Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Periphere Nervenregeneration über große Defektstrecken in der Ratte

Korte, Nele

The clinical gold standard of peripheral nerve reconstruction over long nerve gap lesion is the use of an autologous nerve graft. However, especially the recovery of motor function is usually poor and efficient therapies do not exist. Electrical stimulation of the proximal nerve stump as an additional treatment has been shown to enhance peripheral nerve regeneration after nerve injury over short nerve gap lesions. In the present study, the effect of intraoperative electrical stimulation on axonal regeneration over 13 mm nerve gap lesion was investigated in the rat sciatic nerve model. Therefore, the proximal nerve stump of adult female Sprague-Dawley rats was electrically stimulated for 1 h at 20 Hz frequency prior to nerve repair with an autologous graft. The rate of motor and sensory recovery was evaluated weekly. At the end of observation time (2, 4 and 8 weeks after surgery) electrodiagnostic studies and, after sacrificing the animals, morphometry were used. We found that brief electrical stimulation significantly accelerated motor nerve conduction velocity 8 weeks after lesion. Furthermore, electrical stimulation enhanced axon density and the degree of myelinisation. The observed acceleration of functional recovery and axon regeneration may be of therapeutic importance in clinical setting. Footprint analysis, like calculation of the SFI, is a well accepted method for investigation of motor recovery in the rat sciatic nerve model. However, there are drawbacks, like autotomy and joint contracture, especially after more severe injuries. In a second study the use of electrodiagnostic measurements in a follow-up study as an alternative method to observe nerve regeneration of the sciatic nerve after different injuries was investigated. Therefore, adult female Lewis rats underwent either crush injury or transection in the left sciatic nerve, followed by end-to-end-coaptation or 10 mm nerve gap autotransplantation. Compound muscle action potentials (CMAP) and spontaneous muscle activity of the gastrocnemius muscle were recorded weekly in anaesthetized animals using subcutaneously inserted stimulation and recording needle-electrodes (diameter 0.3 mm) over a period of 6 to 16 weeks to calculate the motor nerve conduction velocity (MNCV) and the percentage of axon loss (AxL). Results were compared with additional footprint analysis (Static Sciatic Index, SSI) and evaluations of sensory recovery (pinch test). Furthermore, direct nerve stimulation and mNCV recording as well as nerve morphometry at the end of the observation period were used to correlate the electrodiagnostical outcome to the quantity and quality of axonal regeneration. Starting 3 weeks after crush-lesion, SSI values increased while first CMAP’s were recorded one week later. Both techniques demonstrated continuous recovery thereafter. However, after end-to-end-coaptation, continuously increasing MNCV could be calculated from 6 weeks after surgery onward in all animals, while only single animals showed motor function improvement in the SSI between 3-6 weeks after surgery. After autotransplantation SSI-values did not demonstrate any improvement while the CMAP-recording showed it clearly. The results of non-invasive electrodiagnostic measurements correlated to thus of direct nerve stimulation and CMAP-recording as well as to the results of morphometry. Furthermore, in the crush lesion model the electrodiagnostic results correlated to those of SSI-calculation. These preliminary results demonstrate that repeated electrodiagnostic measurements are useful tools to monitor motor function improvements after severe injury in rat PNR-models.

Der klinische Goldstandard zur Rekonstruktion großer Defektstrecken bei Verletzungen peripherer Nerven, das autologe Nerventransplantat, zeigt, ebenso wie alternative Therapiemöglichkeiten, häufig unbefriedigende Ergebnisse hinsichtlich der funktionellen Wiederherstellung. Eine zusätzliche Therapiemethode, die über kurze Defektstrecken bereits erste Erfolge zeigte, stellt die intraoperative elektrische Stimulation des proximalen Nervenstumpfs dar. In einer Elektrostimulationsstudie wurde die Wirkung der elektrischen Stimulation auf die axonale Regeneration über eine Nervenlücke von 13 mm im N. ischiadicus-Modell weiblicher Sprague-Dawley Ratten untersucht. Hierzu wurde der Defekt im Anschluss an die einstündige elektrische Stimulation (20 Hz) mittels Autotransplantat überbrückt. Die sensorische und motorische Funktion wurde wöchentlich überprüft. Im Anschluss an die Beobachtungszeit von 2, 4 bzw. 8 Wochen wurden zudem invasive elektrodiagnostische Messungen sowie morphometrische Untersuchungen durchgeführt. Die elektrisch stimulierten Tiere zeigten 8 Wochen nach OP eine signifikant höhere motorische Nervenleitgeschwindigkeit (mNLG) als die Kontrollgruppe. Histomorphometrische Auswertungen ergaben zudem eine signifikant höhere Axondichte und Myelinisierung bei den Tieren der Stimulationsgruppe. Die Beobachtungen zeigen, dass die Elektrostimulation einen positiven Effekt auf die nervale Regeneration, auch über große Defektstrecken besitzt. Die Beurteilung der motorischen Regeneration anhand von Laufmusteranalysen ergab aufgrund der Ungenauigkeit der Methodik keine Ergebnisse. Daher wurde in einer zweiten Studie der Nutzen nicht-invasiver elektrodiagnostischer Messungen als zusätzliche Verlaufsuntersuchung der Regeneration peripherer Nerven im N. ischiadicus-Modell der Ratte untersucht. Dazu wurden der linke N. ischiadicus von Lewis Ratten entweder gequetscht oder durchtrennt und im Anschluss mittels End-zu-End-Koadaption bzw. 10 mm Autotransplantat rekonstruiert. Über eine Beobachtungszeit von 6-16 Wochen wurden bei den anästhesierten Tieren wöchentlich Muskelsummenaktionspotentiale (MSAP) abgeleitet. Zusätzlich wurde die Spontanaktivität im M. gastrocnemius aufgezeichnet. Die Ergebnisse wurden mit denen zusätzlicher Untersuchungen der motorischen (SSI) und sensorischen (Pinch-Test) Regeneration verglichen. Am Ende der Beobachtungszeit wurden zusätzlich invasive elektrodiagnostische Messungen sowie histomorphometrische Analysen durchgeführt. Nach Nervenquetschung stiegen die SSI-Werte ab 3 Wochen nach OP an, eine Woche später konnten die ersten MSAP’s abgeleitet werden. Beide Methoden zeigten eine zunehmende funktionelle Regeneration. Nach Durchtrennung und Rekonstruktion mittels Koadaption konnte eine ansteigende mNLG ab 6 Wochen nach OP berechnet werden. Die SSI-Werte besserten sich jedoch nur bei einzelnen Tieren zwischen der dritten und sechsten Woche. Nach Rekonstruktion mittels Autotransplantation konnte anhand des SSI keine funktionelle Regeneration nachgewiesen werden, während die Ableitung von MSAP’s dies deutlich zeigte. Die mNLG sowie der prozentuale Axonverlust korrelierten mit den Ergebnissen der sensorischen Verlaufsuntersuchung (Pinch-Test), der invasiven Elektrodiagnostik und der histomorphometrischen Auswertung der Nervenquerschnitte. Nach Quetschung des Nervs zeigte die mNLG-Messung auch übereinstimmende Resultate mit denen der motorischen Verlaufsuntersuchung (SSI). Nicht-invasive elektrodiagnostische Messungen sind somit eine hilfreiche Methode zur Überprüfung der motorischen Regeneration, vor allem nach schwerwiegenden Verletzungen, bei denen eine Auswertung des SSI keine Erkenntnisse bringt.

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Korte, Nele: Periphere Nervenregeneration über große Defektstrecken in der Ratte. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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