, appliquer 30 mg / kg de cefazoline IV lentement, la 1ère génération d'antibiotiques de céphalosporine.
  10. Administrer 5 à 10 ml / kg / h de solution saline chaude (37 ° C) en utilisant une ligne IV pour maintenir l'homéostasie et fournir 50 μg / kg / min de fentanyl pour contrôler la douleur.
  11. Après la chirurgie de la colonne vertébrale, effectuer une extubation lorsqu'un réflexe de déglutition élevé apparaît.
  12. Prenez le cochon miniature dans une pièce et surveillez jusqu'à ce qu'il récupère de l'anesthésie. Fournir de la nourriture et de l'eau lorsque le porc miniature est totalement conscient.
  13. Appliquer 3 mg / kg d'antibiotique d'enrofloxacine avec 4,4 mg / kg de carprofène par jour pour le contrôle de la douleur pendant les 3 premiers jours.
  14. MoniPour le cochon quotidiennement jusqu'à l'enlèvement des sutures.

2. Chirurgie de la colonne vertébrale

  1. Enclenchez automatiquement les vis transpediculaires et les systèmes fixateurs postérieurs pour la stérilisation, conformément aux directives du fabricant.
  2. Raser le dos du porc miniature, à environ 10 cm du centre vers la gauche ou vers la droite, en utilisant un rasoir pendant que le porc est en position couchée. Nettoyez la peau avec une solution de povidone-iode et 70% d'alcool.
  3. Faire une incision longitudinale longitudinale du deuxième processus épineux de la colonne lombaire jusqu'à la première crête sacrale médiane à l'aide d'un scalpel. Dissection à travers le tissu sous-cutané et le fascia jusqu'à la pointe des processus épineux.
  4. Augmenter les muscles paraspales sous les stades sous-périmétiques à partir des lames sous-jacentes à l'aide d'un ascenseur Cobb. Dissectez le long du processus épineux et des lames limitées aux articulations facettes.
  5. Ouvrir le cortex superficiel du point d'entrée (qui est juste inférieur au processus mammifère de L3À L5 des deux côtés) avec une bavure ou un rongeur.
  6. Insérez la goupille de guidage sur un site ouvert, parallèlement à la plaque d'extrémité supérieure et à un angle de 20 ° par rapport au processus épineux. Définissez le point de départ idéal en utilisant des rayons X postéro-antérieurs / latéraux portables en C-bras ou portables.
  7. Insérez une sonde pédiculaire jusqu'à 25 mm selon la radiographie. Confirmer la trajectoire intra-osseuse complète par palpation du pédicule et du corps à l'aide d'un dispositif de sonde pédiculaire.
  8. Insérez six vis pédiculaires dans le pédicule préparé de L3 à L5 jusqu'à ce que la tête de vis soit bien assise. Pointez l'ouverture latérale de la tête d'implant dans la direction désirée et alignez la position horizontale avec la trajectoire de la tige.
  9. Insérez deux tiges dans les deux côtés de la tête de vis pédiculaire, respectivement. Mettez le manchon et l'écrou à la tête de la tête du pédicule à l'aide d'une poignée universelle.
  10. Serrez légèrement l'écrou à l'aide d'une clé à douille droite et serrez fermement l'écrou à l'aide d'une clé dynamométrique compacte.
  11. Confirmer les positions oF les vis pédiculaires utilisant des rayons X postero-antérieurs / latéraux portables.
    REMARQUE: Attendez que le cochon miniature se réveille et vérifie les patrons de marche et la fonction motrice du membre postérieur pour déterminer si une vis a été mal implantée.
  12. Irriger le site de chirurgie avec 3 L de solution saline normale à l'aide d'une seringue d'irrigation à bulbe avec aspiration.
  13. Placez un drain de silicone dans le site de la chirurgie et retirez la pointe de silicone. Fermer les muscles paraspinal et sous-cutané en utilisant des sutures absorbables métriques. Fermez la peau avec des sutures de nylon métriques non absorbables 2,0.
  14. Désinfectez le site de suture avec de la povidone-iode et appliquez un pansement à l'aide de gaze stérilisée et d'un ruban adhésif.

3. Procédure de récolte

  1. À 12 semaines postopératoires, injectez de la xylazine (2 mg / kg) et de la kétamine (10 mg / kg) dans la région du muscle cervical latéral, derrière l'oreille, pour la prémédication.
  2. Après la sédation, administrer 15 mg / kg de KCl directement dans la veine de l'oreilleCathéter pour l'euthanasie.
  3. Effectuer une incision longitudinale longitudinale lors de la lésion de la cicatrice chirurgicale précédente. Dissectez les tissus mous et les muscles paraspales.
  4. Exposer le processus épineux des épines lombaires, des lamelles, des tiges, des noix et des processus transversaux de L3 à L5.
  5. Retirez les écrous à l'aide d'une clé dynamométrique et des tiges. Couper l'espace disque L2-3 et l'espace disque L5-S1 à l'aide d'une scie oscillante.
  6. Dissectionnez les deux côtés de la colonne médiane et antérieure de la colonne vertébrale L3-5 avec un crochet Cobb et une pince à tourillon. Après la récolte, si la colonne vertébrale ne peut pas être testée immédiatement, enveloppez-la dans une gaze imprégnée de solution saline et conservez à -20 ° C.

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Representative Results

Un protocole détaillé pour l'anesthésie, la chirurgie et la récolte pour l'évaluation des vis transpediculaires utilisant un modèle de colonne lombaire porcine in vivo est décrit ici. Ce protocole est adapté à un certain nombre d'analyses en aval, y compris les essais mécaniques ( Figure 1 ), l'évaluation quantitative par micro-CT ( Figure 2 ) et l'histologie ( Figure 3 ). Les essais mécaniques représentatifs ( figure 1 ) montrent le couple maximal de torsion d'extraction. Il représente la force de liaison entre la vis du pédicule et l'os en utilisant une jauge d'essai mécanique. Trois types de vis pédiculaires ont été évalués: non revêtus, revêtus d'hydroxyapatite (HA) et revêtus de titane. Les données ont été recueillies à partir de 14 vis pédiculaires de chacun des trois groupes. Le couple maximal de torsion d'extraction a été plus grand dans le groupe de vis de pédicule revêtu de titane.

Figure 2A ) démontrent que la région d'intérêt (l'espace intérieur de la longueur totale de la vis) peut être évaluée par un programme de micro-CT pour l'analyse de l'os Fraction de volume ( Figure 2B1 ), densité de surface osseuse ( Figure 2B2 ) et surface osseuse spécifique ( Figure 2B3 ). Les données ont été recueillies à partir de 4 vis pédiculaires de chacun des trois groupes.

Une image histologique représentative ( figure 3 ) a été colorée avec du trichrome Goldner. L'interface entre la vis pédiculaire et l'os a été observée. La couleur rouge indique le tissu fibreux, tandis que la couleur bleue indique l'os. Dans les vis pédiculaires non revêtues, des tissus fibreux ont été observés à l'interface entre la vis pédiculaire et l'os. Une nouvelle formation osseuse a été trouvée à l'interface entre les fils des vis et des os de pédicule revêtues de HA et de titane. Dans le tLe groupe de vis de pédicule recouvert d'uranium, l'espace entre les filets de la vis et l'os a été compacté avec de l'os ( Figure 3 ).

Figure 1
Figure 1: Analyse mécanique des vis pédiculaires dans la colonne vertébrale lombaire porcine. Le couple maximal de torsion d'extraction pour la résistance de liaison entre la vis du pédicule et l'os a été mesuré avec une jauge d'essai mécanique. Modifié à partir de la référence 6 . Les valeurs sont présentées comme moyenne ± SEM ( n = 14). Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2
Figure 2. Analyses histomorphologiques des vis pédiculaires dans le POrcine Lumbar Spine. ( A ) Les régions d'intérêt manuelles (ROI) ont été définies avec l'espace intérieur de la longueur totale de la vis. ( B ) La fraction de volume osseuse, la densité de surface osseuse et la surface spécifique de la surface osseuse ont été mesurées avec un micro-CT. Modifié à partir de la référence 6 . Les valeurs sont présentées comme moyenne ± SEM ( n = 4). Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

figure 3
Figure 3: Analyses histologiques des vis pédiculaires dans la colonne vertébrale lombaire porcine. La coloration au trichrome de Goldner (x1, x20 et x40) a été effectuée pour observer l'interface entre la surface de la vis du pédicule et l'os. Modifié à partir de la référence 6 . Barre d'échelle (noir) = 1 mm. Barre à l'échelle (whiTe) = 500 μm. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

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Discussion

L'évaluation des vis transpediculaires dans la colonne vertébrale nécessite beaucoup de temps et d'effort. Tout d'abord, le cochon miniature est un gros animal. Pour les soins aux animaux et l'anesthésie, le chercheur a besoin d'un protocole spécialisé. Deuxièmement, la chirurgie devrait maintenir un environnement similaire à celui de la chirurgie humaine. Le but de l'évaluation des vis du pédicule dans la colonne vertébrale du porc est de développer une vis efficace qui peut être appliquée aux humains. Troisièmement, l'évaluation de la stabilité à long terme des vis transpediculaires nécessite environ trois mois après la chirurgie de la colonne vertébrale. En conséquence, les chercheurs dans le domaine de la fixation de la vis du pédicule doivent normaliser le protocole en effectuant une planification précise. Bien que de nombreuses études sur les vis pédiculaires dans les modèles de la colonne vertébrale aient été effectuées 9 , 10 , 11 , aucune étude n'a fourni un protocole détaillé pour l'évaluation des vis transpediculaires à l'aide d'un lombaire porcine in vivoModèle de pin.

Bien qu'un modèle idéal pour la colonne vertébrale humaine n'existe pas, le modèle de la colonne vertébrale porcine est une alternative en raison de la nature de cette expérience et de la taille anatomique et des caractéristiques mécaniques de la colonne vertébrale. En outre, il est relativement peu coûteux. McLain et al. 12 ont comparé la morphométrie de la quatrième vertèbre lombaire des spécimens humains, porcins, ovins, moutons et chiens et ont conclu que les spécimens de porc présentent plusieurs avantages par rapport à d'autres modèles animaux en alternance avec la colonne vertébrale humaine. En outre, la colonne vertébrale quadrupède du modèle porc est essentiellement chargée de la même manière que celle de la colonne vertébrale humaine 8 . Par conséquent, la colonne vertébrale de porc est utilisée comme modèle alternatif pour la colonne vertébrale humaine pour des expériences impliquant des techniques de fixation et d'instrumentation de la colonne vertébrale.

Dans cette étude, nous avons décrit la méthode détaillée d'anesthésie, de chirurgie et de récolteLigne lombaire L3-L5 porcine pour l'évaluation de la fixation par vis pédiculaire. Beaucoup d'études ont évalué les vis pédiculaires après plusieurs chirurgies de la colonne vertébrale 7 , 13 , 14 . Dans de nombreux cas de maladie dégénérative humaine, les chirurgies de la colonne vertébrale sont effectuées par une ou deux fusions de la colonne vertébrale. Cela signifie que deux ou trois niveaux de la colonne vertébrale des vis pédiculaires sont utilisés pour la fixation 15 . Micro-CT pour l'évaluation de la formation d'os autour des vis pédiculaires a une portée de mesure limitée. Dans ce cas, nous avons utilisé deux vis de contrôle pour les pédicules L3, deux vis revêtues de HA pour les pédicules L4 et deux vis en titane pour les pédicules L5. Étant donné que les dimensions anatomiques des épines lombaires L3-L5 sont presque les mêmes 16 , une comparaison entre les vis L3-L5 est plus fiable qu'une comparaison entre les vis à plusieurs niveaux. En conséquence, une fixation à deux ou trois niveaux de vis pédiculaires à la lompeLa colonne vertébrale est plus appropriée par rapport aux fixations à plusieurs niveaux.

Pour évaluer et comparer précisément les vis transpediculaires, il faut tenir compte d'un point critique: chaque vis doit être placé à une position similaire sur le corps vertébral. Cependant, la majorité des protocoles pour l'implantation de vis transpediculaires dans des modèles animaux exigent l'exposition et le pré-perçage des pédicules de la colonne vertébrale avant d'insérer les vis pédiculaires 5 , 13 , 14 . D'autre part, Upasani et al . A proposé un protocole chirurgical qui inclut la détermination de la position et de la taille des vis pédiculaires avant la chirurgie en utilisant des images de tomodensitométrie de la colonne vertébrale 2 . Ce protocole suggère l'insertion d'une broche de guidage au point d'entrée de la vis pédiculaire dans la colonne lombaire. La définition de la position de la vis pédiculaire à l'aide de rayons C ou de rayons X portables est également suggérée dansCe protocole. En outre, en utilisant un dispositif de sonde de pédicule, la trajectoire intra-osseuse complète peut être confirmée. Ce protocole peut être utilisé pour déterminer le positionnement correct des vis du pédicule de sorte que le déplacement du pédicule peut être évité. Ce protocole est basé sur la technique de chirurgie de la colonne vertébrale humaine utilisée dans notre hôpital.

Cette méthode présente certaines limites. Tout d'abord, la chirurgie a été réalisée avec un modèle porcin sain. Étant donné que le but de l'évaluation des vis pédiculaires est de réduire les complications chez les patients atteints d'ostéoporose, ce protocole devrait être appliqué aux modèles de la colonne vertébrale ostéoporotique afin de démontrer l'efficacité des vis pédiculaires. Deuxièmement, le modèle de la colonne vertébrale porcine nécessite l'achat et le logement de, ainsi que l'équipement chirurgical pour les porcs. Cela peut augmenter le coût, limitant ainsi le nombre d'animaux pouvant être utilisés dans chaque groupe d'étude. Troisièmement, cette étude ne comprenait que des porcs miniatures de 12 mois parce qu'ils étaient eAsy pour acquérir et gérer. En outre, bien qu'il existe plusieurs types de dispositifs pour la fixation de la colonne vertébrale, seul un protocole utilisant un système de fixation rigide a été utilisé ici parce qu'il est le plus couramment utilisé dans la chirurgie de la colonne vertébrale.

En conclusion, un modèle porcine de fixation par vis pédiculaire fournit une plate-forme clinique clé pour étudier des techniques de fixation efficaces qui causent moins de complications chez les patients atteints d'ostéoporose. Ce protocole fournit des détails techniques pour l'anesthésie, la chirurgie et la récolte dans un modèle de la colonne lombaire porcine. Cela facilitera l'évaluation de la fixation de la vis transpediculaire à l'aide de ce modèle.

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Disclosures

Les auteurs n'ont rien à voir avec ce document à divulguer.

Acknowledgments

Cette étude a été soutenue par une subvention (CNUH-BRI-2012-02-005) financée par l'Institut de recherche biomédicale de l'hôpital universitaire national de Chonbuk (CNUH-BRI), République de Corée.

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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