שיטות לVivo בדיקות ביומכנית על מקלעת ברכאל בחזירונים

Summary

המוצגים כאן הם שיטות לביצוע בדיקה ביומכנית vivo על מקלעת ברכמאל במודל חזרזיר התינוק.

Abstract

שיתוק מוחין (NBPP) הוא פגיעה מתוחה המתרחשת במהלך תהליך הלידה בתסביכים עצביים הממוקמים באזורי הצוואר והכתפיים, המכונים באופן קולקטיבי את מקלעת הידיים (BP). למרות ההתקדמות האחרונה בטיפול מיילמנת, הבעיה של NBPP ממשיכה להיות נטל בריאות גלובלי עם שכיחות של 1.5 מקרים לכל 1,000 חי לידות. סוגים חמורים יותר של פציעה זו עלולים לגרום לשיתוק קבוע של הזרוע מהכתף למטה. מניעה וטיפול של NBPP מצווים על הבנה של התגובות הביומכנית והפיסיולוגיים של עצבי BP היילוד כאשר נתון מתיחה. הידע הנוכחי של bp היילוד הוא אומדן של בעל חיים מבוגרים או רקמה bp מחזור במקום ברקמת bp vivo. מחקר זה מתאר התקן בדיקות vivo מכני והליך לנהל בדיקות vivo ביומכניים בחזירונים הבין-מכאניים. המכשיר מורכב מלחציים, מפעיל, תא טען, מערכת המצלמה להחיל ולפקח על vivo זנים וטוען עד כישלון. מערכת המצלמה מאפשרת גם ניטור של מיקום הכישלון במהלך הקרע. באופן כללי, השיטה המוצגת מאפשרת אפיון ביומכאני מפורט של BP של התינוק כאשר הוא נתון למתיחה.

Introduction

למרות ההתקדמות האחרונה במיילדות, הבעיה של nbpp נגרמת על ידי פגיעה מתיחה מורכבת BP ממשיך להיות נטל בריאות גלובלי, עם שכיחות של 1.5 מקרים לכל 1,000 חי לידות^1,2. גורמי סיכון הקשורים יכול להיות אימהית (כלומר, משקל עודף, סוכרת אימהית, מומים הרחם, ההיסטוריה של שיתוק BP), העובר (כלומר, העובר macrosomia), או הקשורות לידה (כלומר, כתפיים dystocia, עבודה ממושכת, סיוע משלוח עם מלקחיים או ואקום, מצגת עכוז³). בעוד סיבוכים אלה הם בלתי נמנעים בנסיבות מסוימות, מניעה וטיפול של NBPP צווי הבנה של התגובות הביומכנית והפיסיולוגית של BP כאשר נתון למתוח.

דיווחו על מחקרים ביומאריים על BP השתמשו בעלי חיים מבוגרים ורקמות מחזור האדם להראות אי-התאמות משמעותיות^{4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}. הרלוונטיות הקלינית של תכונות ביו-ממכאניות של רקמת BP מורכבת מהווה מודל בעלי חיים בבית החיות, כמו גם הגישה בדיקות ביומכנית vivo. יתר על כן, מגבלות עם למידה פציעה BP למתוח בתרחישי משלוח מסובכים בעולם האמיתי מגביר את ההסתמכות על דגמי המחשב המספקים שיטות המאפשר חקירה של ההשפעות של סיבוכים משלוח שונים וטכניקות. המפתח לרלוונטיות קלינית של מודלים אלה הוא הביונאמנות שלהם (תגובה אנושית). מודלים חישוביים זמינים על-ידי Gonik ואח '¹⁶ ו גרים ואח '¹⁷ מסתמכים על הארנב ורקמת עצב החולדה, אבל לא רקמות העור. ביצוע בדיקות ביו-מvivo במודל בעלי חיים הרלוונטיים קלינית יכול למלא את הפער הקריטי של נתונים לא זמינים של ה.

המחקר הנוכחי מתאר התקן בדיקות vivo מכני והליך לניהול בדיקות ביומכנית ב 3-5 ביום בן זכר בחזרזירונים של יורקשייר. המכשיר מורכב מלחציים, מפעיל, תא טען, מערכת המצלמה להחיל ולפקח על זנים vivo ועומסים במהלך הכישלון. מערכת המצלמה מאפשרת גם ניטור של מיקום הכישלון במהלך הקרע. בסך הכל, המערכת מאפשרת אפיון ביו-מכני מפורט של BP ה, כאשר הוא נתון למתיחה, ובכך לספק את הזנים סף של BP ומדגיש לכישלון מכני vivo. הנתונים שהושגו יכולים לשפר עוד יותר את ההתנהגות האנושית (ביולוגית) של המודלים החישוביים הקיימים המיועדים לחקור את ההשפעות של כוחות אקסוגני ואנדוגני על מתיחה BP בתרחישי מסירה המשויכים ל-NBPP.

Protocol

שימוש בבעלי חיים מוסדיים והוועדה השתמש באוניברסיטת דרקסל אישרה את כל ההליכים (#20704).

1. הגעת בעלי חיים והסתגלות

1. הסגר 1 – 2 חזירונים ביום לפחות 24 שעות לאחר ההגעה.
2. הבית חזירונים נקי מחוטא נירוסטה כלובים (36 ב x 48 ב x 36 ב) על מצעים שבב אספן ולהאכיל libitum מודעות עם תחליף חלב חזיר.
3. שמרו על טמפרטורת החדר ב-85 ° פ' כדי להבטיח סביבה תרמו-ניטראלית.

2. יום הניסוי

1. הסר את ההזנה 2 h לפני הניסוי.
2. הכנס חזירונים עם הזרקת שרירי העין של קטמין (10 – 40 מ"ג/ק"ג)/xylazine (1.5 – 3.0 מ"ג/ק"ג IM) ותחבורה דרך כלוב התחבורה לחלל כירורגי.

3. אינדוקציה ואחזקה של הרדמה

1. לספק 4% isofהרדמה אינהלציה מעורב בחמצן על ידי חרוט האף ולוודא כי החיה הוא מורדם עמוקות על ידי הערכת העדר palpebral ורפלקסים נסיגה.
2. צינורות בעלי החיים על ידי הצבת אותו במצב פרקדן ולהשתמש האנדוסקופ (להב ישר) כדי לסייע להנחות את צינור הצנרור (קוטר 2.5 – 2 מ"מ) לתוך קנה הנשימה.
3. מניחים את החיה על המאוורר. ברגע שצינור הצנרור מאובטח
4. ודא כי החזרזירונים מקבלים שילוב של איזוofלבנה (0.25% – 3% תחזוקה), חמצן ותחמוצת החנקן.
5. לספק מנה של פנטניל (10 μg/ק"ג) ולהמשיך לתת מינון כל 1 – 2 h כדי להבטיח עומק מספיק של כאבים והרגעה וכדי למנוע ממצאים בתנועה שעלולים להסתכן בdislodgment של צינורית האנדוקנה.
6. צור גישה לעירוי (IV) בווריד הבטן התת עורית או בכל וריד היקפי אחר.
7. . לבסס את קו העורקים דרך עורק הירך ניתן לעשות זאת באופן לא פולשני או בביצוע החתך.

4. ניטור וטיפול

1. ניטור עומק ההרדמה על ידי אישור היעדר רפלקס canthal והעדר תגובת הנסיגה כדי צביטה בבוהן.
2. בצע ניטור רציף של הפרמטרים הפיזיולוגיים במהלך ההרדמה ולאורך הניסוי, הכולל לחץ דם עורקי, אלקטרוקרדיוגרפיה (א. ג), קצה גאות ושות₂, מחמצן הדופק, וטמפרטורת הגוף.
3. ניטור גזים בדם וסוכרים דם כל 0.5 – 1 h ולתת נוזלים בעירוי (50% דקסטרוז ו 50% מלוחים רגיל) לבעלי חיים מורדם יותר מ 1 h ב ~ 100 cc/ק"ג/יום, לפי הצורך, כדי להבטיח את היורגליקמיה.
4. עקוב אחר מישור ההרדמה של בעל החיים באופן מדוק ותכוף. לספק חוסר כאבים ו/או להגביר את ההרדמה ממסים נדיפים.
5. שמור על בעל החיים במתח חמצן נורמלי על ידי שליטה על מאוורר פרמטרים ומינונים התרופה לפי הצורך כדי להבטיח normoxia, ואז למקם את החיה על טמפרטורה מוסדר במחזור המים שמיכה כגון טמפרטורת גוף נורמלית נשמרת ב 39 ° c למשך הניסוי.

5. כירורגיה של מקלעת באמצעות ברכא

1. מניחים את החיה במצב פרקדן על שולחן הניתוחים לאחר הרדמה נכונה כפי שמתואר בסעיף 3, עם הגפיים העליונות בחטיפה, חשיפת האזור בבית השחי.
2. השתמש בכיסוי כירורגי. כדי לכסות את החיה השתמש בטכניקות נקיות אך לא סטריליות.
3. לחשוף את מתחם מקלעת הזרוע על שני צידי עמוד השדרה על ידי ביצוע חתך באמצע קו (באמצעות להב #10) על העור ואת fascia על קנה הנשימה, עד השליש העליון של עצם החזה, המתאים לרמות השדרה בין C3-T3.
4. לשער את החתך באמצעות מלקחיים והפסטט באופן אופקי על כל צד מן החריץ suprasternal לאורך הקצה של הבריח אל הזרוע העליונה, תוך הקפדה על ורידים בסיסה.
5. שחררו את המדפים העליונים והנחותים על-ידי ניתוח קהה באמצעות מספריים ומלקחיים, המאפשרים גישה לאזורים הצווארי והחזי של מקלעת החזה, בהתאמה.
6. זהה את הציר (C2) ואת הצלע הראשונה ב-T1. באמצעות ציוני דרך אלה, לזהות את התחתון שלוש צוואר הרחם (C6-C8) הראשון החזה (T1) השדרה התחתונה של החוליות, ואז לבחון את מקלעת בקפידה כדי לאתר הסתעפות של החטיבות (M צורה) כדי להשיג חשיפה.
7. תווית (באמצעות לולאות העצבים) האזורים מקלעת הזרוע מעל הבירכרים האלה קרוב לעמוד השדרה כמו שורש/גזע ותווית אלה מתחת לאלה הבייונים כמו אקורד ואחריו העצב, אשר ממוקמים קרוב יותר לזרוע.

6. בדיקות ביומכנית

1. הגדרת מכשיר הבדיקה הביומכנית
   הערה: התקן בדיקה מכנית מותאם אישית תוכנן והמציא לבצע במתיחה vivo של BP (איור 1).
   1. חבר את הבסיס של ההגדרה לעגלה.
   2. חברו את המפעיל האלקטרו-מכאני אל הבסיס באמצעות מלחציים גדולים. המפעיל מסוגל לספק 150 ליברות של כוח, 10 "שבץ, ומהירות של 15 מ"מ/s. המהירות יכולה להצטמצם ל 0.2 מ"מ/s ועדיין לתפקד כרצונך.
   3. חבר את תא הטעינה 200 N למפעיל.
   4. הצמד (בורג) מהדק לתא המטען המורכב מפלקסיגלס מרופדים, אשר מונע ריכוז הלחץ באתר ההידוק.
   5. . חברו מצלמה לחצובה ודא כי המצלמה יש את היכולת של הקלטה עד 120 f/s ברזולוציה של 658 x 4926 פיקסלים.
   6. חברו את כבלי ה-USB מהמצלמה, המפעיל והטען את התא למחשב כדי לשלב ולסנכרן את כל הרכיבים של ההגדרה.
   7. חבר את המחשב, המפעיל והטען תא למקור חשמל.
2. כיול את תא הטעינה לפני הקלטת הטעינות שהוחלו. לשם כך, בצע את השלבים הבאים:
   1. הגדר את המפעיל בזווית 90 ° באמצעות ידית ההתאמה הניתנת לכוונון ובדיקת הזווית באמצעות protractor.
   2. פתח את התוכנה הפועלת עם תא המטען (טבלת חומרים). לחץ על לחצן התחל כדי להציג בדיקה חיה של מתח.
   3. לתלות משקולות מתפס החל 0-1000 g בהפרשים של 100 g מ ההתקנה ולהקליט את המתח נמדד.
   4. חשב את המשוואה הליניארית של המתח והמשקולות על-ידי מציאת השיפוע (m) וחיתוך (b). פעולה זו מתבצעת באמצעות תוכנית גיליון אלקטרוני ופונקציית השיפוע הכלולה כדי לחשב b מהמשוואה 1 מתחת. הכנס את המשוואה 2 המוצגת להלן לקוד ההגדרה המכני.
      משוואה 1: b = y-mx
      כאשר: y הוא המשקל, x הוא המתח, m הוא השיפוע, ו-b הוא נקודת החיתוך (קבוע).
      משוואה 2: y = mx + b
      כאשר: y הוא המשקל, x הוא מתח, m הוא השיפוע, ו-b הוא הקבוע.
3. בדיקה: העצב BP הוא נחתך מעוגן הגדרת בדיקות על ידי מלחציים בנוי אישית.
   1. חותכים את העצב BP באמצעות מספריים עדינים.
   2. קלאמפ בצד החתוך של העצב BP בתפס בנוי אישית כפי שמוצג באיור 1.
   3. מניחים ידנית צבע אקרילי שחור או דיו הודו על קטע BP מהודק (איור 2).
   4. מקם רשת כיול, שהיא סרגל 1 ס מ, שטוחה בתוך בעל החיים כדי לקבוע את קנה המידה לניתוח נתונים.
   5. השתמש בתוכנה של המצלמה כדי להציג את המיקום של המצלמה ישירות על מקטעים נבדק, ובכך לאפשר ניטור של התנועה/הזחה של סמנים וקביעת מאמץ רקמות בפועל בכל נקודת זמן.
   6. הקלט מדידות ראשוניות כגון הגובה בו העצבים מוסיף לגוף מהשולחן ומגובה התפס מהשולחן, זווית המפעיל ואורך הרקמה המלאה.
   7. פתח את תוכנת התיכנות (טבלה המכילה את ממשק המשתמש הגרפי [GUI] כפי שמוצג באיור 3).
   8. הפעל את GUI על ידי לחיצה על לחצן הפעלה .
   9. אתחל את המערכת על-ידי לחיצה על לחצן אתחול .
   10. לאריזה את המערכת על ידי לחיצה על לחצן אריזה .
   11. למתוח את קטע BP על ידי לחיצה על כפתור בדיקת ההתחלה. זה מושך את הרקמה בשיעור שהוקצה של 500 מ"מ/מינימום עד כישלון מוחלט מתרחש בכל קטע של BP. קצב מתיחה זה נבחר על בסיס הספרות הזמינה^4,8,18. התוכנית שומרת גם קובץ וידאו, עומס מתיחה שהוחלו, עקירה של הרקמה, ומשך הבדיקה.
   12. , הקלט את אתר הכישלון. שהוא הנקודה בה הרקמה מרופטת
4. המתת חסד: להרוג חזרזירונים בסוף הניסוי עם מנה קטלנית של פנטוברביטל (120 מ"ג/ק"ג).
5. ניתוח נתונים: השתמש בתוכנת מעקב אחר תנועה לניתוח קטעי הווידאו הנרכשים במהלך הבדיקה.
   1. פתח את קובץ הווידאו מהניסוי בתוכנת מעקב התנועה על-ידי בחירת הקובץ | פתיחת קובץ וידאו.
   2. השתמש ברשת הכיול כדי להגדיר את קנה המידה בתוכנת המעקב אחר תנועה באמצעות הכלי קו, לחיצה ימנית על הקו לאחר שהיא מצוירת, בחירה באפשרות ' כיול מדידה' והזנת ערך ידוע בסנטימטרים (איור 4).
   3. מעקב אחר סמנים על הרקמה בתוך תוכנת מעקב התנועה על ידי לחיצה ימנית על וידאו ובחירת מעקב אחר נתיב ויישור מרכז הסמן עם סמן על הרקמה וליישר אותו עד קרע.
   4. לייצא את הקואורדינטות x ו-y מן הסמנים על ידי בחירת קובץ ייצוא לגיליון אלקטרוני , כך שניתן להשתמש בו כדי לחשב את הזנים.
   5. יבא את הנתונים לתוך תוכנת תיכנות כדי לחשב את המרחק בין הקואורדינטות x ו-y לאורך זמן כדי לחשב את הזנים.
   6. חישוב ערכי מאמץ בכל אחת מנקודות הזמן על-ידי חלוקת השינוי במרחק על-ידי המרחק המקורי לאחר הנהלת חשבונות עבור שינויים בנטייה במהלך המתיחה. ערכי הזנים בפועל נקבעים בין שני סמנים סמוכים בכל נקודת זמן. הממוצע של זנים אלה מחושב גם.

תוצאות

העלילה לטעון זמן הטעינה וזנים של ארבעה חלקים של מקלעת BP (בין ארבעה סמנים) מוצגים באיור 5 ואיור 6, בהתאמה. עומס כישלון מושגת של 8.3 N ב 35% ממוצע מאמץ הכישלון מדווח על התגובות הביומכאני של BP כאשר נתון למתוח. אזורים מסוימים של העצב עוברים זנים גבוה?...

Discussion

הספרות הזמינות על התגובות הביומכנית של למתוח על התצוגה רקמת BP מגוון רחב של ערכי הסף, כמו גם אי-התאמות מתודולוגיים^{4,6,8,18,19,20,21,22,23...}

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Omega Subminature Tension & Compression Load Cell	Omega	LCM201-200N	200N load cell
Basler acA640-120uc camera	Basler	acA640-120uc
Feedback Linear Actuator	Progressive Automations	PA-14P	10" stroke, 150lb force, 15mm/s speed
Motion Tracking Software	Kinovea	N/A	Open Source
Proramming Software - MATLAB	Mathworks	N/A	version 2018A
Surgical instruments
Forceps	Fine Science Tools Inc	11006-12 and 11027-12 or 11506-12
Hemostats	Fine Science Tools Inc	13009-12
Scissors	Fine Science Tools Inc	14094-11 or 14060-09