RU2768486C1

RU2768486C1 - Method for modeling traumatic injury of spinal cord from vental access in lumbar spine

Info

Publication number: RU2768486C1
Application number: RU2021124504A
Authority: RU
Inventors: Сергей Валентинович Виссарионов; Тимофей Сергеевич Рыбинских; Марат Сергеевич Асадулаев; Антон Сергеевич Шабунин
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2022-03-24

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention relates to medicine, namely to experimental medicine, neurosurgery, traumatology and orthopedics, and can be used for modeling traumatic spinal cord injury in the lumbar region. Surgical access to the spinal column and damage to the spinal cord is carried out from the ventral retroperitoneal approach. The skin, subcutaneous adipose tissue and external oblique muscle of the abdomen are dissected along the pararectal line of the abdomen. Using a blunt method, the external and internal oblique muscles of the abdomen are stratified to the spine. The internal oblique and transverse abdominal muscles are dissected along the line of the transverse processes to access the retroperitoneal space. The organs and retroperitoneal tissue are pushed aside, a 3-5 mm hole is drilled in the vertebral body with a bone cutter with a diameter of 3 mm, through which the spinal cord is damaged using a percussion device.

EFFECT: method ensures the creation of a persistent neurological deficit in the form of severe paresis of the limbs, which is not accompanied by the death of a laboratory animal due to the technique of access to the structures of the spine.

1 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к экспериментальной медицине и может быть использовано в нейрохирургии, травматологии и ортопедии для исследований и отработки различных методов лечения изолированного травматического повреждения спинногомозга.The invention relates to experimental medicine and can be used in neurosurgery, traumatology and orthopedics for research and development of various methods of treatment of isolated traumatic spinal cord injury.

В настоящее время известен ряд способов экспериментального моделированияповреждения спинного мозга (далее ТСМ), которые можно объединить в следующие группы:Currently, there are a number of methods for experimental modeling of spinal cord injury (hereinafter referred to as SCI), which can be grouped into the following groups:

1) модели ишемического повреждения спинного мозга - патент №2 212 058 иркутского государственного медицинского университета;1) models of ischemic damage to the spinal cord - patent No. 2 212 058 of the Irkutsk State Medical University;

2) модели травматического повреждения спинного мозга, которые в свою очередь можно разделить на:2) models of traumatic spinal cord injury, which in turn can be divided into:

травмирование падающим предметом или улучшенные модели, со стандартизацией наносимого травмирующего воздействия с помощью пневматических, электромагнитных устройств - патент №2 704 103 ННИИТО им. Я.Л. Цивьяна;

injury by a falling object or improved models, with the standardization of the inflicted traumatic effect with the help of pneumatic, electromagnetic devices Ya.L. Tsivyan;

модели дистракционного повреждения - патент №2 461 071 омской государственной медицинской академии;

models of distraction damage - patent No. 2 461 071 of the Omsk State Medical Academy;

другие варианты механического воздействия на спинной мозг (сосудистыми зажимами, винтом, пинцетом, надувным баллоном, помещенным в эпидуральное пространство) - работы FukudaS; РоопР и др.;

other options for mechanical impact on the spinal cord (vascular clamps, screw, tweezers, inflatable balloon placed in the epidural space) - the work of FukudaS; RoopR and others;

модели транссекции/гемисекции СМ - патент №2 411 589 Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН;

models of transection/hemisection of the SM I.P. Pavlov RAS;

3) модели фотохимического повреждения спинного мозга - работы WatsonBD и соавт.3) models of photochemical damage to the spinal cord - the work of WatsonBD et al.

Приведенные способы воспроизводят в эксперименте различные варианты повреждения спинного мозга. Опора на единственную модель повреждения не отражает всю гетерогенность ТСМ, возможных у человека, и может привести к тому, что будут упущены многообещающие виды лечения, которые могли бы быть эффективными в другой модели.The above methods reproduce in the experiment various variants of spinal cord injury. Relying on a single injury model does not capture all of the heterogeneity of SCI that is possible in humans and may result in missing promising treatments that might be effective in another model.

Данная модель относится к травматическим повреждениям спинного мозга (контузия). Ближайшим аналогом и прототипом послужил патент №2 704 103 ННИИТО им. Я.Л. Цивьяна. К недостаткам данного способа относится то, что повреждения у экспериментальных животных моделируют путем воздействия травмирующего фактора из дорсального доступа, тогда как большинство травм в клинической практике происходят со стороны передней части спинного мозга. ТСМ у пациентов сопровождается повреждением нисходящих нервных путей, идущих в переднем канатике, и передней спинномозговой артерии, которая снабжает три четверти ткани спинного мозга, в то время как при моделировании данным способом повреждаются дорсальные артерии. Также при моделировании ТСМ для доступа к спинному мозгу и непосредственного его повреждения используют ламинэктомию, которая может имитировать хирургическую декомпрессию и изменять патофизиологический ответ на травму, путем изменения кровотока и ограничения отека. Перечисленные недостатки модели могут помешать изучению патологических процессов и новых методов лечения травматических повреждений спинного мозга.This model refers to traumatic injuries of the spinal cord (contusion). The closest analogue and prototype was patent No. 2 704 103 NNIIT them. Ya.L. Tsivyan. The disadvantages of this method include the fact that injuries in experimental animals are modeled by exposure to a traumatic factor from the dorsal approach, while most injuries in clinical practice occur from the anterior part of the spinal cord. SCI in patients is accompanied by damage to the descending neural pathways that run in the anterior funiculus and the anterior spinal artery, which supplies three-quarters of the tissue of the spinal cord, while dorsal arteries are damaged when modeled in this way. Also, when modeling SCI, laminectomy is used to access the spinal cord and directly damage it, which can mimic surgical decompression and change the pathophysiological response to injury by changing blood flow and limiting edema. These shortcomings of the model may hinder the study of pathological processes and new methods of treatment of traumatic spinal cord injuries.

До настоящего времени отсутствуют полноценные методы лечения травматических повреждений спинного мозга, которые позволяли восстановить неврологический дефицит и вернуть больным двигательную активность, в связи с этим исследования в данном направлении остаются крайне актуальными. Согласно литературным данным, результаты доклинических исследований новых методов лечения травмы спинного мозга при попытке внедрения их в клиническую практику часто оказываются переоцененными. Одной из основных причин данной проблемы является неспособность используемых методов моделирования ТСМ воспроизвести в эксперименте многофакторные условия возникновения ТСМ у человека. Создание адекватной экспериментальной модели повреждения спинного мозга у лабораторных животных, при котором механизм травмы, зона и характер изменений были бы идентичны происходящим у человека, важно для оценки и анализа патологических процессов, а также разработки методов комплексной терапии.Until now, there are no full-fledged methods of treatment of traumatic spinal cord injuries, which would allow restoring neurological deficit and returning motor activity to patients, in connection with this, research in this direction remains extremely relevant. According to the literature, the results of preclinical studies of new methods of treating spinal cord injury when trying to introduce them into clinical practice are often overestimated. One of the main reasons for this problem is the inability of the SCI modeling methods used to reproduce in the experiment the multifactorial conditions for the onset of SCI in humans. The creation of an adequate experimental model of spinal cord injury in laboratory animals, in which the mechanism of injury, the zone and nature of the changes would be identical to those occurring in humans, is important for the assessment and analysis of pathological processes, as well as the development of complex therapy methods.

Задачей (технический результат) предлагаемого изобретения являются разработка способа моделирования травматического повреждения спинного мозга в поясничном отделе из вентрального доступа без ламинэктомии, обеспечивающий стандартизированный стойкий неврологический дефицит в виде грубых парезов конечностей, не сопровождающейся гибелью лабораторного животного.The objective (technical result) of the present invention is to develop a method for modeling traumatic injury to the spinal cord in the lumbar region from the ventral access without laminectomy, which provides a standardized persistent neurological deficit in the form of severe paresis of the limbs, not accompanied by the death of a laboratory animal.

Способ моделирования спинномозговой травмы включает проведение анестезии и нанесение травматического повреждения спинного мозга. Согласно предлагаемому изобретению, травмирование спинного мозга осуществляют путем выполнения доступа к передним структурам позвоночника и спинного мозга. Для этого операционное поле выбривали от реберной дуги до таза и обрабатывали раствором спиртового антисептика. Скальпелем производили линейный разрез кожи и подкожной жировой клетчатки по параректальной линии живота. Рассекали первый слой мышц передней брюшной стенки (наружная косая мышца), далее тупым методом расслаивали слои мышц до позвоночника (наружная и внутренняя косая мышцы). Ввиду малой толщины и прочности кроличьей брюшины и большой вероятностью ее повреждения, доступ к забрюшинному пространству производили как можно ближе к позвоночнику. По краю поперечных отростков рассекали внутреннюю косую и поперечную мышцы. Производили ревизию забрюшинного пространства и идентификацию позвонка L2. Затем при помощи лопаток отодвигали в сторону забрюшинную клетчатку и органы забрюшинного пространства. С помощью изогнутого распатора Фарабефа и коагулятора тело позвонка L2 освобождали от мышц, связок и надкостницы. С помощью костной фрезы диаметром 3 мм в центре телаЬ2 позвонка высверливали отверстие диаметром 3-5 мм. Аккуратно извлекали костную стружку, не повреждая дурального мешка. При помощи ударной установки наносили стандартизированное повреждение спинного мозга (100 г с высоты 20 см). При проведении данного вмешательства и нанесения повреждения спинного мозга позвоночник в стабилизации не нуждался. Обеспечивался гемостаз. Рана послойно ушивалась наглухо.The method for modeling spinal cord injury includes anesthesia and infliction of traumatic injury to the spinal cord. According to the invention, spinal cord injury is carried out by accessing the anterior structures of the spine and spinal cord. To do this, the surgical field was shaved from the costal arch to the pelvis and treated with an alcohol antiseptic solution. A scalpel was used to make a linear incision of the skin and subcutaneous adipose tissue along the pararectal line of the abdomen. The first layer of muscles of the anterior abdominal wall (external oblique muscle) was dissected, then the layers of muscles were stratified to the spine (external and internal oblique muscles) using a blunt method. Due to the small thickness and strength of the rabbit peritoneum and the high probability of its damage, access to the retroperitoneal space was made as close as possible to the spine. The internal oblique and transverse muscles were dissected along the edge of the transverse processes. The retroperitoneal space was inspected and the L2 vertebra was identified. Then, with the help of shoulder blades, the retroperitoneal tissue and organs of the retroperitoneal space were pushed aside. The L2 vertebral body was freed from muscles, ligaments, and periosteum using a curved Farabef rasp and a coagulator. Using a bone cutter with a diameter of 3 mm, a hole with a diameter of 3–5 mm was drilled in the center of the body of the L2 vertebra. The bone chips were carefully removed without damaging the dural sac. A standardized injury to the spinal cord (100 g from a height of 20 cm) was applied using a percussion machine. During this intervention and causing damage to the spinal cord, the spine did not need stabilization. Provided hemostasis. The wound was sutured tightly in layers.

Повреждение спинного мозга производилось с помощью распространенной методики моделирования ТСМ «weightdrop» (перев. С англ.- Падение груза), концепция которой была создана еще Allen в 1911 году [10]. Ударная установка представляла собой металлический стержень массой 100 ги фиксированную в пространстве вертикально трубку, которая направляла этот стержень при падении. С помощью массы стержня и высоты его падения можно регулировать силу удара по спинному мозгу, следовательно, и тяжесть его повреждения. Пример 1Spinal cord injury was performed using the common SCI modeling technique “weightdrop”, the concept of which was created by Allen in 1911 [10]. The drum set was a metal rod weighing 100 gi, a tube fixed in space vertically, which guided this rod when it fell. With the help of the mass of the rod and the height of its fall, it is possible to regulate the force of impact on the spinal cord, and, consequently, the severity of its damage. Example 1

Лабораторное животное - взрослый кролик (5-6 месяцев) с массой тела 2800 грамм. Животное лишалось корма за 12 часов перед операцией. Наркотизацию животного производили при помощи смеси тилетамина/золазепама в соотношении 1:1 (Золетил 100) и ксилазила (Рометар) внутримышечно. Дозировки для вводного наркоза составляют 0.15 мл Золетил 100 на 1 кг веса животного, 0.1 мл Рометар на 1 кг веса животного. Поддерживающая доза рассчитывалась как половина вводной. Далее проводили хирургическое вмешательство по описанной методике. Продолжительность операции составила 1 час 45 минут, наркоза 2 часа 10 минут. Неврологический исход оценивали по шкале Тарлова сразу после операции, через 24 часа, 2,3,7,10 и 14 суток (сразу после операции и через 24 часа - 0 баллов, на 2,3,7,10 и 14 сутки - 1 балл). На 14 сутки животное выводили из эксперимента в состоянии наркоза внутривенной инъекцией 2% лидокаина.Laboratory animal - an adult rabbit (5-6 months) with a body weight of 2800 grams. The animal was deprived of food 12 hours before the operation. The animal was anesthetized with a mixture of tiletamine/zolazepam in a ratio of 1:1 (Zoletil 100) and xylazyl (Rometar) intramuscularly. Dosages for induction anesthesia are 0.15 ml Zoletil 100 per 1 kg of animal weight, 0.1 ml Rometar per 1 kg of animal weight. The maintenance dose was calculated as half of the introductory dose. Next, surgical intervention was performed according to the described method. The duration of the operation was 1 hour 45 minutes, anesthesia 2 hours 10 minutes. Neurological outcome was assessed on the Tarlov scale immediately after surgery, after 24 hours, 2,3,7,10 and 14 days (immediately after surgery and after 24 hours - 0 points, on 2,3,7,10 and 14 days - 1 point ). On the 14th day, the animal was taken out of the experiment in a state of anesthesia with an intravenous injection of 2% lidocaine.

Пример 2Example 2

Лабораторное животное - взрослый кролик (5-6 месяцев) с массой тела 2900 грамм. Животное лишалось корма за 12 часов перед операцией. Наркотизацию животного производили аналогично примеру 1. Далее проводили хирургическое вмешательство по описанной методике, но без повреждения спинного мозга ударной установкой. Продолжительность операции составила 1 час 20 минут, наркоза 1 час 40 минут. Неврологический исход оценивали по шкале Тарлова сразу после операции, через 24 часа, 2,3,7,10 и 14 суток (на всем протяжении наблюдения - 5 баллов). Это подтверждает то, что повреждение СМ вызывается ударной установкой, а не хирургическим доступом к нему.Laboratory animal - an adult rabbit (5-6 months) with a body weight of 2900 grams. The animal was deprived of food 12 hours before the operation. Anesthetization of the animal was performed analogously to example 1. Next, surgical intervention was performed according to the described method, but without damaging the spinal cord with a shock unit. The duration of the operation was 1 hour 20 minutes, anesthesia 1 hour 40 minutes. The neurological outcome was assessed on the Tarlov scale immediately after the operation, after 24 hours, 2, 3, 7, 10 and 14 days (over the entire observation period - 5 points). This confirms that the damage to the CM is caused by the percussion device, and not by surgical access to it.

Таким образом, предложенный способ моделирования спинномозговой травмы:Thus, the proposed method for modeling spinal cord injury:

- является новым и наиболее приближенным к клинической практике;- is new and closest to clinical practice;

- производится из вентрального доступа, не требует ламинэктомии и стабилизации позвоночника.- made from the ventral approach, does not require laminectomy and stabilization of the spine.

- отражает основные клинико-физиологические изменения при травме спинного мозга;- reflects the main clinical and physiological changes in spinal cord injury;

- является дозированным;- is dosed;

- позволяет изучить патогенез неврологического дефицита при травме спинного мозга;- allows to study the pathogenesis of neurological deficit in spinal cord injury;

Claims

A method for modeling a traumatic injury to the spinal cord in the lumbar region, involving surgical intervention, including general anesthesia, characterized in that surgical access to the spinal column and spinal cord injury was carried out from the ventral retroperitoneal approach, for which the skin, subcutaneous fatty tissue and external oblique muscle of the abdomen are dissected along the pararectal line of the abdomen, with a blunt method, the external and internal oblique muscles of the abdomen are stratified to the spine, along the line of the transverse processes, the internal oblique and transverse abdominal muscles are dissected to access the retroperitoneal space, the organs and retroperitoneal tissue are pushed aside, in the vertebral body with a bone cutter with a diameter of 3 mm a hole of 3-5 mm is drilled, through which the spinal cord is damaged using a percussion device.