猪手术模型对甲状腺手术的手术内神经监测

摘要

本研究旨在建立猪模型甲状腺手术过程中神经监测的标准方案。在这里, 我们提出了一个方案, 以证明全身麻醉, 比较不同类型的电极, 并探讨电生理特征的正常和受伤的喉返神经。

摘要

术中喉返神经 (rln) 会导致声带麻痹, 从而干扰言语, 并有可能干扰呼吸。近年来, 术中神经监测 (ionm) 已被广泛应用于一种辅助技术, 用于定位 rln、检测 rln 损伤和预测手术中的声带功能。许多研究还利用动物模型研究 ionm 技术的新应用, 并制定可靠的策略, 以防止术中 rln 损伤。本文的目的是介绍一种在 ionm 研究中使用猪模型的标准协议。本文介绍了诱导全身麻醉、进行气管插管的方法和实验设计, 探讨了 rln 损伤的电生理特征。该协议的应用可以提高在猪 ionm 研究中实施3r 原理 (替换、还原和细化) 的总体效果。

引言

虽然甲状腺切除术现在是世界范围内常见的手术, 术后语音功能障碍仍然是常见的。术中喉返神经 (rln) 会导致声带麻痹, 从而干扰言语, 并有可能干扰呼吸。此外, 喉上神经的外支的损伤可以通过影响音高和声带投射引起重大的声音变化。

甲状腺手术中的术中神经监测 (ionm) 作为一种辅助技术, 用于绘制和确认 rln、迷走神经 (vn) 和喉上神经 (ebsln) 的外支。由于 ionm 可用于证实和阐明 rln 损伤的机制, 并可用于检测 rln 的解剖变异, 可用于预测甲状腺切除术后声带功能。因此, ionm 在甲状腺手术中增加了一种新的功能动态, 并为外科医生提供仅通过直接可视化 1^、2、3^、4、5无法获得的信息。^{,6,7.,8,9,10个}。

最近, 许多前瞻性研究利用猪模型优化了 ionm 技术的使用, 并建立了预防术中 rln 损伤^{11、12、13、14的}可靠策略. ^{, 15,16,17,18,19,20}。猪模型也被用来为从业者提供重要的教育和培训, 在临床应用的 ionm。

因此, 动物模型与 ionm 技术的结合是研究 rln 损伤21病理生理学^的一个有价值的工具。本文的目的是证明猪模型在 ionm 研究中的应用。具体介绍了如何诱导全身麻醉, 进行气管插管, 并建立了研究各种 rln 损伤类型的电生理特征的实验。

研究方案

动物实验获得台湾高雄医科大学动物护理和使用机构委员会 (iacuc) 批准 (议定书号: iacca-102046, 102046, 102046)。

1. 动物准备和麻醉

1. 猪动物模型
   注: 本研究应用文献中描述的协议, 建立了 ion11^{、12、13、14、15、16、 17,18,19,22}。
   1. 使用 khaps 黑色或杜鲁克-兰德莱斯猪 (3-4个月大; 体重18-30 公斤)。
   2. 确保实验协议符合国家/动物实验的国际法规和准则, 包括3r 原则 (替换、减少和完善)。获得相关机构实验动物护理和使用委员会对实验协议的道德认可。
2. 麻醉诱导
   1. 麻醉前制剂
      1. 在麻醉前8小时停止进食, 在麻醉前2小时停止进食。
      2. 麻醉前2小时用肌内偶联酮 (4 mg/kg) 预药。使用500毫升的盐瓶为每只小猪制作面罩。根据需要进行修剪, 以确保与鼻子的安全配合。
      3. 使用手术台上的称重功能来测量每头猪的净重(图 1a)。
      4. 保持体温, 循环水床垫设置为40°c。
   2. 通过面膜, 在总辊处于俯卧位置时,在3 lmmin 的新鲜气体流动下, 以2-4 七氟醚产生全身麻醉。ga 也可以由肌内天胺和兹洛西平诱导。麻醉的深度通常在3-5分钟内完成。通过不严重的因外周静脉插管引起的疼痛运动来确认麻醉的深度。
   3. 识别一只耳朵外侧的浅静脉, 并用75% 的酒精对选定区域 (约 6 x 6 厘米²) 进行消毒。为了获得最大的安全性, 请使用24米外周静脉导管。
   4. 注射静脉注射麻醉剂, 如异丙酚 (1-2 mg kg) 或硫胺醇 (5-10mg kg), 以减轻直接喉镜的有害刺激。
      注意: 不建议使用神经肌肉阻滞剂 (nmba)。在随后的实验中, nmba 可能会通过抑制自发呼吸使插管复杂化, 并可能减少肌电图 (emg) 信号。此外, 七氟醚吸入结合异丙酚或短效巴比土酸盐的小球据报告足以促进气管插管。
3. 气管插管(图 1b)
   1. 准备 emg 插管所需的设备和材料: 尺寸 #6 emg 气管插管、协助通气的面罩、张口的两个吊带、拉舌的纱布条、钝尖吸管、兽医喉镜有20厘米的直刀片, 一个弹力花束, 一个20毫升的注射器, 听诊器, 和胶带。
   2. 将小猪放置在手术台上的俯卧位置。对齐头部和身体, 以确保上气道的清晰可视化。
   3. 指示助手应用上颌和下颌的牵引, 以保持足够的口口, 避免头部旋转或过度伸展。用纱布覆盖舌头, 拉出舌头, 以优化视野。
   4. 按住喉镜, 将其直接放置在口腔中, 以按压舌头。
   5. 直接想象会厌, 并使用喉镜将会厌向下按向舌底。
   6. 当声带被清楚地识别后, 轻轻地将弹性花束推进气管。可能需要进行弹性花束的轻微旋转, 以克服阻力。接下来, 将肌电管理管在嘴角度推进到24厘米的深度。
   7. 将 emg 管袖口充气至不大于3毫升的体积。如果人工装袋通风没有明显的漏气, emg 管的原位收缩是可行的。
   8. 当 emg 管放置在适当的深度时, 通过手动装袋确认新鲜气体的自由通过。进一步确认适当的气管插管通过潮汐二氧化碳 (etco₂) 监测 (毛细血管造影) 和胸部听诊, 以及早识别无意中的食管或支气管内插管。
      注: 电容图显示了 etco₂波形和 mmhg 的数字值。食管插管发生时, 6次呼吸后, etco₂不存在或接近零。当 emg 管处于正确的位置时, 注意到典型的 etco₂波形和足够的值 (通常和 gt;30 毫米汞柱)。此外, 双侧肺充满的呼吸声音是明确和对称的, 由胸部听诊决定。
   9. 使用医用胶带将肌电管固定在嘴的角度。由于在 ionm 实验期间, 管通常需要调整, 因此不要将管子固定在鼻子上。
   10. 将 emg 管连接到呼吸机。连续的毛细管成像是在整个实验过程中监控_{etco 2}值和曲线的必要条件。
4. 麻醉维护(图 1c)
   1. 在 emg 管固定后, 将小猪放在其背部, 颈部延长 (图 1c)。在 2 l/min 的氧气中保持全身麻醉, 用1-3% 的七氟醚。
   2. 以 8-12 mlp 公斤的潮汐体积对肺部进行体积控制, 并将呼吸速率设置为12-14 呼吸。
   3. 开始生理监测, 包括毛细血管造影、心电图 (ecg) 和氧合监测 (sao2).

2. 设备设置和动物操作 (图 1d)

1. 设备设置
   1. 将通道引线从 emg 管连接到监控系统。
   2. 将监控系统设置为运行50毫秒的时间窗口。将脉冲刺激设置为100μs 和 4 hz. 将事件捕获阈值设置为100μv。
2. 手术
   1. 戴无菌手术手套, 用聚维酮碘与棉签一起消毒颈部手术部位。
   2. 用手术刀做一个大约10-15 厘米长的横向领口切口, 露出颈部和喉部。
   3. 从锁骨到舌骨, 将1厘米的血小板下皮瓣抬起1厘米。
   4. 取下肩带肌肉, 并显示气管环和神经。使用单极和双极电烧, 以协助手术解剖和止血。
   5. 使用手持式刺激探头对 ebsln、rln 和 vn 进行本地化、识别和仔细曝光。
   6. 在 vn 的一侧放置一个自动周期刺激 (aps) 电极, 用于在连续 ionm (ciom) 过程中进行刺激。将 aps 电极与监控系统连接。将脉冲刺激设置为 1 hz、100μs 和 1 ma。
3. 在实验结束时, 由兽医对所有的小猪进行安乐死。

3. 电刺激

注: 要将3r 原理应用于猪离子研究中, 在进行可能导致神经损伤的实验之前, 应始终进行可重复的电生理研究, 这些研究不会造成神经损伤。这可以用来研究强度、安全性和心肺效应^11,17。ionm 设备可分为刺激设备或记录设备 (图 2a)。

1. 评估目标神经的基线 emg 响应, 包括 ebsln、rln 和 vn (图 2b, 2c)。
   1. 从 0.1 ma 电流的初始刺激电流开始, 以 0.1 ma 的增量增加刺激, 直到检测到并记录 emg 响应。
   2. 进一步增加电流, 直到获得最大的肌电图响应。
   3. 记录 emg 响应的基线振幅、延迟和波形。
   4. 将最小刺激水平定义为明确唤起 emg 活性的最低电流 (ma), gt;100 μv 定义为引起最大 emg 响应的最低电流。
2. 评估电刺激的安全性^11,19
   1. 在 vn 或 rln 的第五个气管环水平上应用连续的1分钟刺激。
   2. 逐步将刺激电流从 1 ma 增加到 30 ma。
   3. 在 vn 刺激过程中, 通过监测心率、心电图和侵入性动脉血压来评估血流动力学稳定性。
   4. 最后, 通过比较神经刺激部位近端的肌电图反应, 评价每种刺激水平前后的神经功能完整性。
3. 麻醉剂的作用 (肌肉松弛剂和他们的逆转)^12,20
   注意: nmba 使用不当是离子管理不成功的一个潜在原因。拟议的动物模型用于比较不同去极化 nmba (如琥珀酰胆碱) 和不同剂量非去极化 nmba (如罗库龙) 的恢复概况, 并确定用于 ionm 的最佳 nmba。动物模型还可用于评估 nmba 反转药物 (例如, 超级狂人) 在快速恢复被抑制的神经肌肉功能方面的有效性。
   1. 首先, 应用 c-onom, 将自动校准的 emg 基线延迟和振幅作为控制数据。
   2. 在 10 mg/kg 的体积内注射 0.3 mg/kg 的, 并观察实时 emg 的变化。
   3. 注射3分钟后, 以 100 mg/ml 的体积进行一次注射 2 mg/kg sugammadex 作为快速丸。记录喉部肌电图的恢复情况20分钟。
4. 刺激电极 (刺激概率) (图 3)¹⁷
   注: 有不同类型的刺激电极可用于在 ionm 期间的神经刺激,例如单极探头 (图 3a)、双极探针 (图 3A) 和刺激扇区 (图 3A )).
   1. 要模拟手术期间神经的直接刺激, 请在没有上覆筋膜的情况下, 对 ebsln、rln 和 vn 施加 1 ma 刺激。
   2. 要模拟手术期间视觉识别前神经位置的间接映射和定位, 在距离上筋膜神经1毫米和2毫米的距离上应用 1 ma 刺激。
   3. 记录和比较不同类型的刺激电极的肌电图响应。
5. 记录电极 (emg 管针电控/预置胶状皮肤电极) (图 4)
   1. 使用动物模型评估 emg 管电极 (图 4 a) 的旋转或向上位移如何影响 emg 信号的稳定性。此外, 使用动物模型比较不同电极类型 (例如, 针电极和粘合剂预胶电极,图 4b) 和不同记录方法 (例如,经皮和经软骨的方法,图4c 和 4C) 在 ionm 过程中的可行性、稳定性和准确性。
   2. 为了进行可行性研究, 将 1 ma 刺激电流应用于双侧 ebsln、vn 和 rln. 记录并比较每个测试电极 (即emg 管、经皮、经皮和软骨电极) 所引起的肌电图反应。
   3. 为了进行稳定性研究, 对实验诱导的气管软骨位移下 c-onom 中的肌电图信号稳定性进行了评价和比较。
   4. 为了进行精度研究, 评估和比较 c-onom 中测试电极的精度, 以识别 rln 损伤下的 emg 信号降解。

4. rln 损伤研究 (图 5)

1. 根据3r 原理, 在完成所有可重复的电生理研究后, 在猪模型中进行 rln 损伤实验。对从近端神经段到远端神经段的神经段进行测试 (即从rln 的尾端到 rln 的颅骨部分)。
2. 使用 c-onom 确认和比较不同损伤机制 (如牵引、夹紧、横截面或热损伤) 的急性 rln 损伤期间和之后诱发喉部 emg 信号的实时变化模式 (图 5 a 和 5A).在整个实验过程中, 使用 c-onom 连续实时显示和记录 emg 更改和顺序恢复 (图 5c)。
3. 收集损伤 rln 段, 对神经损伤实验引起的形态学改变进行组织病理学分析。
4. 牵引压实性/拉伸损伤
   注: 牵引性受压或拉伸损伤是术中最常见的 rln 损伤。实验诱导牵引应激, 观察电生理肌电图的变化和组织病理学的变化。
   1. 牵引压缩损伤¹³
      1. 将一个薄塑料环路 (例如, 血管环1.3 毫米宽) 包裹在 rln 周围, 并使用力计应用50克张力的收缩 (图 5a)。该方案模仿在甲状腺叶内侧牵引期间, 被困在贝瑞韧带区域的致密、纤维带或交叉动脉上的 rln。
   2. 牵引拉伸伤¹⁶
      1. 用更宽的弹性材料 (例如, 10 毫米宽的硅胶笔线) 包裹 rln, 并使用力计以50克的张力收回 rln), 此方案模拟在内侧拉伸的 rln 粘附或向前拉伸牵引。
5. 夹紧伤
   注意: 术中对 rln 的机械损伤通常是由于暴露不良或视觉误认 rln 造成的。^13,16
   1. 牵引压缩 rln 损伤实验结束后, 用止血钳夹紧 rln 的远端段一秒。这个方案模仿神经在操作过程中由于视觉上的误认而被无意中夹住。记录伴随的肌电图信号变化, 以便与神经标本的进一步组织病理学发现进行比较。
6. 热损伤
   注: 大多数术中 rln 热损伤是由于电热传播, 当电烧装置和各种能量基设备 (ebds) 被用来诱导 rln 附近的止血。与牵引损伤一样, 肉眼很少能看到热损伤。因此, 进行动物 ionm 实验, 确定评价 rln 热损伤^{病理生理学的}最佳模型, 并测试其耐热性 14^和ebd15、^{18 的}安全性。
   1. 在整个实验过程中, 使用 c-onom 注册 emg 的连续变化。
   2. 对于激活研究, 研究如何在手术期间将基于能量的设备 (ebd) 安全地应用于 rln 附近的止血和解剖 (图 5b)。
      1. 在距离 rln 5 毫米的距离内激活 ebd (电热双极容器密封系统, 将功率设置在 2级, 能量自动停止 2至4秒)。
      2. 如果 emg 信号在多次测试后保持稳定, 请在较窄的距离 (例如, 2 毫米, 然后是1mm 距离) 进行进一步测试。
      3. 如果在任何测试后发生任何实质性的 emg 变化, 实验就完成了, 然后进行至少20分钟的连续实时 emg 记录。
   3. 对于冷却研究, 评估冷却时间以确定激活后的最佳 ebd 冷却参数。
      1. 在5秒冷却时间后, 直接联系 rln 上激活的 ebd。
      2. 如果 emg 信号在三次测试后保持稳定, 请测试较短的冷却时间 (例如, 2秒, 然后是 1秒)。
      3. 如果 emg 在反复测试后保持稳定, 请在激活后立即触摸 rln, 以确认 ebd 的安全性。

结果

电生理研究
基线 emg 数据、最小最大刺激水平和刺激响应曲线
使用标准单极刺激探针, vn 和 rln 刺激得到的最小刺激水平分别为0.1 至 0.3 ma。一般来说, 刺激电流与产生的 emg 振幅 11^,17呈正相关。emg 振幅以最大刺激水平为 0.7 ma, 用于 vn 刺激, 0.5 ma 为 rln^{刺激 11}。

讨论

rln 和 ebsln 的损伤仍然是甲状腺手术引起的重要发病原因。直到最近, 神经损伤只能通过直接显示创伤来识别。使用 ionm 现在可以通过施加刺激和记录目标肌肉的收缩来进一步的 rln 功能识别。然而, 目前, 传统的间歇性和连续的 ionm 系统在假阳性和假阴性解释方面都有一些技术局限性。因此, 适当的动物模型是必要的这些临床问题。

最近, 大量的动物实验研究试图克服 ionm 的陷...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Criticare systems	nGenuity	8100E	physiologic monitoring, including capnography, electrocardiography (ECG) and monitoring of oxygenation (SaO2)
Intraoperative NIM nerve monitoring systems	Medtronic	NIM-Response 3.0	monitor EMG activity from multiple muscles. If there is a change in nerve function, the NIM system may provide audible and visual warnings to help reduce the risk of nerve damage.
NIM TriVantage EMG Tube	Medtronic	8229706	6 mm ID, 8.2 mm OD. The NIM TriVantage EMG Tube is a standard size, non-reinforced, DEHP-free PVC tube that features smooth, conductive silver ink electrodes and a cross-band to guide placement. It has reduced sensitivity to rotation and movement while offering increased EMG responses that facilitate improved nerve dissection.
NIM Contact Reinforced EMG Endotracheal Tube	Medtronic	8229506	6 mm ID, 9 mm OD. The NIM Contact EMG Tube continuously monitors electromyography (EMG) activity during surgery. An innovative design allows the tube to maintain contact, even upon rotation. Vocal cords are more easily visible against the white band. Recording electrode leads are twisted pair. Packaged sterile with one green and one white subdermal needle. Single use.
NIM Standard Reinforced EMG Endotracheal Tube	Medtronic	8229306	6 mm ID, 8.8 mm OD. The NIM Standard EMG Tube continuously monitors electromyography (EMG) activity during surgery. Recording electrode leads are twisted pair. Packaged sterile with one green and one white subdermal needle. Single use.
NIM Flex EMG Endotracheal Tube	Medtronic	8229960	6 mm. The NIM Flex EMG Tube monitors vocal cord and recurrent laryngeal nerve EMG activity during surgery. An updated, dual-channel design allows the tube to maintain contact with the vocal cords, even upon rotation. Recording electrode leads are twisted pair. Packaged sterile with one green and one white subdermal needle. Single use.
Standard Prass Flush-Tip Monopolar Stimulator Probe	Medtronic	8225101	Tips and Handles. For locating and mapping cranial nerves in the surgical field, the single-use Standard Prass Monopolar Stimulating Probe features a flush 0.5 mm tip diameter. The probe is insulated to the tip to prevent current shunting. Individually sterile packaged.
Ball-Tip Monopolar Stimulator Probe	Medtronic	8225275/ 8225276	Tip and Handle, 1.0 mm/ 2.3mm. Featuring a flexible ball tip and flexible shaft, the single-use Ball-Tip Monopolar Stimulating Probe allows greater access to neural structures. The 1.0 mm tip diameter allows atraumatic contact to larger neural structures. The probe is insulated to the tip to prevent current shunting. Individually sterile packaged.
Yingling Flex Tip Monopolar Stimulator Probe	Medtronic	8225251	Tips and Handles. The highly flexible single-use Yingling Monopolar Stimulating Probe allows stimulation in areas outside the surgeon’s field of view. The platinum-iridium wire of the probe is fully insulated to the ball tip to prevent current shunting. Individually sterile packaged with one green subdermal electrode.
Prass Bipolar Stimulator Probe	Medtronic	8225451	The single-use Prass Bipolar Stimulating Probe features a slim, flexible tip that allows greater access to neural structures. The probe tip is 0.5 mm in distance between cathode and anode for minimal shunting. Individually sterile packaged.
Concentric Bipolar Stimulator Probe	Medtronic	8225351	The single-use Concentric Bipolar Stimulating Probe features a 360° contact area. Insulation is complete to the active tip; cables and handles are polarized. Individually sterile packaged.
Side-by-Side Bipolar Stimulator Probe	Medtronic	8225401	The single-use Side-by-Side Bipolar Stimulating Probe features probe tips that are 1.3 mm apart, allowing neural structures to be stimulated between the tips. Insulation is complete to the active tip; cables and handles are polarized. Individually sterile packaged.
APS (Automatic Periodic Stimulation) Electrode*	Medtronic	8228052 / 8228053	2 mm/ 3mm. The APS Electrode offers continuous, real-time monitoring. The electrode is placed on the nerve and can provide early warning of a change in nerve function.
Neotrode ECG Electrodes	ConMed	1741C-003	The electrode is made of a clear tape material, which allows for continuous observation of the patient's skin during monitoring.
LigaSure Small Jaw	Medtronic	LF1212	A FDA-approved electrothermal bipolar vessel sealing system for surgery