Vi simulerede klinisk kirurgi for at etablere en protokol for direkte anastomose af bilaterale brachiale plexusnerver via præspinalruten hos mus, hvilket bidrog til undersøgelsen af de neurale mekanismer, der ligger til grund for rehabilitering ved krydsning af nerveoverførsel efter skader på det centrale og perifere nervesystem.
Krydsning af nerveoverførselskirurgi har været en stærk tilgang til reparation af skadede øvre ekstremiteter hos patienter med brachial plexus avulsionsskader. For nylig blev denne operation kreativt anvendt i den kliniske behandling af hjerneskade og opnåede betydelig rehabilitering af den lammede arm. Denne funktionelle genopretning efter operationen tyder på, at perifer sensorimotorisk intervention inducerer dyb neuroplasticitet for at kompensere for tab af funktion efter hjerneskade; Imidlertid er den underliggende neurale mekanisme dårligt forstået. Derfor kræves en emergent klinisk dyremodel. Her simulerede vi klinisk kirurgi for at etablere en protokol for direkte anastomose af bilaterale brachiale plexusnerver via præspinalruten hos mus. Neuroanatomiske, elektrofysiologiske og adfærdsmæssige eksperimenter hjalp med at identificere, at de overførte nerver hos disse mus med succes reinnerverede det svækkede forben og bidrog til at fremskynde motorisk genopretning efter hjerneskade. Derfor afslørede musemodellen de neurale mekanismer, der ligger til grund for rehabilitering ved krydsning af nerveoverførsel efter skader på det centrale og perifere nervesystem.
Brachial plexus (BP) består af fem nerver med forskellige rygmarvssegmenter (C5-T1), der er ansvarlige for fornemmelse og bevægelse i arm, hånd og fingre. Efter udgangen af disse fem BP-nerver fra rygmarven fusionerer de for at danne tre nervestammer: den overlegne (dannet ved sammensmeltning af C5 og C6), medial (fra C7) og ringere (grene af C8 og T1). Alvorlige skader, især på grund af trafikulykker, fører ofte til avulsion af BP-nerverødderne, og sådan dysfunktion har en ødelæggende virkning på patienter1. Som en kraftfuld klinisk tilgang er krydsning af nerveoverførselskirurgi blevet udført for at reparere avulsionsskader til BP ved at forbinde de skadede nerveender til den sunde side af BP 2,3. Denne operation resulterer i funktionelle forbedringer af skadede hænder og direkte omorganisering af den sensorimotoriske cortex i begge halvkugler hos patienter4. Dyreforsøg har vist, at drastisk reorganisering i de kortikale kredsløb blev induceret efter krydsning af nerveoverførsel5. Fordi perifer sensorimotorisk modifikation kan genaktivere den sovende plasticitet i den modne hjerne, udviser krydsning af nerveoverførselskirurgi også stort potentiale i reparation af hjerneskader6.
For nylig bekræftede vi muligheden for kreativ brug af krydsende nerveoverførsel som en ny perifer nerveændringsstrategi for problemer med centralnervesystemet. En type krydsende nerveoverførselskirurgi, kontralateral cervikal syvende nerveoverførsel (CC7), blev anvendt til at opnå signifikant funktionel genopretning af den lammede arm ved at overføre C7-nerven fra den ikke-lammede side til den lammede side hos patienten efter hjerneskade7. Et unikt træk ved denne kirurgiske operation er, at de sensoriske og motoriske signaler fra den lammede øvre ekstremitet kommunikerede til den kontralesionelle halvkugle gennem den “venstre-højre crossover” forskudte nerve. Især er den funktionelle genopretning forårsaget af CC7-kirurgi ikke begrænset til den funktion, der er innerveret af selve C7-nerven8. Derudover kan CC7-kirurgi ikke kun bruges til behandling af børn med cerebral parese, men også til at opnå rehabilitering hos midaldrende og ældre slagtilfældepatienter. Derfor er der tilstrækkelig grund til at tro, at krydsning af nerveoverførsel kan stimulere neuroplasticitet til at fremskynde motorisk genopretning fra hjerneskade ved at modulere det perifere sensorimotoriske system.
Selvom krydsning af nerveoverførselskirurgi har opnået betydelig rehabilitering i den kliniske behandling af både brachial plexusskader (BPI) og hjerneskade, forbliver de neurale mekanismer, der ligger til grund for denne operation, dårligt forstået. Manglen på en passende dyremodel med kliniske træk har begrænset undersøgelsen af interne mekanismer. Traditionelt overføres C7-nerveroden kontralateralt til læsionen i klinikken til den skadede side gennem et nervetransplantat (f.eks. Ulnarnerve, sural nerve eller saphenøs nerve) og forbundet med den berørte brachiale plexus (f.eks. Mediannerve, C7-rod eller nedre bagagerum)2,3,9. En relativt ny ændring af denne operation indebærer, at den upåvirkede C7-rod overføres direkte til den berørte C7-nerve via præspinalruten uden noget hul, hvilket tyder på en optimal løsning7. I øjeblikket udviser mus en fordel i celletypespecificitet og genetisk stammediversitet og er mere egnede til at studere neurofysiologiske mekanismer. Derfor blev klinisk kirurgi simuleret for at etablere en protokol for direkte anastomose af bilaterale C7-nerverødder via præspinalruten hos mus og bidrage til undersøgelsen af de neurale mekanismer, der ligger til grund for rehabilitering ved krydsning af nerveoverførsel.
I klinikken er krydsning af nerveoverførselskirurgi blevet brugt til behandling af patienter med brachial plexus avulsionsskade og efter hjerneskade, såsom slagtilfælde og TBI 7,9,12. Især er hjerneskade en alvorlig neurologisk tilstand, der kan føre til flere komplikationer, herunder epilepsi, cerebral brok og infektion13. Ikke alle patienter med ensidig hjerneskade er egnede til CC7-kirurgi. Generelt er CC7-kirurgi blevet udført hos patienter med central hemiplegi i det kroniske stadium (6 måneder efter skade) for at undgå påvirkning af hjerneødem så meget som muligt. Patienter med kognitiv svækkelse og quadriplegi efter hjerneskade udelukkes fra behandling for CC7-kirurgi.
De fleste undersøgelser har rapporteret ved hjælp af en subkutan tilgang og sural eller ulnar nervetransplantat anastomose til at overføre den kontralaterale C7 nerverod14,15. Imidlertid kræver nerveregenerering ved sådanne metoder seks måneder, hvilket kan hindre motorgendannelsesprocessen og endda potentielt påvirke hjernens plasticitet14. I tidligere undersøgelser blev kontralateral C7-overførsel udført hos rotter, og den bilaterale C7-nerve blev anvendt via 4 tråde af den interpositionelle autograferede suralnerve. Der har dog ikke været rapporter om C7-nerveoverførsel via præspinalvejen hos mus. Vi udførte CC7-kirurgi af den modificerede præspinale rute hos mus og verificerede hastigheden af funktionel genopretning efter C7-nerveoverførsel. I denne undersøgelse forbedrede kontralateral C7-nerveoverførsel via præspinalvejen lammet lemfunktion en måned efter operationen, hvilket afspejler en kortere restitutionstid for den nervepodede dyremodel. Derfor kunne denne model præcist simulere kliniske situationer og lægge grundlaget for yderligere eksperimenter.
Hvordan man dissekerer nerveroden og reducerer risikoen er væsentlige spørgsmål for C7-overførsel. I modsætning til hos mennesker er musens brachiale plexus placeret i brystet under kravebenet 5,16. Derfor måtte adgangsstrategien ændres for at muliggøre observation af roden af C7-nerven og rygsøjlen17. Sternotomi er en sikker og effektiv operativ tilgang og anvendes almindeligvis i museforsøg i kardiothoraxkirurgi18,19. C6 lamina ventrali er også en hindring for overførsel af nerver. Således blev sternotomikirurgi udført for at dissekere C7-nerveroden og adskille C6 lamina ventrali for at forkorte overførselsafstanden.
Selvom præspinalruten kan øge succesraten for direkte anastomose af nerveoverførselskirurgi betydeligt, kan ikke alle mus anastomoseres direkte. Dette skyldes hovedsageligt de anatomiske forskelle i disse mus. Den midterste bagagerum (C7-nerven) smelter sammen med den øvre eller nedre stamme på et sted meget tæt på de intervertebrale foramen. Således er længden af C7-nerverne, der er tilgængelige til høst, utilstrækkelig. I øjeblikket er den eneste tilgang nervetransplantation eller udskiftning af mus. Denne model anvendes typisk i 8 uger gamle mus (20-25 g), da musene er modne og C7-nerverne er af tilstrækkelig størrelse til at blive håndteret. Selvom denne kirurgiske protokol også gælder for unge mus, vil operationens sværhedsgrad øges betydeligt hos yngre mus.
Forbenets motoriske funktion hos mus i TBI + CC7-gruppen blev signifikant øget efter en måned og to måneder, hvilket tyder på, at den overførte C7-nerve bidrog til genopretningen af det nedsatte forben. Remyelinering er afgørende for funktionel neural genopretning. En tidligere undersøgelse viste, at myelinskederne af skadede nerver regenererede efter en måned, i overensstemmelse med disse resultater20. Her modnedes den overførte nerve gradvist, hvilket var i overensstemmelse med adfærdstesten. Elektromyografi blev brugt til yderligere at teste hastigheden af funktionel genopretning efter nerveoverførsel. Resultaterne viste, at den overførte nerve innerverede den berørte muskel 4 uger efter operationen. Især er denne undersøgelse den første til at bestemme tidspunktet for reinnervering med en direkte anastomose efter krydsning af nerveoverførselskirurgi.
Sammenfattende simulerede vi klinisk kirurgi for at etablere en protokol for direkte anastomose af bilaterale brachial plexusnerver via præspinalruten hos mus og bekræftede funktionen af den forskudte nerve. Musemodellen bidrog til belysning af de neurale mekanismer, der ligger til grund for rehabilitering ved krydsning af nerveoverførsel efter skader på det centrale og perifere nervesystem.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af 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 |