盆腔器官脱垂影响着全世界数百万女性,但一些常见的手术干预失败率高达40%。缺乏标准的动物模型来研究这种情况阻碍了进展。我们提出以下方案作为子宫骶韧带悬吊和 体内 拉伸测试的模型。
盆腔器官脱垂(POP)是一种常见的盆底疾病(PFD),有可能显着影响女性的生活质量。在美国,大约 10%-20% 的女性接受盆底修复手术以治疗脱垂。仅在美国,PFD 案件每年就造成 263 亿美元的总费用。这种多因素条件对生活质量有负面影响,但治疗方案在最近的过去只是减少了。一种常见的手术选择是子宫骶韧带悬吊术 (USLS),通常通过将阴道穹窿固定在骨盆的子宫骶韧带上进行。与补片增强术相比,这种修复术并发症的发生率较低,但值得注意的是,失败率相对较高,高达 40%。考虑到缺乏研究盆底功能障碍的标准动物模型,迫切需要该领域的创新临床需求,重点是开发具有成本效益和可访问的动物模型。在这篇手稿中,我们描述了一种USLS的大鼠模型,涉及完全子宫切除术,然后将剩余的阴道穹窿固定在子宫骶韧带上。该模型的目标是模拟对女性执行的程序,以便能够使用该模型来研究改善韧带附件机械完整性的修复策略。重要的是,我们还描述了 原位 拉伸测试程序的开发,以表征手术干预后选定时间点的界面完整性。总体而言,该模型将成为未来研究的有用工具,这些研究通过USLS 研究POP 修复的治疗方案。
盆腔器官脱垂(POP)是一种常见的盆底疾病,影响着全世界数百万女性,有可能对女性生活的许多方面产生重大影响,尤其是1岁。值得注意的是,美国约有 13% 的女性会接受脱垂或尿失禁手术2.脱垂是怀孕和分娩后最常见的疾病,其特征是盆腔器官下降,主要是阴道和/或子宫的各个隔室,超出其在腹膜腔中的正常位置。这会导致阴道隆起或压迫、肠道、膀胱和性功能障碍以及整体生活质量下降的烦人症状。POP 的其他危险因素包括肥胖、吸烟、慢性咳嗽和便秘3。
在健康女性中,盆底器官由肛提肌、子宫骶韧带 (USL)、主韧带、骨盆侧壁结缔组织附着物和会阴体远端结构支撑4,5。USL是子宫和阴道顶端最重要的顶端支撑结构之一,因此通常用于POP的手术矫正(图1)。USL的结构支持源于骶区致密的胶原结缔组织,这些结缔组织过渡到紧密排列的平滑肌。由于这种成分梯度,USL与子宫和阴道肌肉组织交织在一起,为盆腔器官提供坚固的支撑6,7。在子宫骶韧带悬吊液 (USLS) 中,子宫切除术后将 USL 固定在阴道穹窿上,将阴道和周围结构恢复到腹腔室中的解剖位置。然而,无论经阴道还是腹腔镜途径,在某些研究中,USLS程序都受到高达40%的相对较高的失败率的困扰8,9。在一项大型多中心随机对照试验中,根尖间室脱垂(如 USL)修复后 5 年令人烦恼的阴道隆起症状的复发率约为 40%9。在同一试验中,5 年复发性脱垂的再治疗约为 10%。这种高失败率的机制尚未得到研究,但将阴道和周围结构恢复到其解剖位置需要缝合放置在USL10,11 的致密胶原区域而不是平滑肌区域。因此,高故障率可能是由于手术形成的阴道-USL 接口的机械和成分不匹配,与在原生宫颈-USL 附件中看到的完全整合相比。
治疗这些疾病的经济影响也值得注意,在美国,每年约有3亿美元用于门诊护理12,每年花费超过10亿美元用于外科手术的直接成本13。尽管有大量的经济资源致力于治疗这些疾病,但许多脱垂手术引起的并发症仍然令人沮丧。例如,与天然组织修复术相比,基于聚丙烯网状的根尖脱垂修复术(例如骶骨阴道固定术)提供更高的成功率14,但代价是潜在的并发症,例如网状暴露或糜烂。仅在2008年至2010年期间,FDA就收到了近3,000起与网状并发症有关的投诉。最终,FDA于2019年4月下令停止生产和销售所有经阴道放置的POP网状产品15。因此,临床上对聚丙烯以外的材料以及用于测试它们的模型有强烈的需求,与单独缝合的传统技术相比,这些材料可以增强天然组织脱垂修复并提高成功率。
自 2019 年 FDA 宣布以来,大多数盆腔外科医生已停止使用经阴道放置的网片进行脱垂修复,促使研究人员寻求新的组织工程方法来增强天然组织修复16,17,18,例如间充质基质细胞 (MSC)9,20.随着重点的转移,迫切需要改进有助于开发新材料的动物模型;这一过程中的挑战是平衡临床相关性和成本。为此,研究盆腔器官脱垂的基础科学和临床研究人员迄今为止已经利用了几种动物模型,包括大鼠,小鼠,兔子,绵羊,猪和非人灵长类动物19。确定最佳动物模型的过程具有挑战性,因为与其他哺乳动物物种相比,人类是两足动物,没有尾巴,并且具有创伤性的出生过程20。猪21已被用于模拟机器人骶骨阴道固定术,而绵羊已被用于模拟阴道脱垂修复术22。这些动物模型虽然具有临床相关性,但可行性受到成本和维护的限制。非人灵长类动物已被用于研究脱垂的发病机制;特别是松鼠猴是除人类外唯一可以发生自发性脱垂的物种之一,这使它们成为最相关的动物模型之一20。非人灵长类动物也被用于研究妇科外科手术,如骶骨阴道固定术23和子宫移植24。与绵羊和猪类似,非人灵长类动物作为脱垂动物模型的主要限制是维护,护理和寄宿的成本19。
尽管与人类相比,啮齿动物骨盆水平定向,头与出生道大小比小得多19,但大鼠适合USLS手术的小动物研究,因为它们具有相似的USL解剖结构,细胞,组织学结构和基质组成与人类USL25相比。此外,它们在维护和登机方面是有益的。尽管有这些有益的属性,但没有关于USLS修复大鼠模型的已发表报告。因此,目的是描述经产刘易斯大鼠子宫切除术和USLS的方案。该协议将有利于旨在使用这种可访问的动物模型研究POP的病理生理学和手术成分的研究人员。
图1:盆腔器官脱垂 。 (A)腹膜腔内器官的正常方向和(B)脱垂发生时器官的剧烈下降。子宫切除术后,(C)子宫骶韧带悬吊液将阴道和周围结构恢复到适当的解剖位置。 请点击此处查看此图的大图。
该协议有几个优点。据我们所知,这是大鼠模型中首次发表的USLS描述,将为未来的研究人员提供在研究环境中执行该程序的可重复步骤。其次,我们包括一种用于USL的天然和外科界面拉伸测试的新协议。拉伸测试协议可用于类似的研究,研究新的组织工程方法来增强天然组织修复,如USLS。此外,与较大的动物模型相比,大鼠模型本身可用于研究盆底疾病,因为与较大的动物模型相比,易于处理/登机,寿命短且具有成本效益。该方案的局限性包括无法评估USLS的主要并发症之一,输尿管扭结。尽管如此,我们在这项研究中没有推定输尿管损伤的病例。另一个考虑因素是,大鼠模型中骨盆的水平方向、小胎头与出生耳道比以及缺乏自发性脱垂确实限制了结果对人类的一些适用性。然而,使用经产大鼠是本研究的一个优势,因为这解释了POP3发展的主要危险因素。
在刘易斯大鼠中建立成功的子宫切除术和USLS方案将成为未来研究人员研究POP手术成分的有用工具,同时最大限度地减少测试USL机械行为的可变性。手术动物模型是有益的,因为它们允许研究人员设计临床相关的实验,控制胎次、体重、疾病和营养34 ,同时降低人类初始研究的伦理风险。此外,POP的标准化模型使研究人员能够绕过人体组织收集的限制。特别是,本协议中描述的拉伸测试方法将使研究之间的一致性。以前的啮齿动物模型测试了整个骨盆区域的机械性能,包括子宫颈、阴道和多个骨盆支撑韧带29,42。这里描述的方法允许以保持原生脊柱和颈椎附件的方式测量USL。应该注意的是,拉伸测试方法不仅评估USL,而是结合其在骶骨和子宫颈的插入来评估USL。这是该研究的优势,因为它反映了韧带所承受的 通常原位 力。我们承认,如果在体 外 测试而没有其天然附件,孤立韧带的机械行为会有所不同。由于大鼠结构很小,并且限制了收集适合 离体 测试的样品的可行性,因此尤其如此。USL确实在 原位经历了多个方向的载荷,因此测试的单轴性质是一个限制,但是使用这种方法可以在以前的大鼠USL力学研究之间进行有意义的比较29,42。虽然目前还没有广泛接受的标准机械测试协议,但该模型将成为该领域未来组织工程研究的有用工具。
本协议中描述的几个步骤对于动物的健康和福祉以及USLS手术和随后的拉伸测试的可重复性至关重要。首先,必须同时获得镇痛药和抗炎药,因为发现单独使用镇痛药不足以进行疼痛管理。预防性抗生素可降低手术部位感染的风险,是人体手术的标准护理。关于USLS外科手术,避免卵巢损伤和尽量减少失血对于手术的成功至关重要。步骤1.3.3和1.3.4描述了将子宫角的顶部与相邻的卵巢分开;应注意将这种夹层保持在子宫角的一侧,以防止卵巢周围脆弱的血管破裂,从而导致出血过多。值得注意的是,其他研究人员已经表明,切除子宫角后卵巢功能得以保留43。此外,如果卵巢被破坏或切除,整个胶原纤维结构将受到干扰,改变其组织的机械性能44,45。一旦子宫角与卵巢安全分离,就会有一个清晰的解剖平面,允许子宫角与周围的脂肪垫和脉管系统隔离。尽管解剖平面清晰,但在用微型剪刀横断之前,应用夹子固定沿子宫角的椎弓根。与人类的外科实践相反,我们发现子宫切除椎弓根的缝合结扎是不必要的,因为在横断前夹住椎弓根可确保足够的止血。协议的步骤1.3.6描述了这种谨慎的过程,以尽量减少失血。在进行子宫切除术时,应非常小心地识别输尿管,如步骤1.3.6和1.3.8中所述。了解输尿管的解剖学接近度至关重要,因为与人类USL相关的最常见并发症之一是输尿管损伤46。
总之,我们提出了一种用于在大鼠模型中进行子宫切除术,子宫骶韧带悬吊和USL拉伸测试的新方案。我们预计,我们的研究结果将通过提供对这些程序的清晰,可重复的描述来帮助未来的基础科学研究人员,从而推动盆腔器官脱垂研究。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢Silvia Blemker教授使用她的Instron和George Christ教授使用他的手术空间以及3D打印支架和握把。这项工作得到了UVA-Coulter转化研究伙伴关系和国防部(W81XWH-19-1-0157)的支持。
Alcohol prep pad | BD | 326895 | |
Artificial Tear Ointment | American Health Service Sales Corp | PH-PARALUBE-O | |
Bluehill software | Instron | Bluehill 3 | |
Cavicide 1 disinfectant | Fisher Scientific | 22 998 800 | |
Compression platean | Instron | 2501-163 | |
Cotton swabs | Puritan Medical | 806-WC | |
Gauze Sponge, 8-Ply | VWR | 95038-728 | |
Mosquito Forceps | Medline Industries | MMDS1222115 | |
Needle Holder | Medline Industries | DYND04045 | |
Operating Scissors, 5½", Sharp | American Health Service Sales Corp | 4-222 | |
Opioid Analgesic (Buprenorphine XR) | Fidelis Animal Health | Ethiqa XR | 0.65 mg/kg SC Q72 |
NSAID Analgesic (Meloxicam SR) | Wildlife Pharmaceuticals, LLC | Meloxicam SR | 1 mg/kg SC q72 |
PDS II, 3-0 Polydioxanone Suture, SH-1 | Ethicon | Z316H | |
PDS II, 5-0 P olydioxanone Suture, RB-1 | Ethicon | Z303H | |
Retractor | Medline Industries | MDS1862107 | |
Scalpel Blade Stainless Surgical #10 | Miltex | 4-310 | |
Scalpel Handle | Medline Industries | MDS15210 | |
Scissor, Micro, Curved, 4.5" | Westcott | MDS0910311 | |
Single Column Universal Testing System | Instron | 5943 S3873 | 1 kN force capacity, 10 N load cell |
Sterile Natural Rubber Latex Gloves | Accutech | 91225075 | |
Suture,Vicryl,6-0,P-3 | Ethicon | J492G | |
Tape,Umbilical,Cotton,1/8X18" | Ethicon | U10T | |
Tension and Compression Load Cell | Instron | 2530-10N | 10N load cell (1 kgf, 2 lbf) |
Veterinary surgical adhesive (skin glue) | Covetrus | 31477 |