We simuleerden klinische chirurgie om een protocol op te stellen van directe anastomose van bilaterale brachiale plexuszenuwen via de prespinale route bij muizen, wat bijdroeg aan de studie van de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan revalidatie bij het oversteken van zenuwoverdracht na verwondingen aan het centrale en perifere zenuwstelsel.
Kruisende zenuwoverdrachtschirurgie is een krachtige benadering geweest voor het herstellen van gewonde bovenste ledematen bij patiënten met avulsieletsels van de plexus brachialis. Onlangs werd deze operatie creatief toegepast bij de klinische behandeling van hersenletsel en bereikte het een substantiële revalidatie van de verlamde arm. Dit functionele herstel na de operatie suggereert dat perifere sensomotorische interventie diepgaande neuroplasticiteit induceert om het functieverlies na hersenbeschadiging te compenseren; Het onderliggende neurale mechanisme wordt echter slecht begrepen. Daarom is een opkomend klinisch diermodel vereist. Hier simuleerden we klinische chirurgie om een protocol op te stellen voor directe anastomose van bilaterale brachiale plexuszenuwen via de prespinale route bij muizen. Neuroanatomische, elektrofysiologische en gedragsexperimenten hielpen bij het identificeren dat de overgedragen zenuwen van deze muizen met succes de aangetaste voorpoot reïnnerveerden en bijdroegen aan het versnellen van motorisch herstel na hersenletsel. Daarom onthulde het muismodel de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan revalidatie bij het oversteken van zenuwoverdracht na verwondingen aan het centrale en perifere zenuwstelsel.
De plexus brachialis (BP) bestaat uit vijf zenuwen met verschillende spinale segmenten (C5-T1) die verantwoordelijk zijn voor gevoel en beweging in de arm, hand en vingers. Na het verlaten van deze vijf BP-zenuwen uit het ruggenmerg, smelten ze samen om drie zenuwstammen te vormen: de superieure (gevormd door de samenvoeging van C5 en C6), mediaal (van C7) en inferieur (takken van C8 en T1). Ernstige verwondingen, vooral als gevolg van verkeersongevallen, leiden vaak tot avulsie van de BP-zenuwwortels, en een dergelijke disfunctie heeft een verwoestend effect op patiënten. Als een krachtige klinische benadering is een kruisende zenuwoverdrachtsoperatie uitgevoerd om avulsieletsels aan de bloeddruk te herstellen door de gewonde zenuwuiteinden opnieuw te verbinden met de gezonde kant van de bloeddruk 2,3. Deze operatie resulteert in functionele verbeteringen van gewonde handen en directe reorganisatie van de sensomotorische cortex in beide hemisferen bij patiënten4. Dierstudies hebben aangetoond dat een drastische reorganisatie in de corticale circuits werd geïnduceerd na het kruisen van zenuwoverdracht5. Omdat perifere sensomotorische modificatie de slapende plasticiteit van de volwassen hersenen kan reactiveren, vertoont kruisende zenuwoverdrachtschirurgie ook een groot potentieel bij het herstellen van hersenletsel.
Onlangs hebben we de mogelijkheid bevestigd van het creatieve gebruik van kruisende zenuwoverdracht als een nieuwe perifere zenuwveranderingsstrategie voor problemen met het centrale zenuwstelsel. Een type kruisende zenuwoverdrachtsoperatie, contralaterale cervicale zevende zenuwoverdracht (CC7), werd toegepast om een significant functioneel herstel van de verlamde arm te bereiken door de C7-zenuw over te brengen van de niet-verlamde kant naar de verlamde kant bij de patiënt na hersenletsel7. Een uniek kenmerk van deze chirurgische ingreep is dat de sensorische en motorische signalen van de verlamde bovenste extremiteit via de verplaatste zenuw “links-rechts crossover” worden gecommuniceerd naar de contralesionale hemisfeer. Met name het functionele herstel veroorzaakt door CC7-chirurgie is niet beperkt tot de functie die wordt geïnnerveerd door de C7-zenuw zelf8. Bovendien kan CC7-chirurgie niet alleen worden gebruikt om kinderen met hersenverlamming te behandelen, maar ook om revalidatie te bereiken bij patiënten van middelbare leeftijd en oudere patiënten met een beroerte. Daarom zijn er voldoende redenen om aan te nemen dat kruisende zenuwoverdracht neuroplasticiteit kan stimuleren om motorisch herstel van hersenbeschadiging te versnellen door het perifere sensomotorische systeem te moduleren.
Hoewel kruisende zenuwoverdrachtchirurgie een substantiële revalidatie heeft bereikt in de klinische behandeling van zowel brachiale plexusletsels (BPI) als hersenletsels, blijven de neurale mechanismen die aan deze operatie ten grondslag liggen slecht begrepen. Het ontbreken van een geschikt diermodel met klinische kenmerken heeft de studie van interne mechanismen beperkt. Traditioneel wordt in de kliniek de C7-zenuwwortel contralateraal van de laesie overgebracht naar de gewonde zijde via een zenuwtransplantaat (bijv. nervus ulnaris, nervus suralis of nervus saphena) en verbonden met de aangetaste plexus brachialis (bijv. nervus medianus, C7-wortel of onderste romp)2,3,9. Een relatief nieuwe modificatie van deze operatie houdt in dat de niet-aangedane C7-wortel rechtstreeks wordt overgebracht naar de aangetaste C7-zenuw via de prespinale route zonder enige opening, wat een optimale oplossing suggereert7. Momenteel vertonen muizen een voordeel in celtypespecificiteit en genetische stamdiversiteit en zijn ze geschikter om neurofysiologische mechanismen te bestuderen. Daarom werd klinische chirurgie gesimuleerd om een protocol op te stellen voor directe anastomose van bilaterale C7-zenuwwortels via de prespinale route bij muizen en bij te dragen aan de studie van de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan revalidatie bij kruisende zenuwoverdracht.
In de kliniek is kruisende zenuwoverdrachtschirurgie gebruikt voor de behandeling van patiënten met avulsieletsel van de plexus brachialis en na hersenbeschadiging, zoals beroerte en TBI 7,9,12. Met name hersenbeschadiging is een ernstige neurologische aandoening die kan leiden tot verschillende complicaties, waaronder epilepsie, hersenhernia en infectie13. Niet alle patiënten met eenzijdig hersenletsel zijn geschikt voor een CC7-operatie. Over het algemeen is CC7-chirurgie uitgevoerd bij patiënten met centrale hemiplegie in het chronische stadium (6 maanden na het letsel) om de invloed van hersenoedeem zoveel mogelijk te vermijden. Patiënten met cognitieve stoornissen en quadriplegie na hersenletsel zijn uitgesloten van behandeling voor CC7-chirurgie.
De meeste onderzoeken hebben melding gemaakt van het gebruik van een subcutane benadering en anastomose van de surale of ulnaire zenuwtransplantaat om de contralaterale C7-zenuwwortel over te brengen14,15. Zenuwregeneratie door dergelijke methoden duurt echter zes maanden, wat het motorische herstelproces kan belemmeren en mogelijk zelfs de plasticiteit van de hersenen kan beïnvloeden14. In eerdere studies werd contralaterale C7-overdracht uitgevoerd bij ratten en werd de bilaterale C7-zenuw gebruikt via 4 strengen van de interpositionele autogetransplanteerde surale zenuw. Er zijn echter geen meldingen geweest van overdracht van de C7-zenuw via de prespinale route bij muizen. We voerden CC7-chirurgie uit van de gemodificeerde prespinale route bij muizen en verifieerden de snelheid van functioneel herstel na overdracht van de C7-zenuw. In deze studie verbeterde contralaterale C7-zenuwoverdracht via de prespinale route de functie van verlamde ledematen een maand na de operatie, wat een kortere hersteltijd van het zenuwgetransplanteerde diermodel weerspiegelt. Daarom kon dit model klinische situaties nauwkeurig simuleren en de basis leggen voor verdere experimenten.
Hoe de zenuwwortel te ontleden en het risico te verminderen, zijn essentiële kwesties voor C7-overdracht. Anders dan bij mensen bevindt de plexus brachialis van de muis zich in de borstkas onder het sleutelbeen 5,16. Daarom moest de toegangsstrategie worden gewijzigd om de observatie van de wortel van de C7-zenuw en de wervelkolom mogelijk te maken17. Sternotomie is een veilige en effectieve operatieve benadering en wordt vaak toegepast in muizenexperimenten bij cardiothoracale chirurgie18,19. De C6 lamina ventrali is ook een obstakel voor het overbrengen van zenuwen. Daarom werd een sternotomie-operatie uitgevoerd om de C7-zenuwwortel te ontleden en de C6-lamina ventrali door te snijden om de overdrachtsafstand te verkorten.
Hoewel de prespinale route het slagingspercentage van directe anastomose van zenuwoverdrachtschirurgie aanzienlijk kan verhogen, kunnen niet alle muizen direct worden geanastomoseerd. Dit komt vooral door de anatomische verschillen bij deze muizen. De middelste romp (nervus C7) versmelt met de bovenste of onderste romp op een locatie zeer dicht bij het intervertebrale foramen. De lengte van de C7-zenuwen die beschikbaar zijn voor het oogsten is dus onvoldoende. Momenteel is de enige aanpak zenuwtransplantatie of vervanging van muizen. Dit model wordt meestal gebruikt bij muizen van 8 weken oud (20-25 g), omdat de muizen volwassen zijn en de C7-zenuwen voldoende groot zijn om te worden behandeld. Hoewel dit chirurgische protocol ook van toepassing is op jonge muizen, zal de moeilijkheidsgraad van de operatie aanzienlijk toenemen bij jongere muizen.
De motorische functie van de voorpoten van muizen in de TBI + CC7-groep was significant verhoogd na één maand en twee maanden, wat suggereert dat de overgedragen C7-zenuw bijdroeg aan het herstel van de aangetaste voorpoot. Remyelinisatie is van cruciaal belang voor functioneel neuraal herstel. Een eerdere studie toonde aan dat de myelineschedes van gewonde zenuwen na een maand regenereerden, in overeenstemming met deze resultaten20. Hier rijpte de overgedragen zenuw geleidelijk, wat consistent was met de gedragstest. Elektromyografie werd gebruikt om de snelheid van functioneel herstel na zenuwoverdracht verder te testen. De resultaten toonden aan dat de verplaatste zenuw de aangetaste spier 4 weken na de operatie innerveerde. Deze studie is met name de eerste die het tijdstip van reïnnervatie bepaalt met een directe anastomose na het kruisen van zenuwoverdrachtsoperaties.
Samenvattend hebben we klinische chirurgie gesimuleerd om een protocol op te stellen voor directe anastomose van bilaterale plexuszenuwen brachialis via de prespinale route bij muizen en de functie van de verplaatste zenuw bevestigd. Het muismodel droeg bij aan de opheldering van de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan revalidatie bij het oversteken van zenuwoverdracht na verwondingen aan het centrale en perifere zenuwstelsel.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (82071406, 81902296 en 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 |