Мы смоделировали клиническую хирургию для создания протокола прямого анастомоза двусторонних нервов плечевого сплетения преспинальным путем у мышей, что способствовало изучению нейронных механизмов, лежащих в основе реабилитации при пересечении нервного переноса после травм центральной и периферической нервной системы.
Операция по пересадке нерва через плечо является мощным подходом к восстановлению поврежденных верхних конечностей у пациентов с повреждениями отрыва плечевого сплетения. В последнее время эта операция была творчески применена в клиническом лечении черепно-мозговой травмы и достигла существенной реабилитации парализованной руки. Это функциональное восстановление после операции предполагает, что периферическое сенсомоторное вмешательство индуцирует глубокую нейропластичность, чтобы компенсировать потерю функции после повреждения головного мозга; Однако лежащий в его основе нейронный механизм плохо изучен. Таким образом, необходима эмерджентная клиническая модель на животных. Здесь мы смоделировали клиническую хирургию для создания протокола прямого анастомоза двусторонних нервов плечевого сплетения преспинальным путем у мышей. Нейроанатомические, электрофизиологические и поведенческие эксперименты помогли определить, что перенесенные нервы этих мышей успешно реиннервировали поврежденную переднюю конечность и способствовали ускорению восстановления движений после черепно-мозговой травмы. Таким образом, на мышиной модели были выявлены нейронные механизмы, лежащие в основе реабилитации при перекрестном переносе нерва после травм центральной и периферической нервной системы.
Плечевое сплетение (АД) состоит из пяти нервов с различными спинномозговыми сегментами (С5-Т1), отвечающими за чувствительность и движение в руке, кисти и пальцах. После выхода этих пяти нервов АД из спинного мозга они сливаются, образуя три нервных ствола: верхний (образованный слиянием С5 и С6), медиальный (от С7) и нижний (ветви С8 и Т1). Тяжелые травмы, особенно вследствие дорожно-транспортных происшествий, часто приводят к отрыву нервных корешков АД, и такая дисфункция оказывает разрушительное воздействие набольных1. В качестве мощного клинического подхода была проведена операция по пересадке пересечения нерва для восстановления повреждений АД в результате отрыва путем воссоединения поврежденных нервных окончаний со здоровой стороной АД 2,3. Эта операция приводит к функциональному улучшению поврежденных рук и прямой реорганизации сенсомоторной коры в обоих полушариях у пациентов4. Исследования на животных показали, что резкая реорганизация в корковых цепях индуцировалась после пересечения нервного пересадки. Поскольку периферическая сенсомоторная модификация может реактивировать дремлющую пластичность зрелого мозга, операция по пересадке нервов также демонстрирует большой потенциал в восстановлении повреждений головного мозга6.
Недавно мы подтвердили возможность творческого использования перекрестного переноса нервов в качестве новой стратегии изменения периферических нервов при проблемах с центральной нервной системой. Для достижения значительного функционального восстановления парализованной руки путем переноса нерва С7 с непарализованной стороны на парализованную сторону у пациента после черепно-мозговой травмыприменялся контралатеральный шейный пересадка седьмого нерва (CC7). Уникальной особенностью этой хирургической операции является то, что сенсорные и двигательные сигналы парализованной верхней конечности сообщаются в контралесционное полушарие через смещенный нерв «левый-правый кроссовер». Примечательно, что функциональное восстановление, вызванное операцией CC7, не ограничивается функцией, иннервируемой самим нервом C78. Кроме того, операция CC7 может быть использована не только для лечения детей с церебральным параличом, но и для достижения реабилитации у пациентов среднего и пожилого возраста, перенесших инсульт. Таким образом, есть достаточно оснований полагать, что перекрестный перенос нервов может стимулировать нейропластичность для ускорения восстановления моторики после повреждения мозга путем модуляции периферической сенсомоторной системы.
Несмотря на то, что операция по пересадке нервов достигла значительной реабилитации в клиническом лечении как травм плечевого сплетения (BPI), так и травм головного мозга, нейронные механизмы, лежащие в основе этой операции, остаются плохо изученными. Отсутствие подходящей животной модели с клиническими признаками ограничило изучение внутренних механизмов. Традиционно в клинике нервный корешок С7, контралатеральный к очагу поражения, переносится на поврежденную сторону через нервный трансплантат (например, локтевой нерв, изольный нерв или подкожный нерв) и соединяется с пораженным плечевым сплетением (например, срединным нервом, корешком С7 или нижним стволом)2,3,9. Относительно новая модификация этой операции заключается в том, что непораженный корешок С7 переносится непосредственно в пораженный нерв С7 преспинальным путем без какого-либо зазора, что предполагает оптимальное решение7. В настоящее время мыши демонстрируют преимущество в специфичности типов клеток и разнообразии генетических штаммов и более пригодны для изучения нейрофизиологических механизмов. Таким образом, клиническая хирургия была смоделирована для создания протокола прямого анастомоза двусторонних нервных корешков С7 преспинальным путем у мышей и способствовать изучению нейронных механизмов, лежащих в основе реабилитации при пересечении нервного переноса.
В клинике операция по пересадке пересечения нерва используется для лечения пациентов с повреждением плечевого сплетения и после повреждений головного мозга, таких как инсульт и ЧМТ 7,9,12. Примечательно, что повреждение головного мозга является тяжелым неврологическим заболеванием, которое может привести к нескольким осложнениям, включая эпилепсию, церебральную грыжу и инфекцию13. Не всем пациентам с односторонней травмой головного мозга подходит операция CC7. В целом, операция CC7 проводится пациентам с центральной гемиплегией на хронической стадии (через 6 месяцев после травмы), чтобы максимально избежать влияния отека мозга. Пациенты с когнитивными нарушениями и квадриплегией после черепно-мозговых травм исключаются из лечения операции CC7.
В большинстве исследований сообщалось об использовании подкожного доступа и анастомоза трансплантата сурального или локтевого нерва для переноса контралатерального нервного корешка C714,15. Однако регенерация нервов такими методами требует шести месяцев, что может затруднить процесс восстановления моторики и даже потенциально повлиять на пластичность мозга14. В предыдущих исследованиях контралатеральный перенос С7 выполнялся у крыс, и билатеральный нерв С7 использовался через 4 нити интерпозиционного аутотрансплантированного сурального нерва. Тем не менее, не было сообщений о переносе нерва C7 преспинальным путем у мышей. Мы выполнили операцию CC7 модифицированного преспинального пути у мышей и верифицировали скорость функционального восстановления после переноса нерва С7. В этом исследовании контралатеральный перенос нерва C7 через преспинальный путь улучшил функцию парализованной конечности через месяц после операции, что отражает более короткое время восстановления модели трансплантированного нерва животного. Таким образом, эта модель может точно смоделировать клинические ситуации и заложить основу для дальнейших экспериментов.
Как рассечь нервный корешок и снизить риск являются важными вопросами для переноса С7. В отличие от человека, плечевое сплетение мыши расположено в грудной клетке ниже ключицы 5,16. Таким образом, стратегия доступа должна была быть изменена, чтобы обеспечить наблюдение за корнем нерва С7 и позвоночником17. Стернотомия является безопасным и эффективным хирургическим подходом и обычно применяется в экспериментах на мышах в кардиоторакальной хирургии18,19. Вентральная пластинка С6 также является препятствием для передачи нервов. Таким образом, была проведена операция стернотомии для рассечения нервного корешка С7 и разрыва вентральной пластинки С6 для сокращения расстояния переноса.
Несмотря на то, что преспинальный путь может значительно увеличить вероятность успеха прямого анастомоза при операции по пересадке нервов, не все мыши могут быть анастомозированы напрямую. В основном это связано с анатомическими различиями у этих мышей. Средний ствол (нерв С7) сливается с верхним или нижним стволом в месте, очень близком к межпозвонковому отверстию. Таким образом, длина нервов С7, доступных для забора, недостаточна. В настоящее время единственным подходом является пересадка нерва или замена мышей. Эта модель обычно используется для 8-недельных мышей (20-25 г), так как мыши зрелые, а нервы C7 имеют достаточный размер, чтобы с ними можно было справиться. Хотя этот хирургический протокол применим и к молодым мышам, сложность операции значительно возрастет у более молодых мышей.
Двигательная функция передних конечностей мышей в группе ЧМТ + СС7 была значительно повышена через один месяц и два месяца, что позволяет предположить, что перенесенный нерв С7 способствовал восстановлению поврежденной передней конечности. Ремиелинизация имеет решающее значение для функционального восстановления нервной системы. Предыдущее исследование показало, что миелиновые оболочки поврежденных нервов регенерируют через один месяц, что согласуется сэтими результатами. Здесь перенесенный нерв постепенно созревал, что соответствовало поведенческому тесту. Электромиография была использована для дальнейшего изучения скорости функционального восстановления после пересадки нервов. Результаты показали, что пересаженный нерв иннервировал пораженную мышцу через 4 недели после операции. Примечательно, что в данном исследовании впервые определен временной момент реиннервации с прямым анастомозом после операции перекрестного переноса нерва.
Таким образом, мы смоделировали клиническую хирургию для создания протокола прямого анастомоза двусторонних нервов плечевого сплетения преспинальным путем у мышей и подтвердили функцию смещенного нерва. Мышиная модель способствовала выяснению нейронных механизмов, лежащих в основе реабилитации при перекрестном переносе нерва после травм центральной и периферической нервной системы.
The authors have nothing to disclose.
Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (82071406, 81902296 и 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 |