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* 这些作者具有相同的贡献
呈现是一种在大鼠中产生不同类型的中位神经(MN)病变和修复的协议。此外,该协议演示如何使用几个非侵入性行为测试和生理测量来评估神经的功能恢复。
本调查的主要目的是展示如何创建和修复大鼠中位神经(MN)病变。此外,还提出了模拟术后物理治疗的不同方法。使用MN模型评估运动和感觉恢复的多种标准化策略,从而便于比较结果。包括几个选项,为遭受MN损伤的大鼠提供术后物理治疗样的环境。最后,本文提供了一种方法,通过几种非侵入性测试(即抓握测试、针刺测试、梯形行走测试、绳索爬坡测试和行走轨迹分析)和生理测量(红外热成像、电子影像学、弯曲强度评估、弯曲卡皮径向肌肉重量测定)来评估MN的恢复情况。因此,这种模式似乎特别适合复制临床场景,促进结果推断给人类物种。
虽然坐骨神经是周围神经研究中研究最多的神经,但对大鼠MN的分析具有多种优点。例如,在MN病变研究中,受影响的肢体的关节收缩和自动切除的发生率降低。此外,MN不受肌肉质量的覆盖,使其解剖比坐骨神经更容易。此外,MN恢复的观察时间更快,因为MN比坐骨神经短。此外,MN 与手臂中的 ulnar 神经有平行路径。因此,ulnar神经可以很容易地用作神经移植修复MN损伤。最后,大鼠中的MN位于前肢,类似于人类上肢;在人类中,上肢是大多数周围神经病变的部位。
外周神经病变经常发生由于创伤,感染,血管炎,自体免疫,恶性肿瘤和/或放射治疗11,2。2不幸的是,外周神经修复继续呈现临床上不可预测和经常令人失望的结果33,4。4人们普遍认为,仍须进行大量基础及翻译研究,以改善受影响者44、5、6、75,6,7的前景。
大鼠MN与人类的MN表现出很大的相似性88,9(9图1)。这种神经源自关节区域的胸腔丛,下降到手臂的中部,到达肘部,并分支到前臂腹腔室的大部分肌肉。MN到达手,在那里它内化的肌肉和前两个发光肌肉,以及部分大鼠的手皮9(图1)。
使用大鼠MN,可以充分复制人类10,11,1211,12的10周围神经病变。这种神经与常用的坐骨神经相比具有几个潜在的研究优势。由于MN位于大鼠的前肢(类似于人类上肢),与盆腔神经相比,它实验性地受到损伤,对大鼠福祉的影响要小得多,而坐骨神经的内侧部分会损伤。此外,在人类中,大多数临床病变发生在上肢,这对应于大鼠的前肢10,11,12,14,15,16。10,11,12,14,15,16
本文展示了如何在大鼠中产生不同类型的MN病变。此外,还提出了模拟术后物理治疗的不同方法。最后,描述了评估 MN 功能恢复的测试。有多种标准化策略可用于使用外围神经病变和修复的 MN 模型来评估运动和感觉恢复,从而便于比较结果。MN模型特别适合复制临床场景,便于将结果推断为人类物种。
涉及动物主题的所有程序均获得葡萄牙里斯本新大学医学院机构动物护理和使用委员会和道德委员会的批准(08/2012/CEFCM)。
1. 中位神经手术
注:在手术过程中遵循无菌技术。使用个人防护仪器(PPE)和穿无菌手术礼服17。手术前自动扣下所有必需的手术器械(参见材料表)。
2. 住房和物理治疗
3. 功能测试
4. 生理测量
共有34只大鼠被随机分为以下几组:Sham(n = 17)、切除(n = 17)和神经移植(n = 10) 进行手术。所有的老鼠在手术和术后时期都安然无期地存活下来。手术后一周和随后的100天里,所有动物每周接受上述功能测试一次。下面将介绍每个测试的代表性结果。
抓取测试
在抓取测试中反应积极的老鼠比例对Sham组来说最高。此值逐渐增加在大鼠从粉碎和神经移植组(图3)。
针刺测试
与神经移植组的老鼠相比,Sham组的老鼠在累积针刺测试中得分最高。两者的得分都比切除组中的老鼠好(图4)。
梯式运行测试
在沙姆组中,大鼠在梯级运行测试中的速度比提交MN病变的大鼠的速度最高。在后者中,运行阶梯的时间往往随着时间的推移而减少,与 MN 恢复并行(图5)。.
绳索测试
与梯级运行测试一样,与MN受伤的组相比,在沙姆组爬绳的老鼠的时间要短。当允许MN恢复时,大鼠的速度提高了(图6)。
步行道分析
对行走轨迹的分析往往显示爪印的形态变化(图7)。这些变化在挤压损伤中往往比在段神经病变50更明显。
红外热成像
在手术后的前30天检查前爪之间的温差时,造影术非常有用。在MN较重的大鼠中,温度差异更为明显,例如切除组(图8和图9)。
电子影像学
表1总结了电子影像学测量的生物学重要性,为不同的实验组提供了具有代表性的结果。电子学学观察到各种模式。正常的CMAP是Sham组中的老鼠的典型,而多相CMAP与MN的可变病变程度有关,如在粉碎组和神经移植组(图10)。在切除组,未观察到CAP。
手腕弹性强度
鉴于手腕弯曲主要依赖于MN,此测试用于评估该神经区域的电机恢复。手腕弯曲强度最接近正常水平时,恢复是最大(图11)。.
肌肉重量和形态学
弯曲木质径向肌肉的重量和形态取决于MN恢复,因为这种肌肉完全由MN99,1010内侧。因此,在沙姆组中观察到正常重量和形态学。在粉碎、神经移植和切除组观察到体重减轻和肌肉萎缩(图12)。
图1:大鼠中位神经解剖图的图解表示。
(1) 大鼠大脑中中位神经的起源和终止(绿色区域 = 主要运动区;蓝色区域 = 主要感觉区域)。(2) 在C7段水平的脊髓横向部分;(3) 神经;(4) 肌肉神经;(5) 径向神经;(6) 中位神经;(7) 乌尔纳尔神经;(8) 手臂的中皮分支;(9) 前臂的中皮分支;(10) 动脉;(11) 胸动脉;(12) 中位动脉;(13) 表面径向动脉;(14) 乌尔纳尔动脉;(15) 运动分支的中位神经到前列腺肌;(16) 运动分支的中位神经对弯曲的卡皮斯径向肌肉;(17) 运动分支的中位神经到屈肌数字表面是肌肉;(18) 运动分支的中位神经到屈肌前胸肌;(19) 中位神经的感官分支到纳区域;(20) 第一个间体空间的共同帕马动脉;(21) 第一个数字的径向帕尔玛数字动脉;(22) 运动分支的中位神经到神经的肌肉;(23) 帕尔玛动脉拱门;(24) 径向帕尔玛数字神经的第一个数字;(25) 乌尔纳尔帕尔玛数字神经的第一个数字;(26) 第三间空间的共同帕马动脉;(27) 运动分支的中位神经的终端分支到前三个发光肌肉;(28) 乌尔纳尔帕尔玛数字神经的第二位、第三位和第四位数字;(29) 乌尔纳尔帕尔玛数字动脉至第四位和第五位;(30) 第二、第三和第四位数字神经的径向帕尔玛数字神经;(31) 第五位径向帕玛数字动脉;(32) 前爪中位神经的皮肤区域(蓝阴影区域)。请点击此处查看此图形的较大版本。
图2:大鼠右前肢照片,显示手臂和腹部中枢神经的外科解剖结构。
Cr, 颅骨;我,媒体请点击这里查看这个数字的较大版本。
图3:手术后100天内不同实验组进行阳性抓取测试的大鼠百分比。请点击此处查看此图形的较大版本。
图4:在操作中的前爪中,使用累积针刺试验结果对不同实验组中的反面爪进行共分评估。
垂直条代表 95% 置信区间。图上部的水平线表示实验组之间的统计显著差异,_p<0.001。请点击此处查看此图形的较大版本。
图 5:不同实验组中梯级运行测试的平均速度。
垂直条代表 95% 置信区间。图上部中的星号表示各组之间的统计显著差异,\p<0.001。请点击此处查看此图形的较大版本。
图6:沙姆和切除组绳索试验的平均爬坡速度。
垂直条代表 95% 置信区间。图上部的星号显示各组之间的统计显著差异,[p<0.05;\p<0.01。请点击此处查看此图形的较大版本。
图 7:不同实验组中的步行轨道参数。
手术肢体上的值表示为与相反肢体规范化的均值百分比。(A) 姿态因子;(B) 打印长度;(C) 手指扩散因子;(D) 中间手指扩散因子;(E) 步长;(F) 支持基础。垂直条代表 95% 置信区间。图上部的水平线表示实验组之间的统计显著差异。D30、D60、D90 = 手术后 30、60 和 90 天,[p<0.05;*p<0.01;p<0.001.请点击此处查看此图形的较大版本。
图8:红外热成像记录的平均温差。
框图表示操作侧(右侧)中位神经的帕尔玛区域与Sham(n = 17) 和切除(n = 17) 组中的反面(左)之间的温差,[p<0.05;\p<0.01。请点击此处查看此图形的较大版本。
图9:手术后头45天,切除组动物的典型红外造影模式。请点击此处查看此图形的较大版本。
图10:手术后90天,来自沙姆和神经移植群的动物的复合肌肉作用潜力(CMAP)的典型模式。请点击这里查看这个数字的较大版本。
图11:评估两个前爪在术后90天在不同的实验组手腕弯曲强度。
手腕弯曲强度使用曲线(AUC)下方的区域在30s的时间段内使用超酸盐刺激来评估。垂直线表示 95% 置信区间。图上部的水平线突出显示了组之间的统计显著差异,+p<0.01。请点击此处查看此图形的较大版本。
图12:手术后100天,弯曲鲤鱼径向肌肉重量和宏观外观。
(A) 框图描绘标准化屈肌鲤鱼径向肌肉重量在不同的实验组, _p<0.01;p<0.001.(B)沙姆和切除实验组左右两侧的肌肉照片。请点击此处查看此图形的较大版本。
参数 | 参数显著性 | 沙姆组 | 切除组 | NG 组 |
神经刺激阈值 (%) | 神经再生的评估,因为有少量的神经纤维需要产生CMAP或可见的肌肉收缩12 | 281.63 × 271.65 | 5359.98 = 3466.52 | 2108.12 = 2115.13 |
电机刺激阈值 (%) | 神经再生的评估,因为有少量的神经纤维需要产生CMAP或可见的肌肉收缩12 | 462.52 × 118.91 | 1694.10 × 503.24 | 1249.50 × 503.24 |
延迟 (%) | 评估神经传导速度在最快的神经纤维,也就是说最大的骨髓纤维44 | 113.55 × 25.04 | 不适用 | 132.80 × 69.95 |
神经肌肉转导速度 (%) | 评估神经传导速度在最快的神经纤维,也就是说最大的骨髓纤维44 | 92.01 × 20.88 | 不适用 | 91.30 × 26.51 |
CmAP 振幅 (%) | 重新化电机单元数量评估34 | 110.63 ±45.66 | 不适用 | 41.60 × 24.84 |
CmAP 持续时间 (%) | 肌肉内侧同步评估,取决于肌肉内侧化和内化运动纤维的髓化程度44,,45 | 101.12 × 23.92 | 不适用 | 151.06 × 54.52 |
NG, 神经移植 CMAP,复合肌肉作用潜力。 不适用 所有参数均以平均反边值的百分比表示。 数值变量表示为平均值 = 标准差。 |
表1:实验结束时的电子学评估。
本文提出了在大鼠中创建不同类型的MN病变和修复的协议。此外,它还说明了如何使用几个非侵入性行为测试和生理测量来评估这种神经的功能恢复。
值得注意的是,本文中描述的几个功能测试,即梯运行测试和绳索测试,都在很大程度上取决于大鼠是否愿意执行任务,期望获得食物奖励51,52,53。51,52,53应该指出的是,某些大鼠菌株更适合训练和在这类测试中表现,52,更可重复。例如,刘易斯大鼠在训练阶段和随后的51、52、5352,53测试中表现不佳51。
老鼠壳应允许足够的行动自由,符合他们的自然探索行为,除了允许实验动物熟悉功能测试19中存在的一些元素。因此,显示了允许更高行动自由的不同形式的住房。大笼子采用浓缩元件进行个性化设置,这些元素后来用于功能测试(例如绳索和梯子)。
可以说,这些丰富的元素,以及笼子与结合运行轮和个别训练领域提供了一种形式的术后物理治疗类似于提供给人类患者在周围神经系统10手术。
值得注意的是,虽然一些作者主张直接解剖皮下组织和肌肉筋膜,或者用15号手术刀进行清洁切割,但建议在解剖这些结构时使用热牛,以尽量减少术后造气的风险。
应该指出的是,已经设计了许多测试来测试大鼠周围神经修复的不同方面,即斧面再生、靶子再生和功能恢复,其中一些超出本研究的范围29、54、55、56。29,54,55,56例如,运动学分析29、36、55和形态学评估29,36,5529、36、5736,57被多位作者广泛使用。29此外,其中几个测试涉及变化,以最大限度地提高效率和/或可重复性54。例如,机械等分量测定(即对机械疼痛刺激的反应的评估)可以使用给定的von Frey细丝进行定性评估,如本文所述,或半定量地使用连续强的von Frey灯丝,甚至定量使用电子设备,施加增加的压力,直到观察到退出反应30,54。30,
同样,尽管一些作者使用行走轨迹分析来评估大鼠的前肢神经修复,但其他作者认为,单一MN病变往往不能产生可重复的变化,在爪印10,58,59。10,58,59此外,有些人指出,这些变化可能不会与肌肉恢复10,60,60成正比。考虑到这一点,一些研究人员主张在评估压碎内静脉病变后恢复时,而不是在段神经重建10、50、6150,61之后,在前爪使用步行10道分析。
抓握测试被广泛用于评估由MN16,,27控制的肌肉的运动恢复。为了保证通过此测试获得的数据的均匀性和可重复性,建议使用 Bertelli 等人提出的既定方法应用抓取测试。然而,目前的协议不同之处在于,它不经常固定的对侧爪子,以防止不必要的压力11,27。11,还应注意的是,其他作者在固定未受伤的爪子后,使用测功机或27,56,56级定量评估抓取测试。然而,这种定量评价可能受研究人员对大鼠尾巴26的强度的影响。此外,很难区分数字屈肌肌肉产生的强度(完全由大鼠中的MN和抓取测试9的对象)与手腕屈肌产生的强度,其中包括从ulnar神经99,10,2710,27接收其内侧的弯曲器。为了规避这些潜在的偏见,该协议使用类似于医学研究委员会规模,通常用于分级肌肉力量在人类10,11,62。10,11,62另外,其他作者也描述了使用视频分析和基于视频的评分系统11,63,63进行详细的抓取评估。
与坐骨神经相比,使用MN的潜在缺点是,关于后一神经的信息量更大。这反过来又可以使与MN获得的数据与以前的实验工程的数据进行比较,难度更大46,48,64。48,6446此外,与坐骨神经相比,MN的体积较小,使得手术操作更具挑战性8,12,27,56,65。,12,27,56,65
与本文所述的方法相反,电子学学评价可以使用放置在手臂和纳区域51的截皮单极电极进行。尽管侵入性较小,但由于手臂区域99、5151中ulnar神经可能受到刺激,这种方法有潜在的混淆风险。
大多数作者同意,并非所有大鼠使用的测试都提供协调的结果,因为外周神经修复取决于一系列复杂的因素,包括神经元生存、合六伸长和修剪、突触生成、成功夺回变性的感官器官和运动单元,以及大脑可塑性7,107、10、50、66、67。,50,66,67
最后,应该指出,啮齿动物模型的一个重要警告是,大鼠周围神经更接近其末端器官,其横截面区域比同源人类结构要小得多。然而,这种大小差异保证了啮齿动物的实验数据更快,与人类相比,大鼠的整体效果有望达到68倍。事实上,一些作者警告说,在试图推断使用啮齿动物在外周神经修复中获得的实验数据时,必须7,小心谨慎。灵长类动物模型被认为更可比70。然而,它们的使用与道德、后勤和预算限制有关。
尽管坐骨神经是周围神经研究中最常用的神经,但大鼠MN具有多重优点。例如,MN病变与受影响爪子11、12、16、5612的联合收缩和自动切除发生率11较小有关。,16,56值得注意的是,继坐骨神经截断之后的自切除会折磨着11-70%的老鼠。这可能使得目前的评估,如西亚指数不可能14。这反过来又使得对获得给定统计能力所需的动物数量的估计变得十分繁琐。
此外,由于MN比坐骨神经短,神经恢复观察到更快58,72,73,74,75,76。58,72,73,74,75,76此外,MN不受肌肉质量覆盖,使其解剖在技术上比坐骨神经16更容易。此外,MN 与手臂中的 ulnar 神经有平行路径。因此,ulnar神经可以很容易地用作神经移植,以修复MN损伤。最后,在人类中,大多数周围神经病变发生在上肢,这进一步支持在大鼠77,78,78中使用这种神经。
可以说,啮齿动物是实验动物最常用于周围神经修复领域48,79。48,如图所示,大鼠MN是一个方便的外周神经病变和修复模型。事实上,有多个标准化策略可用于评估运动和感官恢复,从而更容易比较结果36、46、60、80、81、82。36,46,60,80,81,82这些方法中有许多是非侵入性的,允许日常评估。
此外,物理治疗是从周围神经损伤中恢复的患者护理标准的一部分。如本文所示,为提交MN损伤44、55的大鼠提供术后物理治疗环境有多种策略。因此,这个模型特别适合复制临床场景,便于将结果外推给人类物种12、27、48、56、58、83。12,27,48,56,58,83
如本文所示,在大鼠的MN模型中,有多种标准化策略可用于评估大鼠的电机和感觉恢复。其中大部分是非侵入性程序,允许频繁评估。此外,由于人类物种中大多数外周神经病变发生在上肢,上述实验物理治疗设置可以更恰当地模仿临床环境中的恢复。可以说,这有利于将结果外推给人类物种,进一步验证了这种神经在大鼠中的使用。
作者没有什么可透露的。
Diogo Casal从高级医学教育方案获得赠款,该方案由葡萄牙的卡卢斯特·古尔本基安基金会、尚帕利莫基金会、西班牙圣萨乌伊基金会赞助。作者非常感谢菲利佩·佛朗哥先生在图1中描绘的插图。作者感谢阿尔贝托·塞韦里诺先生在拍摄和编辑该视频方面提供的技术帮助。最后,作者要感谢Sara Marques女士在与动物获取和维护有关的所有后勤方面的帮助。
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