Vi simulerte klinisk kirurgi for å etablere en protokoll med direkte anastomose av bilaterale plexusnerver i brachialis via prespinalruten hos mus, noe som bidro til studiet av nevrale mekanismer som lå til grunn for rehabilitering ved kryssing av nerveoverføring etter skader i det sentrale og perifere nervesystemet.
Kryssende nerveoverføringskirurgi har vært en kraftig tilnærming for å reparere skadede øvre ekstremiteter hos pasienter med brachial plexus avulsjonsskader. Nylig ble denne operasjonen kreativt brukt i klinisk behandling av hjerneskade og oppnådde betydelig rehabilitering av den lamme armen. Denne funksjonelle gjenopprettingen etter operasjonen antyder at perifer sensorimotorisk inngrep induserer dyp nevroplastisitet for å kompensere for tap av funksjon etter hjerneskade; Imidlertid er den underliggende nevrale mekanismen dårlig forstått. Derfor er det nødvendig med en fremvoksende klinisk dyremodell. Her simulerte vi klinisk kirurgi for å etablere en protokoll med direkte anastomose av bilaterale plexusnerver i brachialis via prespinalruten hos mus. Neuroanatomiske, elektrofysiologiske og atferdseksperimenter bidro til å identifisere at de overførte nerver av disse musene vellykket reinnerverterte den nedsatte forbenet og bidro til å akselerere motorisk gjenoppretting etter hjerneskade. Derfor avslørte musemodellen de nevrale mekanismene som ligger til grunn for rehabilitering ved kryssing av nerveoverføring etter skader i det sentrale og perifere nervesystemet.
Brachial plexus (BP) består av fem nerver med forskjellige spinalsegmenter (C5-T1) som er ansvarlige for følelse og bevegelse i arm, hånd og fingre. Etter utgang av disse fem BP-nervene fra ryggmargen, smelter de sammen for å danne tre nervestammer: den overlegne (dannet ved sammenslåing av C5 og C6), medial (fra C7) og dårligere (grener av C8 og T1). Alvorlige skader, spesielt på grunn av trafikkulykker, fører ofte til avulsjon av BP-nerverøttene, og slik dysfunksjon har en ødeleggende effekt på pasienter1. Som en kraftig klinisk tilnærming har kryssende nerveoverføringskirurgi blitt utført for å reparere avulsjonsskader på BP ved å koble de skadede nerveendene til den sunne siden av BP 2,3. Denne operasjonen resulterer i funksjonelle forbedringer av skadede hender og direkte omorganisering av sensorimotorisk cortex i begge hemisfærer hos pasienter4. Dyrestudier har vist at drastisk omorganisering i kortikale kretser ble indusert etter kryssing av nerveoverføring5. Fordi perifer sensorimotorisk modifikasjon kan reaktivere den sovende plastisiteten til den modne hjernen, viser kryssende nerveoverføringskirurgi også stort potensial for å reparere hjerneskader6.
Nylig bekreftet vi muligheten for kreativ bruk av kryssende nerveoverføring som en ny perifer nerveendringsstrategi for problemer med sentralnervesystemet. En type kryssende nerveoverføringskirurgi, kontralateral cervikal syvende nerveoverføring (CC7), ble anvendt for å oppnå betydelig funksjonell restitusjon av den lammede armen ved å overføre C7-nerven fra den ikke-lammede siden til den lammede siden hos pasienten etter hjerneskade7. Et unikt trekk ved denne kirurgiske operasjonen er at sensoriske og motoriske signaler fra den lammede øvre ekstremiteten kommuniserte til den kontralesjonale halvkule gjennom den “venstre-høyre crossover” fordrevne nerven. Spesielt er funksjonell gjenoppretting forårsaket av CC7-kirurgi ikke begrenset til funksjonen innervert av C7-nerven selv8. I tillegg kan CC7 kirurgi brukes ikke bare til å behandle barn med cerebral parese, men også for å oppnå rehabilitering hos middelaldrende og eldre slagpasienter. Derfor er det tilstrekkelige grunner til å tro at kryssende nerveoverføring kan stimulere nevroplastisitet for å akselerere motorisk utvinning fra hjerneskade ved å modulere det perifere sensorimotoriske systemet.
Selv om kryssende nerveoverføringskirurgi har oppnådd betydelig rehabilitering i den kliniske behandlingen av både brachial plexusskader (BPI) og hjerneskader, er de nevrale mekanismene som ligger til grunn for denne operasjonen fortsatt dårlig forstått. Mangelen på en egnet dyremodell med kliniske trekk har begrenset studiet av interne mekanismer. Tradisjonelt, i klinikken, overføres C7-nerveroten kontralateralt til lesjonen til den skadede siden gjennom et nervetransplantat (f.eks. ulnarnerve, suralnerve eller saphenøs nerve) og forbundet med den berørte plexus brachialis (f.eks. mediannerve, C7-rot eller nedre stamme)2,3,9. En relativt ny modifikasjon av denne operasjonen innebærer at den uaffiserte C7-roten overføres direkte til den berørte C7-nerven via prespinalruten uten noe gap, noe som tyder på en optimal løsning7. For tiden viser mus en fordel i celletypespesifisitet og genetisk stammediversitet og er mer egnet til å studere nevrofysiologiske mekanismer. Derfor ble klinisk kirurgi simulert for å etablere en protokoll for direkte anastomose av bilaterale C7-nerverøtter via prespinalruten hos mus og bidra til studiet av de nevrale mekanismene som ligger til grunn for rehabilitering ved kryssende nerveoverføring.
I klinikken har kryssende nerveoverføringskirurgi blitt brukt til å behandle pasienter med brachial plexus avulsjonsskade og etter hjerneskade, som hjerneslag og TBI 7,9,12. Spesielt er hjerneskade en alvorlig nevrologisk tilstand som kan føre til flere komplikasjoner, inkludert epilepsi, cerebral brokk og infeksjon13. Ikke alle pasienter med ensidig hjerneskade er egnet for CC7-kirurgi. Generelt har CC7-kirurgi blitt utført hos pasienter med sentral hemiplegi på kronisk stadium (6 måneder etter skade) for å unngå påvirkning av hjerneødem så mye som mulig. Pasienter med kognitiv svikt og quadriplegia etter hjerneskade er ekskludert fra behandling for CC7 kirurgi.
De fleste studier har rapportert å bruke en subkutan tilnærming og sural eller ulnar nervetransplantasjonsanastomose for å overføre den kontralaterale C7-nerveroten14,15. Imidlertid krever nerveregenerering ved slike metoder seks måneder, noe som kan hindre motorgjenopprettingsprosessen og til og med potensielt påvirke hjernens plastisitet14. I tidligere studier ble det utført kontralateral C7-overføring hos rotter, og nervus C7 bilateralt ble brukt via 4 tråder av den interposisjonelle autopodede suralnerven. Det har imidlertid ikke vært rapporter om C7-nerveoverføring via prespinalruten hos mus. Vi utførte CC7-kirurgi av den modifiserte prespinalruten hos mus og verifiserte hastigheten på funksjonell gjenoppretting etter C7-nerveoverføring. I denne studien forbedret kontralateral C7-nerveoverføring via prespinalruten lammet lemfunksjon en måned etter operasjonen, noe som gjenspeiler en kortere restitusjonstid for den nervetransplanterte dyremodellen. Derfor kan denne modellen nøyaktig simulere kliniske situasjoner og legge grunnlaget for videre eksperimenter.
Hvordan dissekere nerveroten og redusere risikoen er viktige spørsmål for C7-overføring. I motsetning til hos mennesker ligger musens brachiale plexus i brystet under kragebenet 5,16. Derfor måtte tilgangsstrategien endres for å tillate observasjon av roten til C7-nerven og ryggraden17. Sternotomi er en sikker og effektiv operativ tilnærming og brukes ofte i museforsøk i kardiotorakal kirurgi18,19. C6 lamina ventrali er også et hinder for å overføre nerver. Dermed ble sternotomikirurgi utført for å dissekere C7-nerveroten og kutte C6 lamina ventrali for å forkorte overføringsavstanden.
Selv om prespinalruten kan øke suksessraten for direkte anastomose av nerveoverføringskirurgi betydelig, kan ikke alle mus anastomoseres direkte. Dette skyldes hovedsakelig de anatomiske forskjellene i disse musene. Den midterste stammen (C7-nerve) smelter sammen med den øvre eller nedre stammen på et sted svært nær intervertebral foramen. Dermed er lengden på C7-nervene som er tilgjengelige for høsting utilstrekkelig. For tiden er den eneste tilnærmingen nervetransplantasjon eller erstatning av mus. Denne modellen brukes vanligvis i 8 uker gamle mus (20-25 g), da musene er modne og C7-nerver er av tilstrekkelig størrelse til å bli håndtert. Selv om denne kirurgiske protokollen også gjelder for unge mus, vil vanskeligheten med operasjonen øke betydelig hos yngre mus.
Forbensmotorfunksjonen til mus i TBI + CC7-gruppen ble signifikant økt etter en måned og to måneder, noe som tyder på at den overførte C7-nerven bidro til utvinningen av den nedsatte forbenet. Remyelinisering er kritisk for funksjonell nevral gjenoppretting. En tidligere studie viste at myelinskjeden av skadede nerver regenererte etter en måned, i samsvar med disse resultatene20. Her modnet den overførte nerven gradvis, noe som var i samsvar med atferdstesten. Elektromyografi ble brukt til å ytterligere teste frekvensen av funksjonell utvinning etter nerveoverføring. Resultatene viste at den overførte nerven innerverterte den berørte muskelen 4 uker etter operasjonen. Spesielt er denne studien den første som bestemmer tidspunktet for reinnervasjon med en direkte anastomose etter krysset nerveoverføringskirurgi.
Oppsummert simulerte vi klinisk kirurgi for å etablere en protokoll for direkte anastomose av bilaterale plexusnerver i brachialis via prespinalruten hos mus og bekreftet funksjonen til den fordrevne nerven. Musemodellen bidro til å belyse nevrale mekanismer som ligger til grunn for rehabilitering ved kryssing av nerveoverføring etter skader i sentral- og perifert nervesystem.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av National Natural Science Foundation of China (82071406, 81902296 og 81873766).
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 |