نموذج فأر للمفاغرة المباشرة عبر الطريق قبل الشوكي لعبور جراحة نقل العصب

Zhengrun Gao; Gaowei Lei; Zhen Pang; Yiming Chen; Shuai Zhu; Kun Huang; Weishan Lin; Yundong Shen; Wendong Xu

doi:10.3791/63051

Summary

قمنا بمحاكاة الجراحة السريرية لإنشاء بروتوكول للمفاغرة المباشرة لأعصاب الضفيرة العضدية الثنائية عبر الطريق قبل الشوكي في الفئران ، مما ساهم في دراسة الآليات العصبية الكامنة وراء إعادة التأهيل عند عبور نقل الأعصاب بعد إصابات الجهاز العصبي المركزي والمحيطي.

Abstract

كانت جراحة نقل العصب المعبر نهجا قويا لإصلاح الأطراف العلوية المصابة في المرضى الذين يعانون من إصابات قلع الضفيرة العضدية. في الآونة الأخيرة ، تم تطبيق هذه الجراحة بشكل خلاق في العلاج السريري لإصابات الدماغ وحققت إعادة تأهيل كبيرة للذراع المشلولة. يشير هذا الانتعاش الوظيفي بعد الجراحة إلى أن التدخل الحسي الحركي المحيطي يحفز المرونة العصبية العميقة للتعويض عن فقدان الوظيفة بعد تلف الدماغ. ومع ذلك ، فإن الآلية العصبية الأساسية غير مفهومة بشكل جيد. لذلك ، مطلوب نموذج حيواني سريري ناشئ. هنا ، قمنا بمحاكاة الجراحة السريرية لإنشاء بروتوكول مفاغرة مباشرة لأعصاب الضفيرة العضدية الثنائية عبر الطريق قبل الشوكي في الفئران. ساعدت التجارب التشريحية العصبية والفيزيولوجية الكهربية والسلوكية في تحديد أن الأعصاب المنقولة لهذه الفئران نجحت في إعادة تعصيب الطرف الأمامي الضعيف وساهمت في تسريع التعافي الحركي بعد إصابة الدماغ. لذلك ، كشف نموذج الفأر عن الآليات العصبية الكامنة وراء إعادة التأهيل عند عبور نقل الأعصاب بعد إصابات الجهاز العصبي المركزي والمحيطي.

Introduction

تتكون الضفيرة العضدية (BP) من خمسة أعصاب ذات أجزاء مختلفة من العمود الفقري (C5-T1) مسؤولة عن الإحساس والحركة في الذراع واليد والأصابع. بعد خروج هذه الأعصاب الخمسة BP من الحبل الشوكي ، فإنها تندمج لتشكيل ثلاثة جذوع عصبية: العلوي (يتكون من دمج C5 و C6) ، الإنسي (من C7) ، والسفلي (فروع C8 و T1). غالبا ما تؤدي الإصابات الشديدة ، خاصة بسبب حوادث المرور ، إلى قلع جذور الأعصاب BP ، وهذا الخلل الوظيفي له تأثير مدمر على المرضى¹. كنهج سريري قوي ، تم إجراء جراحة نقل العصب المتقاطع لإصلاح إصابات قلع ضغط الدم عن طريق إعادة توصيل نهايات العصب المصاب بالجانب الصحي من BP ^2,3. تؤدي هذه الجراحة إلى تحسينات وظيفية للأيدي المصابة وإعادة التنظيم المباشر للقشرة الحسية الحركية في نصفي الكرة الأرضية لدى المرضى⁴. كشفت الدراسات التي أجريت على أن إعادة التنظيم الجذري في الدوائر القشرية قد حدثت بعد عبور نقل العصب⁵. نظرا لأن التعديل الحسي الحركي المحيطي يمكن أن يعيد تنشيط اللدونة الخاملة للدماغ الناضج ، فإن جراحة نقل الأعصاب المتقاطعة تظهر أيضا إمكانات كبيرة في إصلاح إصابات الدماغ⁶.

في الآونة الأخيرة ، أكدنا إمكانية الاستخدام الإبداعي لنقل العصب المتقاطع كاستراتيجية جديدة لتغيير الأعصاب الطرفية لمشاكل الجهاز العصبي المركزي. تم تطبيق نوع من جراحة نقل العصب المتقاطع ، نقل العصب السابع العنقي المقابل (CC7) ، لتحقيق انتعاش وظيفي كبير للذراع المشلولة عن طريق نقل العصب C7 من الجانب غير المشلول إلى الجانب المشلول في المريض بعد إصابة الدماغ⁷. الميزة الفريدة لهذه العملية الجراحية هي أن الإشارات الحسية والحركية للطرف العلوي المشلول تنتقل إلى نصف الكرة المخية من خلال العصب النازح "التقاطع الأيسر الأيمن". والجدير بالذكر أن التعافي الوظيفي الناجم عن جراحة CC7 لا يقتصر على الوظيفة المعصبة بواسطة العصب C7 نفسه⁸. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام جراحة CC7 ليس فقط لعلاج الأطفال المصابين بالشلل الدماغي ولكن أيضا لتحقيق إعادة التأهيل في مرضى السكتة الدماغية في منتصف العمر وكبار السن. لذلك ، هناك أسباب كافية للاعتقاد بأن عبور نقل الأعصاب يمكن أن يحفز المرونة العصبية لتسريع التعافي الحركي من تلف الدماغ عن طريق تعديل الجهاز الحسي المحيطي.

على الرغم من أن جراحة نقل العصب المتقاطع قد حققت إعادة تأهيل كبيرة في العلاج السريري لكل من إصابات الضفيرة العضدية (BPI) وإصابات الدماغ ، إلا أن الآليات العصبية الكامنة وراء هذه الجراحة لا تزال غير مفهومة بشكل جيد. أدى عدم وجود نموذج حيواني مناسب يتميز بسمات سريرية إلى تقييد دراسة الآليات الداخلية. تقليديا ، في العيادة ، يتم نقل جذر العصب C7 المقابل للآفة إلى الجانب المصاب من خلال طعم عصبي (على سبيل المثال ، العصب الزندي أو العصب الجداري أو العصب الصافن) ومتصل بالضفيرة العضدية المصابة (على سبيل المثال ، العصب المتوسط ، جذر C7 ، أو الجذع السفلي) ²^،³^،⁹. يتضمن التعديل الجديد نسبيا لهذه الجراحة نقل جذر C7 غير المتأثر مباشرة إلى العصب C7 المصاب عبر الطريق قبل الشوكي دون أي فجوة ، مما يشير إلى الحل الأمثل⁷. حاليا ، تظهر الفئران ميزة في خصوصية نوع الخلية وتنوع السلالة الوراثية وهي أكثر ملاءمة لدراسة الآليات الفسيولوجية العصبية. ومن ثم ، تم محاكاة الجراحة السريرية لإنشاء بروتوكول للمفاغرة المباشرة لجذور الأعصاب C7 الثنائية عبر الطريق قبل الشوكي في الفئران والمساهمة في دراسة الآليات العصبية الكامنة وراء إعادة التأهيل عند عبور نقل الأعصاب.

Protocol

تمت الموافقة على جميع التجارب على من قبل لجنة الرعاية المؤسسية لحيوانات التجارب بجامعة فودان والأكاديمية الصينية للعلوم وفقا لإرشادات المعهد الوطني للصحة. تم استخدام ذكور الفئران البالغة من العمر ثمانية أسابيع C57BL / 6N.

1. الإعداد قبل الجراحة

تأكد من وجود مخزون مناسب من الأدوات الجراحية المعقمة المعقمة والمعدات والأدوية المسكنة وأدوية التخدير.
ضمان مساحة عمل كافية على طاولة العمليات.
قم بإعداد طاولة العمليات باستخدام لوح رغوة جراحي مخصص مغطى بالحفاضات كسرير للماوس. ثبت وسادة الاحترار على لوح الرغوة بشريط طبي مغطى بشاش معقم.
قم بإنشاء مبعدات عن طريق ثني إبرة الوخز بالإبر باستخدام ملقط الأوعية الدموية ، وطيها إلى نصفين ، ثم ثني طرف إبرة الوخز بالإبر المطوية في خطاف. ثبت شريطا مطاطيا في نهاية إبرة الوخز بالإبر ، واستخدم دبوس الإبهام لتثبيت نهاية الشريط المطاطي على لوح الرغوة.
معايرة المجهر المجسم. اختيار مجهر مجسم مع مسافة تركيز كافية. قم بتغطية أزرار التكبير / التركيز بورق الألمنيوم المعقم للسماح للجراح بتعديلها أثناء العملية. تم وضع رقائق الألومنيوم المعقمة على أزرار التكبير / التركيز مما يسمح للجراح باستخدامها مع قفازات معقمة.

2. تخدير الفأر وإعداده

وزن الماوس وتخدير المقابلة لوزن الجسم (isoflurane 3 ٪). تأكد من أن الماوس لا يستجيب عندما يتم ضغط المساحات بين الأصابع في مخلبه لتأكيد عمق التخدير. يجب الحفاظ على عمق كاف للتخدير طوال العملية (1٪ إيزوفلوران).
ضع مرهم العيون بشكل ثنائي على العينين لمنع تهيج أو جفاف القرنية أثناء الجراحة.
تحضير موقع الجراحة عن طريق حلق الفراء على الرقبة والصدر مع المقص التلقائي. إزالة وتنظيف الشعر المتساقط.
ضع الماوس في وضع ضعيف على وسادة الاحتراء المغطاة بشاش معقم. الحفاظ على درجة حرارة الماوس عند 37 درجة مئوية خلال العملية بأكملها. ثبت الماوس بشريط طبي ليتسبب في اختطاف الأطراف الأمامية أفقيا ومنع الأطراف الخلفية والذيل من الحركة. تم وضع ستارة جراحية معقمة يمكن التخلص منها مع فتحة مناسبة على الفئران.

3. الإجراء الجراحي

حقن الترامادول كمسكن وقائي (20 ملغ/كغ، أي ب.). ضع علامة على الشق المستعرض على الحافة العلوية للترقوة. استخدم ثلاث دورات من الدعك المتناوبة لمحلول تطهير اليودوفور والإيثانول لتطهير موقع الجراحة. تأكد من عمق التخدير بقرصة إصبع القدم قبل الجراحة.
العمل تحت المجهر ، قم بعمل شق عرضي 4 مم على طول العلامة باستخدام مشرط معقم. قم بتكبير الشق أثناء الإجراء حسب الضرورة.
تشريح بصراحة من خلال اللفافة تحت الجلد وتحديد الحدود السفلية للغدة تحت الفك السفلي. اسحب الغدة تحت الفك السفلي لأعلى لكشف الحفرة فوق الترقوة والقص.
ملاحظة: قد تكون هناك أوعية دموية صغيرة العيار في هذه المنطقة. يمكن استخدام الكي الكهربائي لوقف النزيف.
قم بعمل شق جزئي متوسط بضع القص (~ 4 مم) عن طريق شق القص من الرأس إلى الذيل على طول الخط الأوسط. حماية غشاء الجنب والقلب والأوعية الدموية أثناء بضع القص.
التعرف على العضلة القصية اللاإمية. اسحب القص برفق باستخدام مبعدين صغيرين مخصصين مصنوعين من إبر الوخز بالإبر وحدد العضلة القصية اللامية فوق القصبة الهوائية والمريء. اسحب هذه العضلة لكشف الشريان السباتي والوريد الوداجي الداخلي والعصب الحجابي والعصب المبهم والقصبة الهوائية والمريء.
ملاحظة: اسحب القص برفق لتجنب استرواح الصدر المفتوح. على عكس البشر ، فإن مريء الفأر ليس خلف القصبة الهوائية ولكنه مجاور للقصبة الهوائية على الجانب الأيسر.
تحديد الضفيرة العضدية اليسرى. عند الحافة الجانبية للوريد الوداجي الداخلي الأيسر ، اسحب اللفافة والأنسجة الدهنية للخارج لكشف الضفيرة العضدية. ابحث عن الجذع العلوي ، المكون من الأعصاب C5 و C6 ، والذي له ثلاثة فروع. حدد الجذع الأوسط المكون من العصب C7 والجذع السفلي المكون من الأعصاب C8 و T1 ، على طول الجذع العلوي حتى ذيل الفأر.
ملاحظة: توجد أوعية دموية طولية على سطح الضفيرة العضدية. استخدم الكي الكهربائي لمنع النزيف. عند فصل الضفيرة العضدية اليسرى ، قم بحماية القناة الكيلوس لتجنب الناسور الكيلوسي.
حصاد العصب C7 الأيسر. تشريح القسم الأمامي والقسم الخلفي للجذع الأوسط (العصب C7) بعيدا إلى مستوى الانقسام إلى الحبل تحت الترقوة وسد العصب C7 مع 0.1 مل من 2 ٪ يدوكائين عن طريق التسريب المحلي في جذع العصب. استئصال العصب C7 بواسطة مقص زنبركي فانا عند نقاط اندماجه مع الحبل الجانبي والحبل الخلفي. تقليم العصب C7 بحيث يكون طول كل قسم متشابها.
ملاحظة: تعمل الانقسامات الأمامية والخلفية للعصب C7 والانقسامات الأمامية والخلفية للجذوع العلوية والسفلية لمسافة طويلة قبل الالتقاء ، لذلك يجب تحرير العصب C7 بشكل كاف قبل الاستئصال. في الواقع ، لا ينقسم العصب C7 دائما إلى قسمين. في بعض الأحيان ، يتم تقسيمها إلى ثلاثة أقسام أو حتى إلى أربعة في حالات نادرة.
إزالة اليسار C6 الصفيحة البطنية. حماية العصب الحجابي بعناية وشدة العضلة القشرية الأمامية على مستوى الجزء C6 لفضح جذر العصب C7. قطع فروع صغيرة من العصب C7 تعصب العضلات شبه الشوكية مع microforceps. اسحب العصب C7 برفق واستأصل الصفيحة البطنية C6 بعناية.
ملاحظة: هناك بروز عظمي بين الجانب الإنسي للشريان السباتي الأيسر والجانب الجانبي للمريء. هذا البروز العظمي هو الصفيحة البطنية للفقرات العنقية 6. العضلة الطولية للحافة الجانبية للصفيحة البطنية C6 هي عضلة السكالين الأمامية ، ويمتد العصب الحجابي على سطح العضلة القشرية الأمامية.
حصاد العصب C7 الصحيح. شديدة العضلة المتقشرة الأمامية على الجانب الأيمن ، على غرار الجانب الأيسر ، وعبور جذر العصب الأيمن C7 بالقرب من الثقبة الفقرية. تشريح العصب C7 الأيمن من مستوى الانقسام.
ملاحظة: قطع بعناية العصب C7 الأيمن لمنع تلف الأوعية الدموية تحت العصب.
نقل العصب C7 الأيسر.
1. قم بإزالة القولونية الطويلة العضلية بجانب الأجسام الفقرية جزئيا على كلا الجانبين. فصل بصراحة وتوسيع المسافة بين القصبة الهوائية والمريء والجسم الفقري.
2. أرسل نصف أضعاف 5-0 خيوط نايلون من الجانب الأيمن من الجسم الفقري إلى الجانب الأيسر عبر طريق ما قبل العمود الفقري.
3. ربط العصب C7 الأيسر مع أنبوب التسريب وتوجيه العصب إلى الجانب الأيمن عبر الطريق قبل الشوكي.
4. اسحب القصبة الهوائية والمريء برفق وقم بربط الانقسامات الأمامية والخلفية للعصب الأيسر C7 بجذر العصب C7 الأيمن دون توتر باستخدام خيوط نايلون 12-0. خياطة epineurium حول الأعصاب مع 4-5 غرز لcoaptize الأعصاب بقوة.
  ملاحظة: من الضروري اختيار أنبوب ضخ بلاستيكي بسماكة مناسبة. يمكن أن يؤدي النحافة الشديدة للأنبوب إلى تلف العصب، ويمكن أن يؤدي السمك جدا للأنبوب إلى تلف القصبة الهوائية والمريء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المسافة بين القصبة الهوائية والمريء والجسم الفقري هي مساحة على شكل حرف "V" ، ويمكن أن يؤدي قطع جزء من القولونية الطويلة العضلية إلى تقصير مسار النقل.

4. إغلاق الجرح

ري الجرح بمحلول ملحي طبيعي معقم وجففه بشاش معقم.
خياطة القص وإغلاق الجلد باستخدام 5-0 خيوط حيدة.

5. رعاية ما بعد الجراحة

انتظر حتى يستيقظ الماوس من التخدير. نقل الماوس إلى قفص نظيف دون مواد الفراش ولكن تحسنت مع بطانية التدفئة. راقب الماوس حتى يصبح متنقلا. استخدم الترامادول (20 مجم / كجم ، أي p.) كتسكين ما بعد الجراحة.
ضع الفئران في قفص التعافي وراقبها حتى الشفاء. استعادة الماء والنظام الغذائي للفئران بعد العملية. راقب الفئران بعد الجراحة بحثا عن علامات الضعف أو العدوى كل يوم ، بما في ذلك سوء التغذية والموقف المنحني والفراء المكشكش. في أسبوعين بعد الجراحة ، يجب أن تحدث إزالة خياطة.
ملاحظة: ضع مرهم الاريثروميسين على سطح الجرح كل يوم لمدة ثلاثة أيام متتالية.
إذا لوحظت أي مضاعفات ، مثل وذمة الجرح ، فيجب حلها على الفور.

6. التحليل السلوكي

ملاحظة: تم إجراء جميع الاختبارات والتحليلات السلوكية من قبل مراقب أعمى عن المجموعات التجريبية.

اختبار الاسطوانة
ملاحظة: يقيم اختبار الأسطوانة استخدام الأطراف الأمامية أثناء الاستكشاف الرأسي التلقائي داخل الأسطوانة في 4 و 8 أسابيع بعد الجراحة²¹.
1. ضع الفئران في أسطوانة شفافة (قطرها 9 سم ، ارتفاع 15 سم) على إطار مرتفع.
2. لتسهيل المراقبة والتسجيل ، ثبت مرآة بزاوية 45 درجة أسفل الأسطوانة.
3. سجل تربية عفوية لكل فأر لوحظ بمساعدة المرآة لمدة 10 دقائق.
  1. حدد يدويا طول الفترة الزمنية التي اتصل فيها (i) المخلب الأيمن أو (ii) المخلب الأيسر أو (iii) كلا الكفوف بالجدران الزجاجية. عد ما مجموعه 20 حركة خلال كل جلسة. استبعاد الفئران التي لا تنشط أثناء الاختبار من التحليل.
4. سجل أداء الاختبار على النحو التالي:
اختبار المشي الشبكي
ملاحظة: يقيم اختبار المشي الشبكي الموضع الدقيق للأقدام الأمامية على درجات الشبكة أثناء الاستكشاف التلقائي في 4 و 8 أسابيع بعد الجراحة. ²².
1. ضع الفئران على شبكة سلكية (20 سم × 24 سم) مع ثقوب مربعة 25 مم واسمح لها بالاستكشاف بحرية لمدة 10 دقائق أثناء تسجيل أدائها بكاميرا فيديو.
2. سجل زلة القدم في حالة أي مما يلي:
  1. ابحث عن الحالات التي يفتقد فيها المخلب درجة تماما (في هذه الحالة يقع الطرف بين الدرجات ويفقد التوازن).
  2. ابحث عن الحالات التي يتم فيها وضع المخلب بشكل صحيح على درجة ولكنه ينزلق أثناء تحمل وزن الجسم.
3. عبر عن نتيجة الاختبار على أنها انزلاق القدم للطرف الأمامي الأيمن / انزلاق القدم الكلي. على الرغم من أن اختبار الأسطوانة واختبار المشي الشبكي لا يتطلب تدريبا ، احصل على درجات أساسية عن طريق اختبار كل مرة واحدة قبل الجراحة.

النتائج

غالبا ما تسبب إصابة الدماغ من جانب واحد خللا دائما في الطرف المقابل بسبب قيود اللدونة العصبية التعويضية لدى البالغين^10,11. في السابق ، أبلغنا أنه يمكن استخدام جراحة CC7 لعلاج الأطراف العلوية المشلولة في المرضى البالغين بعد إصابة الدماغ⁷. لتقييم فعالية بروتوكول مفاغرة الأعصاب الثنائية C7 المباشرة عبر الطريق قبل الشوكي ، أجرينا جراحة نقل العصب المعبر في الفئران بعد إصابة الدماغ الرضحية من جانب واحد (TBI). يصف الشكل 1 إجراءات إصابات الدماغ الرضية ويتحقق من نطاق الضرر وتأثيره. أولا ، تم استخدام تأثير كدمة قشرية كهربائية (eCCI) لإتلاف القشرة الدماغية لنصف الكرة الأيسر (الأمامي الخلفي = +1.0 مم إلى -2.0 مم ، متوسط الجانب = 0.5 مم إلى 3.5 مم) في الفئران البالغة ليؤدي إلى إصابة الدماغ من جانب واحد. بعد 2 أسابيع ، أكدت الهياكل التشريحية أن بروتوكول TBI هذا دمر تقريبا القشرة الحسية الحركية ، وهو موقع مهم لبدء الحركات. أظهرت هذه الفئران المصابة بإصابات الدماغ الرضية من جانب واحد عيوبا حركية كبيرة في الطرف الأمامي الأيمن.

يصف الشكل 2 إجراءات CC7. كشف مخطط المسار لجراحة CC7 أن المسار A ، الذي يمثل الطريق قبل الشوكي ، كان أقصر نهج مقارنة بالآخرين. طول المسار A أقل من طول العصب C7 المحصود على الجانب الأيسر (الجانب غير المشلول). قدمت هذه النتيجة الأساس التشريحي لاختيار الطريق قبل الشوكي لإكمال جراحة نقل الأعصاب. تم إجراء جراحة CC7 في مفاغرة مباشرة عبر طريق ما قبل العمود الفقري في أسبوعين بعد إصابات الدماغ الرضية. تم نقل العصب العنقي 7 (C7) على الجانب غير المشلول مباشرة إلى الجانب المشلول بدلا من إجراء اتصالات الدماغ الأصلية. يوضح الشكل 3 نتائج الفحص المجهري الإلكتروني الذي كشف أن العصب C7 المنقول قد تجدد بنجاح. زاد سمك غمد المايلين للعصب C7 المنقول تدريجيا ، بدءا من 4 أسابيع بعد جراحة CC7 ، وكان مشابها تقريبا لتلك الموجودة في المجموعة الضابطة في 8 أسابيع بعد جراحة CC7. يحدد الشكل 4 إعادة تعصيب عضلات العصب C7 المنقول باستخدام تسجيلات تخطيط كهربية العضل. يؤدي التحفيز الكهربائي للنهاية القريبة من مفاغرة العصب C7 إلى تحفيز جهود الفعل بثبات في عضلات متعددة من الطرف الأمامي المصاب بعد 4 أسابيع من الجراحة ، بالاتفاق مع نتائج المجهر الإلكتروني. يوضح الشكل 5 أن العصب C7 المنقول يحتوي على ألياف حركية من القرن البطني وألياف حسية من العقد الجذرية الظهرية لجزء الحبل الشوكي C7 على الجانب السليم من خلال وسم الوحدة الفرعية B (CTB) لسموم الكوليرا.

يوضح الشكل 6 أن نموذج الفأر أظهر أيضا انتعاشا حركيا كبيرا بعد إصابات الدماغ الرضية من جانب واحد ، بما يتفق مع نتائج الدراسات السريرية. للتحقق من تأثير جراحة CC7 على استعادة الوظيفة الحركية المصابة بعد إصابات الدماغ الرضية ، تم إنشاء مجموعة TBI + Sham ومجموعة Control + Sham. تلقت الفئران في مجموعة TBI + Sham ومجموعة TBI + CC7 نفس الإجراءات لإصابة TBI في وقت واحد ، بينما تلقت الفئران في مجموعة Control + Sham جراحة صورية فقط. بينما خضعت الفئران في مجموعة TBI + CC7 لجراحة نقل الأعصاب ، خضعت الفئران في مجموعة TBI + sham ومجموعة Control + Sham لاستئصال العصب العنقي الثنائي 7 (C7). في اختبارات الأسطوانة ، أظهرت مجموعة TBI + CC7 معدل استخدام أعلى بكثير للطرف الأمامي الضعيف من مجموعة TBI في كل من 4 و 8 أسابيع بعد جراحة CC7 (p < 0.01). في اختبارات المشي الشبكي ، أظهرت مجموعة TBI + CC7 معدل خطأ أقل من مجموعة TBI في 4 أسابيع بعد جراحة CC7. علاوة على ذلك ، كان معدل الخطأ في مجموعة TBI + CC7 أقل بكثير من ذلك في مجموعة TBI في 8 أسابيع بعد جراحة CC7 (p < 0.05). أظهرت هذه النتائج السلوكية أن جراحة CC7 يمكن أن تحسن الوظيفة الحركية للطرف المصاب في الفئران المصابة بإصابات الدماغ الرضية. تشير هذه النتائج معا إلى أن العصب C7 المنقول الذي أعيد بناؤه بواسطة جراحة CC7 عبر الطريق قبل الشوكي قد تم تجديده بنجاح وإعادة تعصيب الطرف الأمامي الضعيف ، مما ساهم في استعادة المحرك في الفئران البالغة المصابة بإصابات الدماغ الرضية من جانب واحد.

figure-results-3915
الشكل 1: توصيف إصابات الدماغ الرضحية أحادية الجانب. (أ) رسم تخطيطي يوضح موضع الماوس في eCCI. (ب) معلمات ونطاق الضرر الخاص ب eCCI. (C) قسم إكليلي تمثيلي يظهر القشرة المصابة (2 أسابيع بعد TBI ، شريط المقياس = 500 ميكرومتر). اختصار: eCCI = تأثير كدمة قشرية كهربائية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4571
الشكل 2: الرسم البياني الأولي الجراحي. (أ) رسم تخطيطي يوضح التصميم التجريبي لإجراء نقل العصب C7 المقابل في الفئران المصابة بإصابات الدماغ الرضية. تظهر الدائرة الحمراء موضع الصدمة. تظهر الشرطة المائلة المزدوجة الحمراء داخل المستطيل المتقطع العصب المخيط. (ب) يوضح مقطع عرضي ثلاثة مسارات بديلة لنقل العصب C7 المقابل في الفئران. المسار A ، يصور الخط الأزرق الطريق قبل الشوكي للعصب المنقول. المسار B ، الخط الأخضر ، يصور المسار قبل القصبة الهوائية للعصب المنقول. المسار C ، الخط الأحمر ، يصور النفق تحت الجلد للعصب المنقول. (ج) يوضح التمثيل البياني طول المسارات والعصب C7 المحصود في (ب). كان طول المسار A (3.3 ± 0.10 مم) أقل بكثير من طول العصب C7 المحصود (4.05 ± 0.11 مم ؛ * p < 0.05 ، أحادي الاتجاه ANOVA ، n = 20 في كل مجموعة). كان طول المسار C (14.15 ± 0.20 مم) أكبر بكثير من طول العصب C7 المحصود (*** p < 0.001 ، أحادي الاتجاه ANOVA ، n = 20 في كل مجموعة). كان طول المسار B 4.2 ± 0.08 مم (ن = 20). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5877
الشكل 3: التحليل المجهري الإلكتروني لمقطع عرضي للعصب. (أ، ب) صور العصب في الفئران الضابطة. شريط المقياس = 5 ميكرومتر (أ) و 1 ميكرومتر (ب). (ج، د) صور للعصب المتجدد بعد شهر واحد من الجراحة. شريط المقياس = 5 ميكرومتر (C) و 1 ميكرومتر (D). (ه، واو) صور للعصب المتجدد في نقطة واحدة بعد خمسة أشهر من الجراحة. شريط المقياس = 5 ميكرومتر (E) و 1 ميكرومتر (F). (ز ، ح) صورة العصب المتجدد بعد شهرين من الجراحة. شريط المقياس = 5 ميكرومتر (G) و 1 ميكرومتر (H). تكبير A و C و E و G ، 2000x ؛ تكبير B و D و F و H ، 15000x. (I) نسبة G (نسبة القطر الداخلي إلى الخارجي لغمد المايلين) أقل في عينات المجموعة الضابطة منها في عينات مدتها 4 أسابيع وتساوي العينات في 6-8 أسابيع بعد الجراحة (***: p < 0.001 ؛ مقارنة في محاور عصبية مختلفة مع اختبار t ؛ n = 3 فئران في كل مجموعة). الاختصارات: CC7 = نقل العصب السابع العنقي المقابل. CC7-XW = X أسابيع بعد الجراحة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-7319
الشكل 4: يشير تحليل تخطيط كهربية العضل بعد نقل العصب C7 المقابل إلى معدل تجدد العصب. (أ) رسم تخطيطي يوضح تحفيز النقل الإلكتروني وتسجيل تخطيط كهربية العضل في الجسم الحي . كانت شدة التحفيز هي نفسها طوال الاختبار (2 مللي أمبير). موقع التحفيز هو العصب C7 القريب من مفاغرة. (ب، ج) صور تظهر إمكانات الفعل المسجلة في الصدر الكبير في أسبوعين (B) وأربعة أسابيع (C) بعد الجراحة. (د، ه) تم تسجيل EMG في الباسطة الرقمية 4 أسابيع (D) و 8 أسابيع (E) بعد الجراحة. (و) في ثلاثة أسابيع ، ظهرت CMAPs في ثلاثية الرؤوس العضدية. (ز) في أربعة وثمانية أسابيع ، زادت CMAPs من ثلاثية الرؤوس العضدية. (ح) بلغ متوسط سعة الصدرية الكبرى ~ 0.25 مللي فولت ± 0.16 مللي فولت في 4 أسابيع مقابل 0.45 مللي فولت ± 0.03 مللي فولت في 8 أسابيع ، مما يدل على وجود فرق كبير بين النقطتين الزمنيتين (*** p < 0.001 ، اختبار t ، n = 6 في كل مجموعة). (I) بلغ متوسط سعة ثلاثية الرؤوس العضدية ~ 0.15 مللي فولت ± 0.01 مللي فولت في 4 أسابيع مقابل 0.46 مللي فولت ± 0.02 مللي فولت في 8 أسابيع ، مما يدل على اختلاف كبير بين النقطتين الزمنيتين (***: p < 0.001 ، t-test ، n = 6 في كل مجموعة). (ي) بلغ متوسط سعة الباسطة الرقمية ~ 0.11 مللي فولت ± 0.01 مللي فولت في 4 أسابيع مقابل 0.29 مللي فولت ± 0.02 مللي فولت في 8 أسابيع ، مما يدل على وجود فرق كبير بين النقطتين الزمنيتين (***: p < 0.001 ، t-test ، n = 6 في كل مجموعة). الاختصارات: EMG = تخطيط كهربية العضل. CMAP = جهد عمل العضلات المركبة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-9236
الشكل 5: وضع العلامات الارتجاعية على CTB للخلايا العصبية الحركية والحسية للعصب C7 المنقول. (A-C) تم حقن CTB في الطرف البعيد من مفاغرة العصب C7 في 4 أسابيع بعد جراحة CC7. (أ) تم تصنيف الخلايا العصبية الحسية ل DRG. (ب، ج) تم تمييز الخلايا العصبية الحركية للعصب C7 المنقول للقرن الأمامي الشوكي. التكبير ، 20x. شريط المقياس = 200 ميكرومتر (أ ، ب) ؛ 100 ميكرومتر (C). الاختصارات: CTB = الوحدة الفرعية باء لتوكسين الكوليرا؛ DRG = العقدة الجذرية الظهرية. DAPI = 4 ′ ، 6-دياميدينو -2-فينيليندول. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-10184
الشكل 6: التغيرات السلوكية بعد جراحة CC7. (أ) توضح الصور اختبار أسطوانة الفئران. (ب) رسم بياني موجز يوضح تأثير نقل CC7 بعد 4 أسابيع و 8 أسابيع من الجراحة على الفئران TBI (n = 6 فئران). ع = 0.001 ؛ اختبار T غير المقترن. كان متوسط استخدام الطرف الأمامي الضعيف 54.17٪ ± 3.01٪ في مجموعة التحكم + الشام مقابل 22.5٪ ± 2.14٪ في مجموعة TBI + Sham. 35.83٪ ± 2.39٪ في مجموعة TBI + CC7 في 4 أسابيع بعد جراحة CC7 ، مما يشير إلى اختلاف كبير (طريقة واحدة ANOVA ؛ p < 0.05 ، n = 6 في كل مجموعة). في 8 أسابيع بعد نقل CC7 ، كان الاستخدام 53.33٪ ± 3.80٪ ، 24.17٪ ± 3.01٪ ، و 40.00٪ ± 1.83٪ في مجموعة Control + Sham ، ومجموعة TBI + Sham ، ومجموعات TBI + CC7 ، على التوالي ، فرق كبير (* p < 0.05 ، اتجاه واحد ANOVA ، n = 6 في كل مجموعة). (ج) تعرض الصور اختبار السير الشبكي. (د) يوضح الرسم البياني أن متوسط معدلات الخطأ للطرف الأمامي الضعيف في مجموعة TBI + Sham كانت 85.41٪ ± 1.59٪ (ن = 6) أي ما يعادل مجموعة TBI + CC7 80.17٪ ± 2.19٪ (ن = 6) ، وكلاهما كان أكثر من مجموعة التحكم + الشام (50.99٪ ± 11.69٪). في 8 أسابيع بعد الجراحة ، كان معدل الخطأ في مجموعة TBI + CC7 76.87 ± 1.07٪ (ن = 6) ، وهو أقل بكثير من مجموعة TBI + Sham (83.06٪ ± 1.41٪ ؛ p < 0.05 ، أحادي الاتجاه ANOVA ، n = 6 في كل مجموعة). الاختصارات: CC7 = نقل العصب السابع العنقي المقابل. TBI = إصابات الدماغ الرضحية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

في العيادة ، تم استخدام جراحة نقل العصب المتقاطع لعلاج المرضى الذين يعانون من إصابة قلع الضفيرة العضدية وبعد تلف الدماغ ، مثل السكتة الدماغية وإصابات الدماغ الرضية⁷^،⁹^،¹². والجدير بالذكر أن تلف الدماغ هو حالة عصبية شديدة يمكن أن تؤدي إلى العديد من المضاعفات ، بما في ذلك الصرع والفتق الدماغي والعدوى¹³. ليس كل المرضى الذين يعانون من إصابات الدماغ من جانب واحد مناسبين لجراحة CC7. بشكل عام ، تم إجراء جراحة CC7 في المرضى الذين يعانون من شلل نصفي مركزي في المرحلة المزمنة (6 أشهر بعد الإصابة) لتجنب تأثير وذمة الدماغ قدر الإمكان. يتم استبعاد المرضى الذين يعانون من ضعف إدراكي وشلل رباعي بعد إصابات الدماغ من علاج جراحة CC7.

أفادت معظم الدراسات باستخدام نهج تحت الجلد ومفاغرة الكسب غير المشروع العصبي الجداري أو الزندي لنقل جذر العصب C7 المقابل^14,15. ومع ذلك ، فإن تجديد الأعصاب بهذه الطرق يتطلب ستة أشهر ، مما قد يعيق عملية التعافي الحركي وربما يؤثر على مرونة الدماغ¹⁴. في الدراسات السابقة ، تم إجراء نقل C7 المقابل في الفئران ، وتم استخدام العصب C7 الثنائي عبر 4 خيوط من العصب الجداري المطعمة ذاتيا بين الموضعيات. ومع ذلك ، لم تكن هناك تقارير عن نقل العصب C7 عبر الطريق قبل الشوكي في الفئران. أجرينا جراحة CC7 للطريق قبل الشوكي المعدل في الفئران وتحققنا من سرعة التعافي الوظيفي بعد نقل العصب C7. في هذه الدراسة ، أدى نقل العصب C7 المقابل عبر الطريق قبل الشوكي إلى تحسين وظيفة الأطراف المشلولة بعد شهر واحد من الجراحة ، مما يعكس وقتا أقصر للتعافي من النموذج الحيواني المطعمة بالعصب. لذلك ، يمكن لهذا النموذج محاكاة الحالات السريرية بدقة ووضع الأساس لمزيد من التجارب.

كيفية تشريح جذر العصب وتقليل المخاطر هي قضايا أساسية لنقل C7. على عكس البشر ، تقع الضفيرة العضدية للفأر في الصدر أسفل الترقوة ^5,16. لذلك ، كان لا بد من تغيير استراتيجية الوصول للسماح بمراقبة جذر العصب C7 والعمود الفقري¹⁷. بضع القص هو نهج جراحي آمن وفعال ويتم تطبيقه بشكل شائع في تجارب الفئران في جراحة القلب^{والصدر 18,19}. الصفيحة البطنية C6 هي أيضا عقبة أمام نقل الأعصاب. وهكذا ، تم إجراء جراحة بضع القص لتشريح جذر العصب C7 وقطع الصفيحة البطنية C6 لتقصير مسافة النقل.

على الرغم من أن الطريق قبل الشوكي يمكن أن يزيد بشكل كبير من معدل نجاح المفاغرة المباشرة لجراحة نقل الأعصاب ، إلا أنه لا يمكن مفاغرة جميع الفئران مباشرة. هذا يرجع أساسا إلى الاختلافات التشريحية في هذه الفئران. يندمج الجذع الأوسط (العصب C7) مع الجذع العلوي أو السفلي في مكان قريب جدا من الثقبة الفقرية. وبالتالي ، فإن طول الأعصاب C7 المتاحة للحصاد غير كاف. حاليا ، النهج الوحيد هو زرع الأعصاب أو استبدال الفئران. يستخدم هذا النموذج عادة في الفئران البالغة من العمر 8 أسابيع (20-25 جم) ، حيث أن الفئران ناضجة وأعصاب C7 ذات حجم مناسب للتعامل معها. على الرغم من أن هذا البروتوكول الجراحي ينطبق أيضا على الفئران الصغيرة ، إلا أن صعوبة العملية ستزداد بشكل كبير في الفئران الأصغر سنا.

زادت الوظيفة الحركية الأمامية للفئران في مجموعة TBI + CC7 بشكل ملحوظ في شهر واحد وشهرين ، مما يشير إلى أن العصب C7 المنقول ساهم في استعادة الطرف الأمامي الضعيف. إعادة الميالين أمر بالغ الأهمية للتعافي العصبي الوظيفي. أظهرت دراسة سابقة أن أغلفة المايلين للأعصاب المصابة تتجدد بعد شهر واحد ، بما يتفق مع هذه النتائج²⁰. هنا ، نضج العصب المنقول تدريجيا ، وهو ما كان متسقا مع الاختبار السلوكي. تم استخدام تخطيط كهربية العضل لمزيد من الاختبار لمعدل الشفاء الوظيفي بعد نقل الأعصاب. أظهرت النتائج أن العصب المنقول عصب العضلات المصابة بعد 4 أسابيع من العملية. والجدير بالذكر أن هذه الدراسة هي الأولى التي تحدد النقطة الزمنية لإعادة التعصيب مع مفاغرة مباشرة بعد عبور جراحة نقل الأعصاب.

باختصار ، قمنا بمحاكاة الجراحة السريرية لإنشاء بروتوكول للمفاغرة المباشرة لأعصاب الضفيرة العضدية الثنائية عبر الطريق قبل الشوكي في الفئران وأكدنا وظيفة العصب النازح. ساهم نموذج الفأر في توضيح الآليات العصبية الكامنة وراء إعادة التأهيل عند عبور نقل الأعصاب بعد إصابات الجهاز العصبي المركزي والمحيطي.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (82071406 و 81902296 و 81873766).

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
1 mL syringe	KDL	K-20200808
12-0 nylon sutures	Chenghe	20082
5-0 silk braided	MERSILK,ETHICON	QK312
75% ethanol	GENERAL-REAGENT	P1762077
Acupuncture needle	Chengzhen	190420	Use for making retractors
Automatic clipper	Codos	CHC-332
C57BL/6N mice	SLAC laboratory (Shanghai)	C57BL/6Slac
Electrocautery	Gutta Cutter	SD-GG01
Erythromycin ointment	Baiyunshan	H1007
Iodophor disinfection solution	Lionser	20190220
Medical tape	Transpore,3M	1527C-0
Micro needle holder	Chenghe	X006-202003
Micro-forceps	Chenghe	B001-201908
Micro-scissors	66VT	1911-2S276
Operating microscope	OLYMPUS	SZX7
Ophthalmic scissor	Chenghe	X041D1251
Pentobarbital sodium	Sigma	20170608
Plastic infusion tube	KDL	C-20191225
Sterile normal saline	KL	L121021109
Vascular forceps	Jinzhong	J31020
Warming pad	RWD	69027

References

Aszmann, O. C., et al. Bionic reconstruction to restore hand function after brachial plexus injury: a case series of three patients. Lancet. 385 (9983), 2183-2189 (2015).
Gu, Y., Xu, J., Chen, L., Wang, H., Hu, S. Long term outcome of contralateral C7 transfer: a report of 32 cases. Chinese Medical Journal. 115 (6), 866-868 (2002).
Gu, Y. D., et al. Long-term functional results of contralateral C7 transfer. Journal of Reconstructive Microsurgery. 14 (1), 57-59 (1998).
Feng, J. T., et al. Brain functional network abnormality extends beyond the sensorimotor network in brachial plexus injury patients. Brain Imaging and Behavior. 10 (4), 1198-1205 (2016).
Stephenson, J. B. t, Li, R., Yan, J. G., Hyde, J., Matloub, H. Transhemispheric cortical plasticity following contralateral C7 nerve transfer: a rat functional magnetic resonance imaging survival study. The Journal of Hand Surgery. 38 (3), 478-487 (2013).
Hübener, M., Bonhoeffer, T. Neuronal plasticity: beyond the critical period. Cell. 159 (4), 727-737 (2014).
Zheng, M. X., et al. Trial of contralateral seventh cervical nerve transfer for spastic arm paralysis. The New England Journal of Medicine. 378 (1), 22-34 (2018).
Spinner, R. J., Shin, A. Y., Bishop, A. T. Rewiring to regain function in patients with spastic hemiplegia. The New England Journal of Medicine. 378 (1), 83-84 (2018).
Hua, X. Y., et al. Contralateral peripheral neurotization for hemiplegic upper extremity after central neurologic injury. Neurosurgery. 76 (2), 187-195 (2015).
Robertson, C. S., et al. Effect of erythropoietin and transfusion threshold on neurological recovery after traumatic brain injury: a randomized clinical trial. Journal of the American Medical Association. 312 (1), 36-47 (2014).
Skolnick, B. E., et al. A clinical trial of progesterone for severe traumatic brain injury. The New England Journal of Medicine. 371 (26), 2467-2476 (2014).
Wang, G. B., et al. Contralateral C7 to C7 nerve root transfer in reconstruction for treatment of total brachial plexus palsy: anatomical basis and preliminary clinical results. Journal of Neurosurgery. Spine. 29 (5), 491-499 (2018).
Wilson, L., et al. The chronic and evolving neurological consequences of traumatic brain injury. The Lancet. Neurology. 16 (10), 813-825 (2017).
Hua, X. Y., et al. Enhancement of contralesional motor control promotes locomotor recovery after unilateral brain lesion. Scientific Reports. 6, 18784(2016).
Hua, X. Y., et al. Interhemispheric functional reorganization after cross nerve transfer: via cortical or subcortical connectivity. Brain Research. 1471, 93-101 (2012).
Pan, F., Wei, H. F., Chen, L., Gu, Y. D. Different functional reorganization of motor cortex after transfer of the contralateral C7 to different recipient nerves in young rats with total brachial plexus root avulsion. Neuroscience Letters. 531 (2), 188-192 (2012).
Yamashita, H., et al. Restoration of contralateral representation in the mouse somatosensory cortex after crossing nerve transfer. PLoS One. 7 (4), 35676(2012).
Tavakoli, R., Nemska, S., Jamshidi, P., Gassmann, M., Frossard, N. Technique of minimally invasive transverse aortic constriction in mice for induction of left ventricular hypertrophy. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (127), e56231(2017).
Melhem, M., et al. A Hydrogel construct and fibrin-based glue approach to deliver therapeutics in a murine myocardial infarction model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (100), e52562(2015).
Liu, B., et al. Myelin sheath structure and regeneration in peripheral nerve injury repair. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (44), 22347-22352 (2019).
Overman, J. J., et al. A role for ephrin-A5 in axonal sprouting, recovery, and activity-dependent plasticity after stroke. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (33), 2230-2239 (2012).
Yoshikawa, A., Nakamachi, T., Shibato, J., Rakwal, R., Shioda, S. Comprehensive analysis of neonatal versus adult unilateral decortication in a mouse model using behavioral, neuroanatomical, and DNA microarray approaches. International Journal of Molecular Sciences. 15 (12), 22492-22517 (2014).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

JoVE 176

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: