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Presentiamo una tecnica per l'inserimento di un catetere spinale lombare a livello L4-L5 in un suino Landrace danese di 3 mesi come parte di un protocollo di ricerca terminale, che consente l'infusione continua o il campionamento del liquido cerebrospinale dal sacco tecale.
I suini sono sempre più utilizzati come modello animale di grandi dimensioni per la ricerca farmacologica sul SNC a causa delle somiglianze anatomiche e fisiologiche tra il sistema nervoso centrale (SNC) suino e quello umano. Tuttavia, l'accesso al liquido cerebrospinale (CSF) nelle razze suine più grandi con le tecniche convenzionali di puntura lombare può essere difficile a causa di un orientamento obliquo dei processi spinosi spinali e di uno spazio interlaminare limitato. Di conseguenza, in questo lavoro viene descritta in modo approfondito una procedura chirurgica aperta per l'inserimento di un catetere spinale lombare lombare per il campionamento continuo del liquido cerebrospinale a livello L4/L5 nei suini. Dopo aver posizionato il maiale e identificato i punti di riferimento anatomici, viene praticata un'incisione chirurgica della linea mediana dorsale per esporre i processi spinosi. Facendo avanzare l'ago introduttore, il catetere spinale viene inserito all'interno del sacco tecale del canale spinale lasciando intatte le strutture ossee della colonna vertebrale. Questo metodo consente l'infusione continua o il campionamento dal sacco tecale suino con sanguinamento minimo o perdita di liquido cerebrospinale. La procedura è semplice, efficiente in termini di tempo e riproducibile in diverse configurazioni sperimentali, offrendo un potenziale significativo per vari studi preclinici, tra cui la ricerca farmacocinetica, la formazione chirurgica e i modelli di lesioni del midollo spinale.
I modelli animali sono essenziali quando limitazioni etiche o pratiche impediscono l'uso di soggetti umani per studiare malattie o testare metodi chirurgici. Sebbene i roditori siano comunemente usati a causa del loro basso costo, la loro rilevanza traslazionale è limitata da differenze significative rispetto agli esseri umani1. I suini, tuttavia, offrono diversi vantaggi rispetto ai roditori, tra cui somiglianze anatomiche e fisiologiche con l'uomo, soprattutto nel contesto della ricerca sul SNC 1,2. I modelli canini sono storicamente serviti come modelli sperimentali per la ricerca sul SNC, ma negli ultimi anni considerazioni etiche hanno limitato l'uso dei cani3. Inoltre, le dimensioni comparabili degli organi suini a quelle umane ne migliorano l'uso nella ricerca chirurgica e nella formazione procedurale4. Il SNC e la colonna vertebrale suina rispecchiano da vicino quelli degli esseri umani, con somiglianze nell'architettura e nella funzionalità del cervello e del midollo spinale 1,5,6. È importante sottolineare che le dimensioni della colonna vertebrale e del canale spinale nei suini li rendono adatti a vari studi preclinici 7,8, tra cui la formazione procedurale chirurgica 9,10, la penetrazione di farmaci 11,12,13 e le lesioni del midollo spinale14.
L'accesso al CSF nei modelli suini è fondamentale in molte configurazioni sperimentali. Mentre la puntura lombare fornisce un metodo per il campionamento singolare del liquido cerebrospinale o la somministrazione intratecale di farmaci, le punture lombari ripetute non sono pratiche. Rappresentano un potenziale rischio di ematomi intraspinali, danni ai nervi e contaminazione del liquido cerebrospinale con il sangue. Nei pazienti umani, i microcateteri spinali sono comunemente usati per il drenaggio continuo del liquido cerebrospinale lombare nelle emorragie subaracnoidei aneurismatiche e dovrebbero, a causa delle somiglianze dimensionali, essere ugualmente adatti per il campionamento continuo del liquido cerebrospinale nei suini. Tuttavia, le differenze anatomiche specie-specifiche nei suini presentano sfide uniche per l'accesso al liquido cerebrospinale. Ad esempio, la presenza di lamine sovrapposte, legamenti ossificati e abbondante tessuto adiposo epidurale rende meno affidabili le tecniche convenzionali di puntura lombare percutanea15. Nei maialini di Gottinga è stato impiegato un metodo percutaneo minimamente invasivo, che consente il campionamento seriale del liquido cerebrospinale16. Questo metodo si basa sull'identificazione manuale degli spazi intervertebrali lombari e il cateterismo stesso viene eseguito senza la visualizzazione dell'introduttore. Tuttavia, questa tecnica è meno adatta per i suini più grandi, poiché le variazioni anatomiche delle dimensioni vertebrali, i processi spinosi e la quantità di tessuto adiposo epidurale rendono più difficile il cateterismo percutaneo15. Pertanto, nei modelli suini più grandi possono essere necessari metodi più invasivi che comportano l'esposizione della colonna vertebrale per garantire un posizionamento affidabile del catetere.
Lo scopo di questo manoscritto è quello di descrivere la procedura chirurgica per l'inserimento di un catetere spinale nel sacco tecale suino a livello L4/L5. La procedura prevede il posizionamento del soggetto, la pianificazione dell'incisione chirurgica in base ai punti di riferimento anatomici e l'accesso alle strutture ossee posteriori della colonna vertebrale prima del cateterismo.
I soggetti sono stati alloggiati in conformità con le normative locali sotto l'approvazione dell'Ispettorato danese per gli esperimenti sugli animali (licenza n. 2020-15-0201-00401). Informazioni sul soggetto: Suino domestico, femmina, circa 40 kg, 3 mesi di età.
1. Alloggio del soggetto e digiuno preoperatorio
2. Anestesia e monitoraggio
3. Posizionamento degli animali
4. Preparazione delle attrezzature chirurgiche
5. Identificazione dei principali punti di riferimento anatomici
6. Esposizione dei processi spinosi
7. Accesso alla sacca tecaria
8. Inserimento del catetere nella sacca tecale
9. Somministrazione di lipopolisaccaride
10. Campionamento del liquido cerebrospinale
11. Eutanasia
La posizione prona del maiale ottimizza l'accesso chirurgico alle vertebre lombari. L'uso di sacchi di sabbia di supporto aumenta l'angolazione tra i processi spinosi lombari adiacenti, migliorando così l'accesso al canale spinale.
Il presente studio mirava a indagare la risposta infiammatoria all'interno del compartimento liquorale dopo l'inoculazione intraventricolare con lipopolisaccaride di E. coli . Un totale di 10 suini sono stati sottoposti alla procedura e le successive analisi del liquido cerebrospinale hanno rivelato un aumento dei leucociti totali medi del liquido cerebrospinale da 30 x 106/L (intervallo 17-39) a 0 ore a 19.720 x 106/L (11.353-30.546) a 12 ore e un aumento dell'albumina del liquido cerebrospinale di 0,05 g/L (0,03-0,07) a 0,15 g/L (0,14-0,17) a 12 ore, confermando così l'infiammazione cerebrale e che tutti i cateteri spinali sono stati posizionati correttamente utilizzando la tecnica presentata (Figura 7). Nel presente studio, i punti di riferimento anatomici chiave - in particolare le creste iliache, l'osso sacro e i processi spinosi di L4, L5 e L6 - sono stati utilizzati per localizzare con precisione la linea mediana vertebrale prima dell'incisione (Figura 1). Dopo l'incisione attraverso la pelle e i tessuti sottocutanei, il legamento sovraspinoso e i processi spinosi di L4, L5 e L6 sono stati esposti, confermando la linea mediana anatomica (Figura 2). La dissezione continua e l'esposizione delle lamine dei processi spinosi hanno permesso l'identificazione degli spazi intervertebrali tra L4/L5, L5/L6 e L6/S1 mediante palpazione manuale. Questi spazi erano particolarmente adatti come punti di riferimento anatomici grazie alla loro vicinanza al canale spinale sottostante (Figura 3).
L'inserimento graduale dell'introduttore all'inclinazione orizzontale di 30° e cranica di 45° ha portato all'ingresso riuscito nel sacco tecale, confermato dal visibile flusso spontaneo di liquido cerebrospinale. Garantire che lo smusso dell'introduttore fosse rivolto cranialmente ha consentito un inserimento regolare del catetere dopo il cateterismo. Una volta rimosso il filo guida, il corretto posizionamento del catetere è stato convalidato dall'aspirazione del liquido cerebrospinale. Il successo complessivo della procedura è stato determinato dai seguenti criteri: (a) non si è verificato alcun sanguinamento importante durante l'incisione, (b) l'introduttore è rimasto privo di sangue all'ingresso nel canale spinale, (c) non c'è stata perdita di liquido cerebrospinale nel campo chirurgico e (d) il liquido cerebrospinale poteva essere aspirato ripetutamente dal catetere.
Ci si devono aspettare emorragie minori durante le fasi iniziali dell'incisione a causa della natura ben vascolarizzata del tessuto. Le arterie più piccole sono state riscontrate frequentemente, evidenziando la necessità di cauterizzazione. Il divaricatore chirurgico è stato utilizzato anche per applicare pressione e ottenere l'emostasi. Durante le incisioni più profonde, occasionalmente si incontravano piccole vene intervertebrali, che potevano essere difficili da controllare a causa della loro posizione. Poiché è difficile applicare pressione o cauterizzare in quest'area, un'attenta tecnica chirurgica è fondamentale per evitare tale sanguinamento venoso. Poiché il catetere era destinato al posizionamento a lungo termine, era essenziale prevenire il sanguinamento per evitare la formazione di ematomi. In caso di tale sanguinamento venoso, l'emostasi può essere ottenuta attraverso cotoidi applicati con pressione diretta localizzata.
L'integrità dello spazio epidurale del canale spinale è stata valutata ispezionando il tessuto che circonda il catetere per verificare la presenza di perdite di liquido cerebrospinale. Qualsiasi perdita apparirebbe come un accumulo di liquido simile all'acqua nel tessuto. In questo caso, è stato confermato che la dura madre che circonda il catetere è stata confermata intatta, poiché non è stata osservata alcuna perdita di liquido cerebrospinale durante o dopo la procedura (Figura 6). Infine, l'aspirazione costante del liquido cerebrospinale attraverso il catetere ha ulteriormente convalidato il corretto posizionamento all'interno della cisterna lombare del sacco tecale.
Figura 1: Immagine della colonna lombare del maiale con punti di riferimento anatomici identificati dalla palpazione manuale. L'osso sacro, le creste iliache e i processi spinosi di L4, L5 e L6. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Tomografia computerizzata tridimensionale dell'aspetto lombare della colonna vertebrale suina visualizzata da una prospettiva posteriore. I punti di riferimento anatomici sono evidenziati in blu (processi spinosi), rosso (creste iliache) e verde (osso sacro) con la loro rispettiva relazione con il canale spinale (giallo). La via di inserimento dell'introduttore è evidenziata in rosso tratteggiato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Immagine dei processi spinosi esposti di L5 e L6 con legamento interspinale adiacente visto da una prospettiva laterale. La presenza di questi processi spinosi conferma la corretta localizzazione anatomica dell'apertura chirurgica. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Tomografia computerizzata tridimensionale dell'aspetto lombare della colonna vertebrale suina visualizzata da una prospettiva laterale. I punti di riferimento anatomici sono evidenziati in blu (processi spinosi), rosso (creste iliache) e verde (osso sacro) con la loro rispettiva relazione con il canale spinale (giallo). La via di inserimento dell'introduttore è evidenziata in rosso tratteggiato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Immagine del corretto posizionamento dell'introduttore inclinato verso lo spazio interlaminare L4/L5 visto da una prospettiva posterolaterale. L'introduttore deve essere fatto avanzare gradualmente millimetro per millimetro fino a quando il legamento flavum non è stato penetrato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: Immagine del catetere inserito nel canale spinale attraverso lo spazio interlaminare L4/L5. Il posizionamento del catetere all'interno del canale spinale è confermato se il liquido cerebrospinale può essere aspirato ripetutamente. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 7: Grafici della concentrazione temporale della conta totale dei leucociti nel liquido cerebrospinale (arancione) e dell'albumina nel liquido cerebrospinale (blu) dopo l'inoculazione intraventricolare di LPS misurata a 0 ore, 12 ore e 24 ore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
La procedura dimostrata per l'inserimento del catetere lombare per il campionamento continuo del liquido cerebrospinale nei suini prevede diversi passaggi cruciali. In primo luogo, è necessario esporre il livello vertebrale corretto per garantire le condizioni ottimali per il successo del cateterismo. Il midollo spinale suino si estende ulteriormente caudalmente rispetto all'uomo, raggiungendo il livello S2-S315, in contrasto con il cono midollare umano, che termina al livello L1-L220. Di conseguenza, l'accesso alla cisterna lombare per il campionamento del liquido cerebrospinale è più difficile nei suini, in particolare a livelli lombari più elevati dove il midollo spinale occupa una parte maggiore dello spazio intratecale. Nella nostra esperienza, i livelli L4/L5 o L5/L6 sono sezioni adatte per il cateterismo, poiché il midollo spinale occupa una frazione leggermente più piccola del canale spinale in questi segmenti21.
L'approccio chirurgico qui presentato contrasta con metodi meno invasivi, come il modello di raccolta del liquido cerebrospinale minimamente invasivo sviluppato da Bergadano et al., che utilizzava la puntura lombare percutanea nei minipig di Gottinga16. Nella loro tecnica, gli spazi intervertebrali della colonna lombare vengono identificati attraverso la palpazione manuale e mirati per l'inserimento dell'introduttore con un'inclinazione orizzontale di 45°. La conferma del corretto posizionamento dell'introduttore all'interno dello spazio epidurale si basa sulla percezione della perdita di resistenza durante il cateterismo. Sebbene le tecniche minimamente invasive offrano il vantaggio di ridurre il danno tissutale e i tempi di recupero più rapidi, presentano anche potenziali limitazioni nelle razze suine più grandi come il Landrace danese. Ad esempio, Pleticha et al. hanno identificato diverse caratteristiche anatomiche, come la sovrapposizione delle lamine, i legamenti ossificati e l'abbondanza di grasso epidurale nei suini di grandi dimensioni, che rendono la puntura lombare più inaffidabile senza guida di imaging15. Di conseguenza, possono essere necessari più tentativi di puntura, il che aumenta il rischio di sanguinamento, perdite di liquido cerebrospinale e contaminazione del sangue dei campioni di liquido cerebrospinale.
In confronto, Pleticha et al. hanno impiegato con successo una tecnica di puntura lombare laterale guidata da TC per superare queste sfide anatomiche, ottenendo un accesso intratecale preciso nei suini più grandi15. L'argomento a favore dell'utilizzo della guida per immagini è che la palpazione manuale non è in grado di identificare i punti di riferimento anatomici con la necessaria riproducibilità. Di conseguenza, la guida per immagini (come l'ecografia o la fluoroscopia) è effettivamente necessaria per l'esatta identificazione anatomica15,22. Sebbene questo metodo laterale presentato da Pleticha et al. offra vantaggi significativi nelle strutture dotate di capacità di imaging, potrebbe non essere fattibile in tutti gli ambienti di laboratorio a causa della necessità di apparecchiature TC. Il metodo chirurgico qui descritto, sebbene più invasivo, fornisce un'alternativa pratica che può essere facilmente implementata nei laboratori senza accesso all'imaging TC. Esponendo i processi spinosi e gli spazi intervertebrali, questo approccio consente la conferma visiva diretta dell'ingresso dei cateteri nella cisterna lombare, riducendo la necessità di tentativi ripetuti e minimizzando le complicanze.
Un'altra considerazione importante è il danno tissutale e le complicanze postoperatorie associate a qualsiasi approccio chirurgico aperto. Sebbene il metodo qui descritto fornisca un'eccellente visualizzazione della colonna vertebrale e un posizionamento affidabile del catetere, provoca anche una maggiore rottura dei tessuti rispetto alle tecniche minimamente invasive. Ciò può limitarne l'applicazione negli studi di sopravvivenza, dove preservare l'integrità muscolare e ridurre il rischio di infezione è fondamentale. Tuttavia, con un'attenta tecnica chirurgica e l'uso del cauterismo monopolare per controllare il sanguinamento, il rischio di complicanze postoperatorie può essere ridotto al minimo. Sebbene il metodo presentato sia stato utilizzato in uno studio di non sopravvivenza sull'infiammazione cerebrale a seguito di inoculazione intraventricolare con lipopolisaccaride di E. coli in 10 suini, riteniamo che il metodo possa essere adattato agli studi di sopravvivenza, poiché la fascia e la pelle possono essere suturate attorno al catetere posizionato. In uno studio di potenziale sopravvivenza, è fondamentale monitorare il soggetto per segni di deficit neurologici o infezioni nella fase postoperatoria.
Nel complesso, il metodo chirurgico qui presentato offre diversi vantaggi rispetto alle tecniche meno invasive. Esponendo una porzione più ampia della colonna vertebrale, questo approccio consente un posizionamento preciso dell'introduttore e del catetere al primo tentativo, riducendo così il rischio di contaminazione del liquido cerebrospinale con il sangue e garantendo un campionamento coerente del liquido cerebrospinale. In base alla nostra esperienza, questo metodo consente una raccolta affidabile di liquido cerebrospinale a una velocità di circa 0,5 mL/h per un periodo di 24 ore. Se il flusso di liquido cerebrospinale diminuisce, una leggera retrazione del catetere di alcuni millimetri spesso ripristina la pervietà. Inoltre, l'osservazione diretta del campo chirurgico consente di rilevare potenziali complicanze, come la perdita di liquido cerebrospinale. Questo metodo offre anche flessibilità per studi futuri che potrebbero richiedere l'impianto di più cateteri o strumenti aggiuntivi.
In conclusione, riteniamo che il metodo presentato sia semplice e riproducibile, con applicazioni significative in vari futuri modelli suini rilevanti per il midollo spinale suino, in particolare nei modelli che richiedono un ampio campionamento del liquido cerebrospinale o la strumentalizzazione del canale spinale suino.
Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.
Gli autori desiderano esprimere la nostra sincera gratitudine per l'esperienza condivisa dal personale del Laboratorio Biomedico dell'Ospedale Universitario di Aalborg, in Danimarca.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Adjustable operating table | N/A | N/A | |
Bair Hugger heater | 3M | B5005241003 | |
Bair Hugger heating blanket | 3M | B5005241003 | |
Endotracheal tube size 6.5 | DVMed | DVM-107860 | Cuffed endotracheal tube |
Euthasol Vet | Dechra Veterinary Products A/S | 380019 | phentobarbital for euthanazia, 400mg/mL |
Foley Catheter 12F | Becton, Dickinson and Company | D175812E | Catheter with in-built thermosensor |
Intravenous peripheral catheter | Avantor | BDAM381344 | Size G18 |
Intravenous sheath | Coris Avanti | Avanti Cordis Femoral Sheath 6F | |
Monopolar, ForceTriad System | Medtronic | ||
Plastic Syringe, 2 mL | Becton, Dickinson and Company | 300928 | |
Primus respirator | Dräger | Respirator with in-built vaporiser for supplementary Sevofluran anesthisa | |
Self-retaining retractor | World Precission Instruments | 501722 | Weitlander retractor, self-retaining, 14 cm blunt |
Silicone Lumbar Catheter incl. Introducer | Integra | NL8508330 | |
Sterile Saline | Fresnius Kabi | 805541 | 1000 mL |
Sterile surgical swaps | |||
Surgical scalpel no 24 | Swann Morton | 5.03396E+12 | Swann Morton Sterile Disposable Scalpel No. 24 |
Zoletil Vet | Virbac | Medical mixture for induction of anesthesia |
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