Ефективність пластики дефекту периферичного нерва з використанням тканинно-інженерних провідників різних типів за даними електронейроміографії: експериментальне дослідження

Objective. To investigate the effect of neural crest-derived multipotent stem cells (NC-MSCs) on the restoration of the peripheral nerve function according to the EMG.Materials and methods. Experimental animals: white outbreed male rats (5.5 months, 250±50 g, vivarium Romodanov Neurosurgery Institute n=52); groups: group 1 – nerve transection (with a 1 cm gap) and immediate autoplasty (n=14); group 2 – nerve transection and immediate plastic with collagen tube filled with fibrin gel (n=15); group 3 – nerve transection and immediate plastic with collagen tube filled with fibrin gel containing NC-MSCs (n=16); group 4 – sham operated animals (n=7). The key EMG parameters were determined using direct stimulation EMG at the 4th and 8th weeks of the experiment.Results. As at the end of the 4th week of observation in group 1, the amplitude of the M-response of the experimental limb was significantly (p=0.018) inferior to the value of the intact limb (3.3±0.5 mV versus 16.5±2.3 mV). In groups 2 and 3, statistically significant (p=0.018) values of the intact limb were observed for the amplitude of the M-response (group 2 – 16.5±2.3 mV versus 0.9±0.2 mV, group 3 – 14.7±2.2 mV versus 2.3±0.2 mV, p=0.018) and the conduction velocity (group 2 – 22.3±1.6 m/s versus 7.9±2.1 m/s (p=0.018; Mann – Whitney U test); group 3 – 19.3±2.5 m/s versus 12.7±0.4 m/s (p=0.049; Mann – Whitney U test). The value of the amplitude of the M-response in group 2 (0.9±0.2 mV) was significantly lower than that of group 1 (3.3±0.5 mV; p=0.006), group 3 (2.3±0, 2 mV; p=0.002) and group 4 (16.6±1.4 mV; p=0.006). As at the 8th week of observation, there was a significant advantage of the M-response amplitude of the experimental limb of animals in group 1 (4.1±0.7 mV) only above the value in group 2 (1.4±0.3 mV; p=0.007).Conclusions. NC-MSCs has a positive effect on the regeneration of PN due to stimulation of growth a greater number of nerve fibers than with implantation of a collagen matrix without NC-MSCs, which indirectly reflects key EMG indicators.Цель. Изучить влияние МСК-ПНГ на восстановление функции периферического нерва по данным ЕНМГ.Материалы и методы. Экспериментальные животные: Белые беспородные крысы-самцы, возраст 5,5 мес, масса тела (250±50) г, виварий Института нейрохирургии (n=52); группы: группа 1 - пересечение седалищного нерва, невротомия (длина дефекта 1 см) и немедленная аутопластика (n=14); группа 2 – невротомия и немедленная пластика с применением коллагеновой трубки, заполненной фибрином (n=15); группа 3 – невротомия и немедленная пластика с применением коллагеновой трубки, заполненной фибриновым гелем с содержанием МСК-ПНГ (n=16); группа 4 – ложно оперированные животные (n=7). Определение показателей ЭНМГ путем прямой стимуляционной ЭНМГ на 4-й и 8-й неделях эксперимента.Результаты. По состоянию на конец 4-й недели наблюдения в группе 1 амплитуда М-ответа паретичной конечности статистически значимо (р=0,018) уступала таковой в интактной конечности – (3,3±0,5) и (16,5±2,3) мВ. В группах 2 и 3 отмечено статистически значимое (р=0,018) преимущество амплитуды М-ответа в интактной конечности, в группе 2 – (16,5±2,3) и (0,9±0,2) мВ; в группе 3 – (14,7±2,2) и (2,3±0,2) мВ (р=0,018), а также скорости проведения возбуждения, в группе 2 – (22,3±1,6) и (7,9±2,1) м/с (р=0,018; U-тест Мана-Уитни); в группе 3 – (19,3±2,5) и (12,7±0,4) м/с; (р=0,049; U-тест Мана-Уитни). Черех 8 нед наблюдения отмечали статистически значимое преимущество амплитуды М-ответа паретичной конечности животных группы 1 – (4,1±0,7) мВ только по сравнению с показателем в группе 2 – (1,4±0,3) мВ (р=0,007).Выводы. МСК-ПНГ оказывают положительное влияние на регенерацию ПН вследствие стимуляции прорастания большего количества нервных волокон, чем при имплантации коллагенового матрикса без МСК-ПНГ, что отражают показатели ЭНМГ.Мета. Вивчити в експерименті вплив мультипотентних стовбурових клітин – похідних нервового гребеня (МСК-ПНГ) на відновлення функції периферичного нерва (ПН) за даними електронейроміографії (ЕНМГ).Матеріали і методи. Експериментальні тварини: білі безпородні щурі-самці віком 5,5 міс, маса тіла (250±50) г, віварій Інституту нейрохірургії n=52); групи: група 1 — пересічення сідничого нерва (СН) невротомія (створення дефекту довжиною 1см) та негайна аутопластика (n=14); група 2 — невротомія та негайна пластика з використанням колагенової трубки, заповненої фібрином (n=15); група 3 — невротомія та негайна пластика з використанням колагенової трубки, заповненої фібриновим гелем з вмістом МСК-ПНГ (n=16); група 4 — несправжньо оперовані тварини (n=7). Визначення показників ЕНМГ шляхом прямої стимуляційної ЕНМГ на 4-му та 8-му тижнях експерименту.Результати. Наприкінці 4-го тижня спостереження у групі 1 амплітуда М-відповіді (Амв) задньої паретичної кінцівки (ЗПК) статистично значущо (р=0,018) поступалась такій задньої інтактної кінцівки (ЗІК) – відповідно (3,3±0,5) та (16,5±2,3) мВ. У групах 2 і 3 в ці строки відзначали статистично значуще (р=0,018) переважання Амв ЗІК – в інтактній кінцівці в групі 2 – (16,5±2,3) та (0,9±0,2) мВ, в групі 3 – (14,7±2,2) та (2,3±0,2) мВ. Через 8 тиж спостереження виявляли статистично значуще переважання Авм ЗПК у тварин групи 1 – (4,1±0,7) мВ лише порівняно з показником в групі 2 – (1,4±0,3) мВ (р=0,007).Висновки. МСК-ПНГ справляють позитивний вплив на регенерацію ПН внаслідок стимуляції проростання більшої кількості нервових волокон, ніж при імплантації колагенового матрикса без МСК-ПНГ, що опосередковано відображали показники ЕНМГ

Model of spinal cord lateral hemi-excision at the lower thoracic level for the tasks of reconstructive and experimental neurosurgery

Purpose. To test the model of spinal cord lateral hemiexcision in young rats. Materials and methods. Animals ‒ male rats (age about 1 month, body weight about 50 g, inbred derivatives of the Wistar line); the number of experimental groups is: 1) lateral spinal cord hemisection at the level of segments about T12–T13 (Sect; n=11); 2) lateral spinal cord hemiexcision about 1 mm long at the similar level (Exc; n=8). Assessment of motor Function Index (FI) and the Spasticity Index (SI) of the paretic hindlimb was carried out using the Basso–Beattie–Bresnahan (BBB) scale and Ashworth scale, respectively, in our technical modifications. The non-inclusion criteria: the BBB score above 9 points of FI for the ipsilateral hindlimb in a week after injury ‒and / or BBB score less than or equal to 14 points of FI of the contralateral hindlimb during a long follow-up period (in general, 2 animals in the Sect group, 3 animals ‒ in the Exc group). Asymptotic differences in the timing of testing between subgroups and groups were revealed during the first three weeks of follow-up. Interpolation reproduction of individual values of FI and SI was used in exceptional cases. The total follow-up period was 5 months. Statistical analysis was performed using the Mann-Whitney U Test, Wilcoxon Matched Pairs Test, Spearman’s Rank Order Correlation. For pathomorphological study, the method of silver impregnation of the spinal cord longitudinal sections of the Exc group animals obtained in 5 months after the simulation of injury was used. Results. One week after injury, the FI in the Sect group was 5.9±1.1 according to BBB points, a statistically significant increase in the FI lasted for the first 3 weeks (p<0.05; Wilcoxon Matched Pairs Test), the FI maximum in the group was 10.1±1.1 BBB points, and the FI value at the end of the study was 9.5±1.0 BBB points. In the Exc group, 1 week after injury, the FI was 0.9±0.5 BBB points, during the next week it reached the actual maximum (1.9±0.7 BBB points), by the end of the 5th month it significantly decreased to 0.8±0.3 BBB points (p<0.05; Wilcoxon Matched Pairs Test). One week after injury, the SI value in the Sect group was 0.3±0.1 points according to Ashworth scale, in the Exc group ‒ 0.7±0.1 Ashworth points, a significant increase (p<0.05; Wilcoxon Matched Pairs Test) in SI in the Sect group was noted during the 2nd week and the 2nd month, in the Exc group ‒ during the 2nd and 6th week, as well as the 3rd and 5th month after injury. The SI final and maximal score for the Sect group was 0.8±0.2 Ashworth points, and for the Exc group ‒ 3.6±0.3 Ashworth points. For both groups, there was no correlation between the mean FI value and a significant positive correlation of the mean SI value with the value of the follow-up period (p<0.05; Spearman’s Rank Order Correlation), as well as the absence of correlation between the mean FI and SI values during the total follow-up period. A significant negative correlation (p<0.05; Spearman’s Rank Order Correlation) between individual FI and SI values was found after 1 and 4 weeks, 3 and 5 months after the injury for the Sect group, as well as after 5, 7, 8 weeks and after 3 and 4 months for the Exc group. At all periods of follow-up, the difference in both FI and SI mean values of both groups was significant (p<0.05; the Mann-Whitney U Test). Conclusions. The studied model of spinal cord injury in young rats is the means of choice for testing solid neural transplantation means for the spinal cord injury restorative treatment. The interpretation of data obtained using the BBB scale on models of lateral half spinal cord injury should be carried out with caution, and the methodology for verifying spasticity requires significant improvement. We recommend that the optimal timing for the FI and SI monitoring after lateral half spinal cord injury is 7 days, 14 days and in 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 months

Correction: Model of excision of the lateral half of the spinal cord at the lower thoracic level for the needs of reconstructive neurosurgery and neurotransplantation

Corrections to the article: https://doi.org/10.25305/unj.234154 In the article by V.V. Medvedev et al., published in UNJ № 3 in 2021, the source number 92 from the reference list does not support the statement given in the appropriate place in the text. Instead, we offer the reader two other works that mention the presence of posterior median spinal artery in the adult rat - D. Mazensky et al. (2017) and O.U. Scremin (G. Paxinos, ed.; 2015, p. 1003, 1005). In most works on this topic (Z. Zhang et al., 2001; Y. Cao et al., 2015; P. Li et al., 2020) the dorsal median vein is considered as the median vessel of the posterior surface of the rat spinal cord, and as in humans, describe 2 parallel dorsal spinal arteries. At the same time, D. Mazensky et al. (2017), sharing the opinion of O.U. Scremin (2015), mention 3 dorsal spinal arteries of the rat, in particular the median one. Taking into account that, from our experience, damage to the median vessel of the posterior surface of the spinal cord is accompanied by its rapid edema and irrepversible deep deficit in the motor function of both hind limbs of the animal, we consider it necessary to draw the reader's attention to this feature of the anatomy of the spinal arteries of an adult rat. Medvediev VV, Abdallah IM, Draguntsova NG, Savosko SI, Vaslovych  VV, Tsymbaliuk VI, Voitenko NV. [Model of spinal cord lateral hemi-excision at the lower thoracic level for the tasks of reconstructive and experimental neurosurgery]. Ukr Neurosurg J [Internet]. 2021 Sep 27 [cited 2021 Oct 11];27(3):33-5. Available from: http://theunj.org/article/view/234154 Cao Y, Wu T, Yuan Z, Li D, Ni S, Hu J, Lu H. Three-dimensional imaging of microvasculature in the rat spinal cord following injury. Sci Rep. 2015 Jul 29;5:12643. doi: 10.1038/srep12643. PMID: 26220842; PMCID: PMC4518284. Li P, Xu Y, Cao Y, Wu T. 3D Digital Anatomic Angioarchitecture of the Rat Spinal Cord: A Synchrotron Radiation Micro-CT Study. Front Neuroanat. 2020 Jul 22;14:41. doi: 10.3389/fnana.2020.00041. PMID: 32792915; PMCID: PMC7387706. Mazensky D, Flesarova S, Sulla I. Arterial Blood Supply to the Spinal Cord in Animal Models of Spinal Cord Injury. A Review. Anat Rec (Hoboken). 2017 Dec;300(12):2091-2106. doi: 10.1002/ar.23694. Epub 2017 Oct 13. PMID: 28972696. Paxinos G, editor. The rat nervous system. 4th ed., London: Elsevier; 2015. Scremin OU. Capter 31, Cerebral Vascular System; p. 985‒1011. Zhang Z, Nonaka H, Nagayama T, Hatori T, Ihara F, Zhang L, Akima M. Circulatory disturbance of rat spinal cord induced by occluding ligation of the dorsal spinal vein. Acta Neuropathol. 2001 Oct;102(4):335-8. doi: 10.1007/s004010100377. PMID: 11603808

Електронейроміографічні кореляти відновлення функції сідничого нерва після його пересічення та зварного епіневрального з’єднання в експерименті

Objective: To estimate the effectiveness of welding epineural coaptation of the residual sciatic nerve after resection based on electroneuromyographic (ENMG) parameters obtained in the gastrocnemius muscle.Materials and methods. Experimental animals were albino outbreed male rats (350–450 g, 7 months old); trauma model was the resection of the left sciatic nerve in the middle third; the experimental groups were as following: 1 — neurotomy (n = 18), 2 — neurotomy + neurosuture (n = 13), 3 — neurotomy + welding coaptation (n = 15); the method of investigation was direct needle ENMG (sciatic nerve stimulation, responses were registered in gastrocnemius muscle) in 3 and 5 months after injury.Results. The model of the nerve trauma with a temporary restriction of limb mobility is relevant for evaluating the effectiveness of restorative interventions in this type of pathology. In 5 months of observation there was found a significant prevalence of M-response amplitude in the injured limb compared to neurorrhaphy (17.3 ± 2.3 vs. 8.4 ± 0.9 mV, respectively; p = 0.005). M-response amplitude lateralization after the welded coaptation, in contrast to neurorrhaphy, is of temporary nature, indicating the improved regeneration process. Absence of ENMG-indices lateralization in 3 and 5 months after the neurotomy and high values of the M-response amplitude in 5 months indicated the possibility of gastrocnemius alternative re-innervations by terminals of intact nerve trunks.Conclusion. High-frequency electric epineural welding provides a reliable coaptation of the residual nerve, and, taking into account some ENMG indicators, is more effective than neurorrhaphy.Цель: оценить эффективность сварного эпиневрального соединения культей пересеченного седалищного нерва на основе показателей электронейромиографии (ЭНМГ), которые регистрировали в икроножной мышце.Материалы и методы. Животные — белые беспородные крысы-самцы (масса тела 350–450 г, возраст 7 мес); травма — пересечение левого седалищного нерва в средней трети; экспериментальные группы — 1 (невротомия, n=18), 2 (невротомия + нейрорафия, n=13), 3 (невротомия + сварное соединение, n=15); метод исследования — прямая игольчатая ЭНМГ (стимуляция седалищного нерва, регистрация ответов в икроножной мышце) через 3 и 5 мес после травмы.Результаты. Модель пересечения седалищного нерва с временным ограничением подвижности конечности релевантна относительно оценки эффективности восстановительных вмешательств при такой травме. Через 5 мес отмечено статистически значимое преобладание амплитуды М-ответа травмированной конечности у животных после сварного соединения по сравнению с таковой после нейрорафии, соответственно (17,3±2,3) и (8,4±0,9) мВ (р=0,005). Латерализация амплитуды М-ответа икроножной мышцы после сварного соединения культей седалищного нерва, в отличие от нейрорафии, временная, что свидетельствует о большей результативности процесса регенерации. Отсутствие латерализации показателей ЭНМГ через 3 и 5 мес после изолированной невротомии на фоне высокой амплитуды М-ответа через 5 мес наблюдения свидетельствует о возможности альтернативной реиннервации исследованной мышцы терминалями интактных нервных стволов.Вывод. Высокочастотная электрическая сварка эпиневрия обеспечивает надежное, с учетом некоторых показателей ЭНМГ — более результативное соединение культей нерва, чем нейрорафия.Мета: оцінити ефективність зварного епіневрального з’єднання кукс сідничого нерва після його пересічення на основі показників електронейроміографії (ЕНМГ), реєстрованих у литковому м’язі.Матеріали і методи дослідження. Експериментальні тварини — білі безпородні щури-самці (маса тіла 350–450 г, вік 7 міс); травма — пересічення лівого сідничого нерва у середній третині; експериментальні групи — 1 (невротомія, n=18), 2 (невротомія + нейрорафія, n=13), 3 (невротомія + зварне з’єднання, n=15); метод дослідження — пряма голкова ЕНМГ (стимуляція сідничого нерва, реєстрація відповіді у литковому м’язі) через 3 і 5 міс після травми.Результати. Модель пересічення сідничого нерва з тимчасовим обмеженням рухливості кінцівки релевантна щодо оцінки ефективності відновного втручання з приводу такої травми. Через 5 міс відзначали статистично значуще переважання амплітуди М-відповіді травмованої кінцівки у тварин після зварного з’єднання порівняно з такою після нейрорафії — відповідно (17,3±2,3 та (8,4±0,9) мВ (р=0,005). Різниця амплітуди М-відповіді литкового м’яза лівої та правої задніх кінцівок після зварного з’єднання кукс сідничого нерва, на відміну від нейрорафії, тимчасова, свідчить про кращий перебіг регенераційного процесу. Відсутність відмінності показників ЕНМГ лівої та правої задніх кінцівок через 3 і 5 міс після ізольованої невротомії на тлі високої амплітуди М-відповіді через 5 міс спостереження свідчить про можливість альтернативної реіннервації досліджуваного м’яза терміналями інтактних нервових стовбурів.Висновок. Високочастотне електричне зварювання епіневрію забезпечує надійне з’єднання кукс нерва, за окремими показниками ЕНМГ більш результативне, ніж стандартна нейрорафія