Restoration of motor innervation by the «end-to-side» neurorraphia: experimental modeling and clinical and instrumental control of reinnervation

Full Text

Высокая вероятность стойкой утраты профессиональной пригодности и значительный риск инвалидизации пострадавших в результате травм конечностей с повреждениями периферических нервов способствуют как постоянному совершенствованию техники хирургических вмешательств на периферических нервах, так и выполнению экспериментальных и анатомических исследований, направленных на разработку новых способов восстановления утраченной иннервации.
Различные виды травм периферических нервов отмечаются у пострадавших мирного и военного времени в 2–6% и 9,8% случаев соответственно [1, 2]. Высокая степень инвалидизации пациентов с последствиями травм периферических нервов требует совершенствования диагностических и реконструктивно-пластических подходов у данной категории больных [3].
Даже выполненное на высоком техническом уровне оперативное вмешательство по поводу травмы периферического нерва не гарантирует полного восстановления утраченных функций. При травмах периферических нервов наличие даже небольшого по протяженности дефекта периферического нервного ствола существенно ухудшает прогноз оперативного лечения вследствие нарушения соответствия между периневральными футлярами [4]. При замещении обширных дефектов нервных стволов аутонервными трансплантатами значительно увеличивается доля гетерогенно и гетеротопно реиннервируемых периневральных футляров дистального участка пересеченного нерва, что отрицательно сказывается на функциональных результатах реконструкции нервного ствола. Перспективным методом восстановления дистального участка пересеченного нерва при обширных дефектах нервного ствола является его соединение с боковой поверхностью интактного нерва-донора по типу «конец-в-бок». Отсутствие однозначных взглядов на природу реиннервации в данном случае даже при наличии единичных публикаций о положительных исходах подобных вмешательств позволяют в настоящее время применять данный способ только при отсутствии возможностей использования аутонервных трансплантатов для замещения обширных дефектов периферических нервов [5, 6].
Моделирование травм периферических нервов в эксперименте на лабораторных животных с последующими реконструктивно-пластическими вмешательствами позволяет расширить современные представления о патофизиологических процессах при травмах и заболеваниях периферической нервной системы, без которых невозможно дальнейшее совершенствование хирургических вмешательств в этой области [3, 7].
Цель
В экспериментах на лабораторных животных определить особенности моделирования травмы нервных стволов применительно к отработке основных этапов восстановления утраченной иннервации путем соединения периферических нервов по типу «конец-в-бок», определить круг простых и демонстративных методов клинико-инструментального контроля функционального состояния восстановленных периферических нервов в условиях длительного эксперимента на лабораторных животных.
Материалы и методы
Комплексное экспериментальное хирургическое и клинико-инструментальное исследование выполнено на 61 лабораторном животном (кроликах породы «Шиншилла» обоего пола, зрелых, фенотипически здоровых особях). Все исследования, проводимые с участием лабораторных животных, соответствовали международным рекомендациям по проведению медико-биологических исследований с использованием животных. В условиях экспериментальной операционной под внутривенной анестезией выполняли моделирование дефекта периферического нерва путем резекции общего малоберцового нерва протяженностью 1 см на уровне средней трети бедра. У животных исследуемой группы (n=39) для восстановления иннервации выполняли соединение по типу «конец-в-бок» дистального участка пересеченного общего малоберцового нерва со специально сформированным дефектом периневральной оболочки на латеральной поверхности большеберцового нерва. В группе сравнения (n=22) замещение дефекта общего малоберцового нерва не производили. Период наблюдения после экспериментальных вмешательств составлял от 1 до 290 суток. Морфофункциональное состояние восстановленных нервных стволов определяли клиническими, лучевыми и электрофизиологическими методами. Ультразвуковое исследование производили на 180–250 сутки послеоперационного периода аппаратом «Chison ECO6» с широкополосным линейным датчиком (диапазон частот сканирования 12–18 МГц). В те же сроки выполняли обзорную рентгенографию тазовых конечностей цифровым рентгенологическим аппаратом «Униэксперт». Стимуляционную электронейромиографию выполняли двухканальным компьютерным электронейромиографом «Нейро-МВП Микро» начиная с 30 суток послеоперационного периода и далее 1 раз в неделю.
Этическая экспертиза
Настоящее исследование с участием лабораторных животных (кроликов) одобрено независимым Этическим комитетом при Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова (протокол № 195 от 17 октября 2017 года).
Результаты и их обсуждение
Наиболее частой по данным литературы моделью травмы периферических нервов для отработки техники выполнения реконструктивно-пластических вмешательств на периферических нервах является пересечение седалищного нерва у кроликов на уровне бедра. Этот подход обусловлен достаточным диаметром данного нервного ствола (около 3 мм) для выполнения экспериментальных вмешательств. На этапе планирования и подготовки к выполнению собственных экспериментальных оперативных вмешательств было выполнено прикладное топографо-анатомическое исследование, целью которого являлось определение оптимального хирургического доступа к седалищному нерву, а также наиболее подходящего уровня выполнения экспериментальных вмешательств.
У кроликов седалищный нерв после выхода из подгрушевидного отверстия практически сразу отдает двигательные ветви к мышцам задней группы бедра и уже от границы верхней и средней трети бедра в его составе в большинстве случаев остается 3 основных пучка: большеберцовый, малоберцовый и икроножный (рис. 1). Наличие связей между периневральными футлярами данных пучков было обнаружено только в одном случае из всех животных, участвовавших в исследовании. Это свидетельствует о высокой степени дифференцировки периферической нервной системы данного сегмента конечности у представителей семейства Зайцеобразные рода Кролики [8]. В вариационном ряду индивидуальной анатомической изменчивости периферической нервной системы такой тип строения нервных стволов соответствует эволюционно более поздней, концентрированной форме строения периферической нервной системы [9].
Одним из необходимых условий настоящего исследования являлось длительное наблюдение экспериментальных животных в послеоперационном периоде. Экспериментальные оперативные вмешательства выполняли на тазовых конечностях только с одной стороны с целью создания более благоприятных условий для животного при нахождении его в условиях длительного наблюдения в послеоперационном периоде. К нанесенной экспериментальным вмешательством травме животные адаптировались достаточно быстро и передвигались в пределах клетки без существенного видимого дискомфорта.
Для хирургического доступа к седалищному нерву выполняли разрез кожи по наружной поверхности средней трети бедра протяженностью около 3 см (рис. 2). После отведения двуглавой мышцы кзади, а латеральной межмышечной перегородки кпереди в ране визуализировали седалищный нерв. Таким способом удавалось добиться достаточного пространства для выполнения микрохирургического этапа вмешательств, а также сместить линию разреза кожи в область малодоступную для самостоятельного снятия животными асептической повязки с послеоперационной раны.
Животным экспериментальной группы после рассечения эпиневральной оболочки и мобилизации малоберцового пучка, занимавшего всегда в составе седалищного нерва самое латеральное положение, выполняли его резекцию протяженностью около 1 см. Затем на латеральной поверхности периневрального футляра большеберцового нерва формировали округлый дефект, соответствовавший диаметру малоберцового пучка. Иссечение периневрия выполняли микрохирургическими ножницами, приподнимая удаляемый участок за держалочный шов. Дистальный участок малоберцового пучка соединяли по типу «конец-в-бок» с краями дефекта периневрия большеберцового пучка четырьмя периневральными швами (Ethilon 9/0–10/0) (рис. 3). При наложении швов старались не повреждать нервные волокна, однако полностью избежать этого не удавалось вследствие их протрузии через сформированный дефект периневрия.
Животным группы сравнения после мобилизации общего малоберцового пучка и его резекции рану послойно ушивали без выполнения каких-либо реконструктивных вмешательств.
В послеоперационном периоде клиническими, электрофизиологическими и лучевыми методами определяли изменения функционального состояния восстановленных нервных стволов и таргетных зон их ветвей.
После снятия послеоперационных швов животных периодически выпускали на ровную горизонтальную поверхность для визуальной оценки степени отставания прооперированной конечности в движениях. У животных опытной и контрольной групп практически весь период наблюдения этот параметр был достаточно схожим. В обеих группах первоначально отмечалось отставание прооперированной конечности при произвольных движениях. В течение двух-трех недель животные приспосабливались к передвижениям с максимальным задействованием контралатеральной интактной конечности. Через 4 недели после операции заметить отставание прооперированной конечности в движениях животных обеих групп было практически не возможно.
Применительно к настоящему исследованию нами разработан оригинальный способ диагностики функционального состояния общего малоберцового нерва у лабораторных животных. О функциональном состоянии общего малоберцового нерва можно получить представление при сравнении амплитуды разведения пальцев стопы экспериментального животного при инициации безусловного статокинетического рефлекса приземления. В момент подготовки к приземлению животные сгибают бедра в тазобедренных суставах, разгибают голени в коленных суставах и сгибают стопу в скакательных суставах с одновременным разведением пальцев стопы. Разведение пальцев стопы у кроликов происходит при сокращении наружного разгибателя пальцев стопы, который получает иннервацию из глубокой ветви общего малоберцового нерва. Нарушение проводимости общего малоберцового нерва приводит к нарушению разведения пальцев стопы, что особенно демонстративно при сравнении оперированной и интактной конечностей [10].
Для прижизненной визуализации восстановленного периферического нерва и определения состояния его таргетных зон в послеоперационном периоде выполняли ультразвуковое исследование тазовых конечностей лабораторных животных.
В настоящее время ультразвуковое исследование периферических нервов все активнее внедряется в стандартные диагностические мероприятия, выполняемые пациентам с травмами и заболеваниями периферических нервов. Существуют достоверные эхографические признаки, позволяющие в соответствии с данными о топографии безошибочно идентифицировать неизмененные периферические нервы большого и среднего диаметра. В литературе описаны сонографические характеристики здоровых нервных стволов, а также ультразвуковая картина при различных патологических состояниях. Так, почти всегда при патологических состояниях периферических нервов изменяется площадь поперечного сечения и звукоотражающие свойства структур нервного ствола [11, 12].
Перед началом исследования для стандартизации результатов при ультразвуковом сканировании седалищного нерва добивались выведения на дисплее аппарата воспроизводимого среза ягодичной области с ориентировкой на большой вертел бедренной кости и начало полусухожильной мышцы. После этого при перемещении датчика в дистальном направлении на поперечных срезах определяли седалищный нерв, ориентируясь на заднюю межмышечную перегородку (рис. 4-a). На уровне средней трети бедра диаметр седалищного нерва интактных лабораторных животных (кроликов) при ультразвуковом исследовании составлял 1,3–1,9 мм.
На продольных срезах седалищный нерв определялся как линейная структура с продольной исчерченностью (рис. 4-b). Ввиду меньшего количества пучков в составе периферических нервов лабораторных животных продольная исчерченность была менее выраженной, по сравнению с таковой показанной у людей. В нижней трети бедра визуализировалось место разветвления седалищного нерва на большеберцовый и общий малоберцовый нервы. Однако, в связи с особенностями топографии данных ветвей и малыми размерами тазовой конечности лабораторного животного, на эхограмме одновременно получить изображение седалищного, большеберцового и общего малоберцового нервов не удалось.
Зону экспериментального оперативного вмешательства определяли по изменению эхогенных свойств параневральных тканей и локальному увеличению диаметра нервного ствола до 2,3–2,8 мм (рис. 5). Непосредственно в зоне оперативного вмешательства визуализировалась внутриствольная неврома, характеризовавшаяся гипоэхогенным центром и гиперэхогенным контуром. Дистальнее области экспериментального шва у животных опытной группы общий малоберцовый нерв сонографически существенно не отличался от интактного нерва (рис. 5-b). По сравнению с интактной контралатеральной конечностью имело место только некоторое снижение эхогенности регенерирующего нерва. Достоверного отличия диаметров интактного и восстановленного в эксперименте нервных стволов отмечено не было.
При макроскопическом исследовании области реконструктивных вмешательств на периферических нервах определялось наличие соединительнотканных тяжей, охватывающих зону оперативного вмешательства на нервном стволе с вовлечением в рубец фасциальных футляров расположенных рядом мышц (рис. 5-c). Дистальнее зоны экспериментального шва нерва все ветви седалищного нерва макроскопически выглядели неизмененными. Диаметр восстановленного общего малоберцового нерва по сравнению с контралатеральной конечностью существенно не отличался и составлял около 0,7–0,8 мм.
В группе сравнения зона дефекта общего малоберцового нерва определялась также по разрастанию рубцовой ткани. Травматическая неврома была вовлечена в рубец, из-за чего ее структура визуализировалась только путем прецизионной препаровки с использованием операционного микроскопа при заборе материала для дальнейших морфологических исследований. Проксимальнее травматической невромы общий малоберцовый нерв визуально не отличался от интактного. Дистальнее области анатомического дефекта и до вхождения в мышечно-малоберцовый канал общий малоберцовый нерв в результате вторичной дегенерации был уменьшен в диаметре незначительно, однако, будучи лишенным нервных волокон, имел белесоватую почти прозрачную окраску (рис. 6-a). Видимое при макроскопическом исследовании разделение периневральных футляров общего малоберцового нерва на конечные ветви после высокого невротмезиса методом ультразвукового сканирования не визуализировалось. У животных контрольной группы дистальный участок пересеченного общего малоберцового нерва отличался резким уменьшением эхогенных свойств и отсутствием характерной для здорового нерва внутриствольной продольно ориентированной исчерченности (рис. 6-b).
Денервированные мышцы переднего и латерального футляров голени у животных группы сравнения характеризовались дистрофическими изменениями, проявлявшимися при ультразвуковом сканировании уменьшением их толщины и диффузным увеличением эхогенных свойств, что соответствовало рубцовому перерождению денервированных мышц (рис. 7-a). При обнаружении мышечных фасцикуляций переключали аппарат в М-режим сканирования для дифференцировки от произвольных сокращений мышц целиком (рис. 7-b).
При макроскопическом исследовании денервированные мышцы отличались более светлым цветом, а также более плотной консистенцией по сравнению с мышцами контралатерального футляра. В основной группе дегенеративные изменения мышц, иннервируемых общим малоберцовым нервом, также имели место, но выраженность их была существенно ниже. Это обстоятельство подтверждает благоприятные исходы экспериментальных реконструктивных вмешательств на нервном стволе.
При выполнении электронейромиографии стимулирующий электрод располагали в верхней трети бедра по проекционной линии седалищного нерва выше уровня послеоперационного рубца. Регистрирующие игольчатые электроды вводили в передний и задний костно-фасциальные футляры голени на уровне верхней трети. В обеих группах на ранних сроках послеоперационного периода при мониторинге мышц переднего футляра голени при подготовке к выполнению исследования регистрировали спонтанные мышечные фасцикуляции, свойственные денервированным скелетным мышцам (рис. 8).
После 90–100 суток наблюдения на электронейромиограммах животных основной группы в ответ на стимуляцию фиксировали комплексы сигналов по двум каналам электронейромиографа, что характеризовало проведение импульса как по нерву донору (большеберцовому нерву, так и по подшитому к нему дистальному участку общего малоберцового нерва (рис. 9).
Первоначально форма и амплитуда импульсов с разных групп мышц сильно отличались, но совпадало время начала и окончания сокращений в ответ на стимуляцию. При увеличении сроков наблюдения форма и амплитуда импульсов становилась сопоставимой с воспринимаемыми сигналами с мышц заднего футляра голени, что подтверждало продолжающиеся процессы реиннервации мышц переднего футляра голени.
В группе сравнения в ответ на стимуляцию электрическим током седалищного нерва выше уровня резекции участка общего малоберцового нерва сокращений мышц переднего и латерального футляров не отмечали. Это обстоятельство подтверждает разобщенность периневральных футляров общего малоберцового и большеберцового нервов у кроликов на уровне бедра, а также наглядно демонстрирует адекватность используемой модели травмы нервного ствола.
Оценку относительной плотности костей голени производили на рентгенограммах с помощью цифровой зеркальной фотокамеры при точечном замере экспозиции на симметричных участках контралатеральных конечностей. На обзорных рентгенограммах тазовых конечностей животных в обеих исследуемых группах отмечали некоторое уменьшение относительной плотности малоберцовой кости на стороне оперативного вмешательства. Степень снижения относительной плотности костной ткани в обеих группах была примерно одинаковой. По всей вероятности, для восстановления химического состава костной ткани требуется более продолжительный период реабилитации после подтвержденной клинико-инструментальными методами реиннервации тканей.
Выводы
1. Выполнение резекции общего малоберцового нерва лабораторных животных (кроликов) на уровне средней трети бедра в качестве модели травмы периферического нерва позволяет выполнять отработку техники восстановления дистального участка пересеченного нерва путем его соединения с расположенным рядом интактным нервом-донором по типу «конец-в-бок».
2. Выполнение простого теста с инициацией безусловного рефлекса подготовки к приземлению позволяет качественно оценить функциональное состояние общего малоберцового нерва у экспериментальных животных.
3. Включение лучевых методов исследования в программу комплексной оценки состояния периферических нервов позволяет выполнить их прижизненную визуализацию с определением основных морфологических характеристик восстановленных нервных стволов.
Заключение
Таким образом, выполнение односторонних резекций общего малоберцового нерва у лабораторных животных (кроликов) с последующим восстановлением дистального участка пересеченного нерва путем его соединения по типу «конец-в-бок» с расположенным рядом интактным нервом-донором позволяет получать воспроизводимые в эксперименте положительные результаты реиннервации тканей. Косвенная оценка функционального состояния восстановленных нервов возможна с использованием простых и доступных клинических тестов, например, амплитуда разведения пальцев стопы экспериментальных животных при исследовании безусловного рефлекса подготовки к приземлению характеризует проводимость общего малоберцового нерва. Включение лучевых методов в комплекс диагностических мероприятий при выполнении экспериментальных исследований с многоэтапными реконструктивно-пластическими вмешательствами на периферических нервах лабораторных животных позволяет выполнять прижизненную визуализацию области оперативного вмешательства, оценивать состояние восстановленного нервного ствола, а также иннервируемых его ветвями тканей, что дает возможность корректировки плана последующих целенаправленных морфологических исследований.

About the authors

Aleksey Yur’evich Nisht

S.M. Kirov Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: nachmed82@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6696-1897
SPIN-code: 8814-9143

Ph.D., doctoral candidate of the department of operative surgery, S.M. Kirov Military Medical Academy

Russian Federation, 194044 Academician Lebedev street, 6, St. Petersburg, Russia

Nikolay Fedorovich Fomin

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: fominmed@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8474-5621
SPIN-code: 7713-2412

doctor of medical sciences, professor, head of the department of operative surgery, S.M. Kirov Military Medical Academy

Russian Federation, 194044 Academician Lebedev street, 6, St. Petersburg, Russia

Artur Ilgizjvich Imelbaev

St. Petersburg state pediatric medical University

Email: imelbaev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4389-7992
SPIN-code: 2708-0082

head of the Department of radiology № 2 of the clinic of St. Petersburg state pediatric medical University, assistant of the department of radiology and biomedical imaging of St. Petersburg state pediatric medical University

Russian Federation, 194100 Litovskaya street, 2, St. Petersburg, Russia

Anastasia Arturovna Mikulich

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: anastasimikulitz@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2994-8797
SPIN-code: 9283-0622

assistant of the department of operative surgery, S.M. Kirov Military Medical Academy

Russian Federation, 194044 Academician Lebedev street, 6, St. Petersburg, Russia

References

Supplementary files