수술 용 나사를 이용한 마취, 수술 및 수확 방법

여기에서는 생체 내 돼지 허리 받침 모델을 사용하여 경정맥 나사를 평가하는 방법을 소개합니다.

척추 경 나사 고정은 척추 질환의 치료에있어 가장 중요한 표준입니다. 그러나 척추 수술 후 척추 경 나사못을 느슨하게하는 문제에 대한 많은 연구가있어 심각한 문제입니다. 이 문제를 해결하기 위해 다양한 유형의 척추 경 나사못을 검사하여 척추골에서 좋은 고정 강도와 골 유착을 가진 환자를 확인했습니다. 돼지 척추는 해부학 적 크기, 기계적 특성 및 비용으로 인해 척추 경 나사의 평가에서 인간의 척추에 대한 좋은 대안입니다. 여러 연구에 따르면 척추 모형이 돼지 모형에서 효율적이라는보고가 있지만, 돼지 모형을 사용한 척추 경 나사 평가에 대한 자세한 프로토콜은 아직 없습니다. 여기, 우리 는 생체 내 돼지 허리 받침 모델을 사용하여 Transedicular 나사를 평가하기위한 상세한 방법을 설명합니다. 여기에 제공된 마취, 척추 수술 및 수확에 대한 기술 세부 정보는 t경 나사못 고정 모델.

Transpedicular screw fixation is a gold-standard treatment for degenerative lumbar spine and bursting fracture because it involves three columns of the spine and achieves stabilization^1,2. However, most patients who undergo such surgery also have osteoporosis^3,4. Many studies have evaluated the fixation strength and the osseointegration status of transpedicular screws, because the loosening of pedicle screws currently in use has been reported in patients with osteoporosis^5,6.

The porcine spine is similar to the human spine in terms of size. It is less expensive compared to a primate model⁷. Furthermore, an in vivo mechanical study has demonstrated that the quadruped porcine spine is essentially loaded in the same way as that of the human spine⁸, which is why many researchers use porcine spines for studies on the prevention of pedicle screw loosening. However, it takes several months to study pedicle screws in the porcine spine because identifying the long-term stability of pedicle screws takes times. In order to compare different types of screws in the vertebral body, it is necessary to insert the screws in similar positions. Therefore, researchers should be well-acquainted with proper anesthesia techniques, standardized surgical protocols, and harvest procedures before performing any experiments. Here, we describe a detailed method for anesthesia, surgery, and harvest for the evaluation of pedicle screw fixation using a porcine spine model, including ex vivo imaging, histology, and strength testing.

전북 대학교 동물성 동물 관리 및 이용위원회는이 연구를 승인했다. 동물의 치료, 사용 및 취급은 모든 지침과 정책을 따랐습니다. 24 ° C에서 수술실을 유지하십시오.

1. 마취

1. 최소 1 주일 동안 실험군에서 12 개월 된 소형 돼지를 순화하십시오. 호흡 수, 심장 박동수 및 체온을 측정하여 임상 검사를 수행하십시오. 마취 수술 12 시간 전에 각 소형 돼지를 먹이지 마십시오.
2. 전립선 수술을 위해 귀 뒤쪽의 자궁 경부 근 부위에 atropine (0.05 mg / kg)과 ketamine (20 mg / kg) / xylaxine (2 mg / kg)을 주입하십시오.
3. 진정 후, 귀의 기저부 주변에 고무 밴드를 단단히 붙이고 국소 알코올로 귀를 닦으십시오.
4. 귀 정맥에 바늘 모양의 플라스틱 카테터를 놓고 고무 밴드를 제거합니다. 카테터가 올바르게 놓 였는지 확인하십시오. 독감heparinized 식염수와 카테 테르 sh와 테이프로 해결.
5. 기관 내 삽관을 위해서, 소형 돼지를 흉골 경련에 배치하십시오. 보조자의 도움을 받아 적절한 밧줄로 돼지 턱을 잡고 입을 벌리십시오.
   1. 후두 경의 팁을 인두 구멍으로 통과시켜 후궁을 연한 구개에서 옮깁니다. 후두경의 끝 부분을 사용하여 성대를 눈으로 확인하고 만기 중에 기관 내 튜브를 기관으로 전진시킵니다.
   2. 적절한 삽관을위한 공기의 자유로운 통과를 느끼고 소형 돼지의 왼쪽과 오른쪽 양쪽에서 호흡 소리에 대한 가슴 청진을 확인하십시오.
6. 10 mL 주사기를 사용하여 공기로 기관 내 튜브 공기의 적절한 부피를 채우고 접착 테이프를 사용하여 튜브를 주둥이에 고정하십시오.
7. 엔도르타를 통해 2.0 % 농도의 장기간 마취를위한 흡입 마취제 인 isoflurane을 제공하십시오.심한 삽관 튜브. 각막 및 안구 반사를 검사하여 마취를 확인하고 눈에 연고를 사용하여 건조를 방지하십시오.
8. 소형 돼지가 회복 될 때까지 적어도 5 분마다 마취 중 심장 혈관계, 호흡계 및 체온을 모니터링하십시오.
9. 척추 수술 30 분 전에 cephalosporin 항생제의 1 세대 인 cefazolin IV 30mg / kg을 천천히 바르십시오.
10. 항상성을 유지하기 위해 IV 라인을 사용하여 5 - 10 mL / kg / h의 따뜻한 (37 ° C) 식염수를 관리하고 통증을 조절하기 위해 펜타닐을 50 μg / kg / min으로 공급하십시오.
11. 척추 수술 후에 강한 삼키는 반사가 명백 해지면 발열 치료를하십시오.
12. 소형 돼지를 방으로 가져 가서 마취에서 회복 될 때까지 모니터하십시오. 소형 돼지가 충분히 의식이있을 때 음식과 물을 제공하십시오.
13. 첫 3 일 동안 통증 조절을 위해 carprofen 4.4 mg / kg과 함께 3 mg / kg enrofloxacin 항생제를 매일 사용하십시오.
14. 모니봉합사가 제거 될 때까지 매일 돼지에게 투여하십시오.

2. 척추 수술

1. 제조사의 지침에 따라, Transexicular screw와 posterior fixator system을 오토 클레이브하여 살균하십시오.
2. 돼지가 앙와위에있는 동안 면도기를 사용하여 중앙에서 왼쪽 또는 오른쪽으로 약 10cm 정도의 소형 돼지 뒷면을 면도하십시오. 포비돈 요오드 용액과 70 % 알코올로 피부를 닦으십시오.
3. 메스를 사용하여 허리 척추의 두 번째 가시 돌기에서 첫 번째 중앙 성 천장까지 경도의 정중선 절개를하십시오. 상처 부위의 피하 조직과 근막을 통해 해부합니다.
4. 코브 (Cobb) 엘리베이터를 사용하여 근막으로부터 subperiosteally paraspinal 근육을 올리십시오. 가시 돌기와 박판을 따라 해부학을하십시오.
5. 엔트리 포인트의 피상 피질을 엽니 다 (L3에서 유방 부속기 프로세스보다 열등합니다).burr 또는 rongeur로 양쪽에서 L5까지).
6. 가이드 핀을 상부 끝판과 평행하고 가시 돌기와 20 °의 각도로 개방 된 위치에 삽입하십시오. C-arm 또는 휴대용 postero-anterior / lateral X-ray를 사용하여 이상적인 출발점을 정의하십시오.
7. X- 레이에 따라 최대 25 mm까지 pedicle probe를 삽입하십시오. pedicle 발음 장치를 사용하여 pedicle과 body palpation으로 완전한 intraosseous 궤도를 확인하십시오.
8. 나사 헤드가 잘 장착 될 때까지 L3 ~ L5의 준비된 척추에 6 개의 척추 나사를 삽입하십시오. 임플란트 헤드의 측면 개구부를 원하는 방향으로 향하게하고 수평 위치를로드 궤도와 맞 춥니 다.
9. 척추 경 나사못 머리의 양쪽에 각각 두 개의 막대를 삽입하십시오. 유니버설 핸들을 사용하여 척추 경 나사못 헤드에 슬리브와 너트를 넣습니다.
10. 똑 바른 소켓 렌치를 사용하여 너트를 느슨하게 조이고 카운터 토크 렌치를 사용하여 너트를 단단히 조입니다.
11. 위치 확인 o이동식 postero-anterior / lateral X-ray를 사용하는 척추 경 나사.
    참고 : 미니어처 돼지가 일어나기를 기다렸다가 뒷다리의 보행 패턴과 운동 기능을 확인하여 나사가 심하게 이식되었는지 여부를 확인합니다.
12. 흡입과 함께 관개 주사기를 사용하여 정상적인 염분 3 L로 수술 부위를 관개하십시오.
13. 수술 부위에 실리콘 배출구를 놓고 실리콘 팁을 꺼냅니다. 1.0 미터의 흡수성 봉합을 사용하여 paraspinal 근육과 피하를 닫습니다. 비 흡수성 나일론 2.0 미터법으로 피부를 닫으십시오.
14. 포비돈 요오드로 봉합 부위를 소독하고 멸균 된 거즈와 테이프를 사용하여 드레싱을하십시오.

3. 수확 절차

1. 수술 후 12 주에 xylazine (2 mg / kg)과 케타민 (ketamine) (10 mg / kg)을 귀 뒤쪽의 자궁 경부 근 지방에 주입하여 사전 투여한다.
2. 진정 작용 후 15 mg / kg KCl을 귀 정맥 내로 직접 투여하십시오안락사를위한 도뇨관.
3. 이전 수술 흉터 부위에 종 방향 정중선 절개를하십시오. 연조직과 paraspinal 근육을 해부하십시오.
4. 요추, 박편, 막대, 너트 및 횡단 과정의 가시 돌기를 L3에서 L5로 노출시킵니다.
5. 카운터 토크 렌치와로드를 사용하여 너트를 제거합니다. 진동 톱 (oscillating saw)을 사용하여 L2-3 디스크 공간과 L5-S1 디스크 공간을 자릅니다.
6. Cobb 엘리베이터와 타워 포 셉터로 L3-5 등뼈의 가운데와 앞부분의 양쪽을 해부합니다. 수확 후 척추를 즉시 검사 할 수 없다면 식염수로 적신 거즈에 싸서 -20 ° C에서 보관하십시오.

생체 내 돼지 허리 받침 모델을 사용하여 Transedicular screw를 평가하기위한 마취, 수술 및 수확을위한 자세한 프로토콜이 여기에 설명되어 있습니다. 이 프로토콜은 기계적 테스트 ( 그림 1 ), 정량적 마이크로 CT 평가 ( 그림 2 ) 및 조직학 ( 그림 3 )을 포함한 여러 가지 다운 스트림 분석에 적합합니다. 대표적인 기계적 시험 ( 그림 1 )은 평균 추출 비틀림 피크 토크를 보여줍니다. 이것은 기계적 시험 게이지를 사용하여 척추 경 나사와 뼈 사이의 결합 강도를 나타냅니다. 3 가지 유형의 척추 경 나사가 평가되었다 : 코팅되지 않은, hydroxyapatite (HA) 코팅 및 티타늄 코팅. 데이터는 세 그룹의 각각에서 14 개의 척추 경 나사에서 수집되었습니다. 평균 추출 비틀림 피크 토크는 티타늄으로 코팅 된 척추 경 나사못 군에서 더 컸다.

그림 2A )는 관심 영역 (나사의 전체 길이의 내부 공간)이 뼈 분석을위한 마이크로 CT 프로그램에 의해 평가 될 수 있음을 보여줍니다 ( 그림 2A ) 부피 밀도 ( 그림 2B1 ), 뼈 표면 밀도 ( 그림 2B2 ) 및 특정 뼈 표면 ( 그림 2B3 ). 데이터는 3 개의 그룹 각각으로부터 4 개의 척추 경 나사로부터 수집되었다.

대표적인 조직학 이미지 ( 그림 3 )는 Goldner trichrome으로 염색되었습니다. 척추 경 나사와 뼈 사이의 경계면을 관찰 할 수있었습니다. 붉은 색은 섬유질 조직을 나타내고 푸른 색은 뼈를 나타냅니다. 코팅되지 않은 척추 나사에서 척추 경 나사와 뼈 사이의 경계면에서 섬유 조직이 관찰되었다. HA와 티타늄으로 코팅 된 척추 경 나사와 뼈 사이의 경계면에서 새로운 뼈 형성이 발견되었습니다. 에서Itanium 코팅 척추 나사못 그룹에서 나사의 나사와 뼈 사이의 공간은 뼈로 압축되었습니다 ( 그림 3 ).

그림 1 : 돼지 허리 척추의 척추 경 나사의 기계적 분석 척추 경 나사와 뼈 사이의 결합 강도에 대한 평균 추출 비틀림 피크 토크를 기계적 시험 게이지로 측정 하였다. 참고 문헌 ⁶ 에서 수정 됨. 그 값은 평균 ± SEM ( n = 14)으로 나타내었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2. P에서 척추 나사의 histomorphological 분석orcine 요추. ( A ) 나사의 전체 길이의 내부 공간에 수동 관심 영역 (ROI)을 설정했습니다. ( B ) 뼈 부피 분율, 뼈 표면 밀도 및 특정 뼈 표면적을 마이크로 CT로 측정 하였다. 참고 문헌 ⁶ 에서 수정 됨. 그 값은 평균 ± SEM ( n = 4)으로 나타내었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3 : 돼지 허리 척추의 척추 경 나사의 조직 학적 분석 척추 경 나사못 표면과 뼈 사이의 경계면을 관찰하기 위해 Goldner trichrome 염색 (x1, x20, x40)을 시행 하였다. 참고 문헌 ⁶ 에서 수정 됨. 스케일 바 (검정색) = 1mm. 스케일 바 (white) = 500 ㎛이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

돼지 척추의 경정맥 나사의 평가에는 많은 시간과 노력이 요구됩니다. 첫째, 소형 돼지는 큰 동물입니다. 동물 관리 및 마취를 위해 연구원은 전문적인 프로토콜이 필요합니다. 둘째, 수술은 인간의 수술과 비슷한 환경을 유지해야합니다. 돼지 척추에서 척추 경 나사를 평가하는 목적은 인간에게 적용 할 수있는 효율적인 나사를 개발하는 것입니다. 셋째, 척추 경 나사의 장기 안정성을 평가하는 데 척추 수술 후 약 3 개월이 소요됩니다. 따라서 척추 경 나사 고정 분야의 연구원은 정확한 계획을 수행하여 프로토콜을 표준화해야합니다. 척추 모델의 척추 경 나사에 대한 많은 연구가 ^{9 , 10 , 11 번} 수행되었지만 생체 내 돼지 허리를 이용한 척추 경 나사의 평가에 대한 자세한 프로토콜은 제공되지 않았다소나무 모델.

인간 척추에 대한 이상적인 모델은 존재하지 않지만이 실험의 특성과 척추의 해부학 적 크기 및 기계적 특성으로 인해 돼지 척추 모델이 대안입니다. 또한 비교적 저렴합니다. McLain et al. ¹² 는 인간, 돼지, 양, 및 개 표본으로부터 네 번째 요추의 형태 측정을 비교하였으며, 돼지 표본은 인간의 척추에 대한 대안으로서 다른 동물 모델에 비해 몇 가지 이점을 나타냄을 결론 지었다. 또한, 돼지 모델의 4 배 척추는 본질적으로 인간 척추 ⁸ 의 것과 같은 방식으로 적재됩니다. 따라서 돼지 척추는 척추 고정 및 계측 기술과 관련된 실험을 위해 인간의 척추에 대한 대체 모델로 사용됩니다.

이 연구에서 우리는 마취, 수술 및 수확의 상세한 방법을척추 경 나사 고정의 평가를위한 돼지 L3-L5 요추. 많은 연구에서 다발 척추 성형술 ^{7 , 13 , 14} 후에 척추 경 나사못을 평가했습니다. 인간 퇴행성 질환의 많은 경우 척추 수술은 하나 또는 두 개의 척추 융합을 통해 수행됩니다. 이것은 척추 2 개 또는 3 개의 척추 경 나사못이 고정 ¹⁵ 에 사용됨을 의미합니다. 척추 경 나사 주위의 뼈 형성을 평가하기위한 Micro-CT는 측정 범위가 제한되어 있습니다. 이 경우 우리는 L3 pedicles에 2 개의 조절 나사, L4 pedicle에 2 개의 HA 코팅 나사 및 L5 pedillary에 2 개의 티타늄 코팅 나사를 사용했습니다. L3-L5 척추의 해부학 적 치수가 거의 동일하기 때문에 L3-L5 나사의 비교는 다중 레벨 나사의 비교보다 더 신뢰할 수 있습니다. 결과적으로, 2 단계 또는 3 단계의 척추 경 나사못 고정여러 수준의 고정에 비해 ar spine이 더 적합합니다.

경 점막 나사를 정확하게 평가하고 비교하려면 한 가지 중요한 점을 명심해야합니다. 각 나사는 척추 본체의 비슷한 위치에 있어야합니다. 그러나 동물 모델에서 Transedicular screw를 삽입하는 프로토콜의 대부분은 척추 경 나사못을 삽입하기 전에 척추 경을 노출시키고 pre-drilling을 요구한다. 다른 한편, Upasani et al . 은 척추 ² 의 컴퓨터 단층 촬영 영상을 사용하여 수술 전에 척추 경 나사의 위치와 크기를 결정하는 것을 포함하는 수술 프로토콜을 제안했다. 이 프로토콜은 척추의 척추 경 나사의 진입 지점에 가이드 핀을 삽입 할 것을 제안합니다. C-arm 또는 휴대용 X 선을 사용하여 척추 경 나사의 위치를 ​​정의하는 방법은이 프로토콜. 또한, 척추 경음 장치를 사용하여 완전한 골격 내 궤적을 확인할 수 있습니다. 이 프로토콜은 척추의 잘못된 배치를 방지 할 수 있도록 척추 경 나사의 올바른 위치를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 이 프로토콜은 우리 병원에서 사용되는 인간의 척추 수술 기술을 기반으로합니다.

이 방법에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 첫째, 수술은 건강한 돼지 모델로 수행되었습니다. 척추 경 나사를 평가하는 목적은 골다공증 환자의 합병증을 줄이는 것이므로, 척추 경 나사못의 효과를 입증하기 위해이 프로토콜을 골다공증 성 돼지의 척추 모델에 적용해야합니다. 둘째, 돼지의 척추 모델은 돼지를위한 외과 용 장비뿐만 아니라 구입 및 하우징이 필요합니다. 이것은 비용을 증가시켜 각 스터디 그룹에서 사용할 수있는 동물의 수를 제한 할 수 있습니다. 셋째, 12 개월 된 미니어처 돼지 만이 포함되었으므로획득하고 처리 할 asy. 또한 척추 고정 장치에는 여러 가지 유형이 있지만 척추 수술에서 가장 일반적으로 사용되는 고정식 고정 시스템을 사용하는 프로토콜 만 사용되었습니다.

결론적으로, 척추 경 나사 고정의 돼지 모델은 골다공증 환자의 합병증을 줄이는 효율적인 고정 기술을 연구하기위한 핵심 임상 플랫폼을 제공합니다. 이 프로토콜은 돼지 허리 척추 모델에서 마취, 수술 및 수확에 대한 기술적 세부 사항을 제공합니다. 이것은이 모델을 이용한 경정맥 나사 고정의 평가를 용이하게합니다.

저자는이 백서와 관련하여 공개 할 내용이 없습니다.

이 연구는 전북 대학교 의과 대학 생물 의학 연구소 (CNUH-BRI)가 후원하는 보조금 (CNUH-BRI-2012-02-005)의 지원을 받았다.