Method Article
يصف هذا البروتوكول نهج تنظير الحنجرة التسلسلي عبر الفم للفئران والجرذان الذي يسمح بتصوير فيديو عن قرب ودون عائق للحنجرة أثناء التنفس والبلع باستخدام نظام تخدير محسن وتقنيات معالجة بالمنظار مضبوطة بدقة.
الحنجرة هي عضو أساسي في الثدييات لها ثلاث وظائف أساسية - التنفس والبلع والنطق. من المعروف أن مجموعة واسعة من الاضطرابات تضعف وظيفة الحنجرة ، مما يؤدي إلى صعوبة التنفس (ضيق التنفس) ، وضعف البلع (عسر البلع) ، و / أو ضعف الصوت (خلل النطق). يمكن أن يؤدي عسر البلع ، على وجه الخصوص ، إلى الالتهاب الرئوي الشفطي والمراضة المرتبطة به ، والاستشفاء المتكرر ، والوفيات المبكرة. على الرغم من هذه العواقب الوخيمة ، فإن العلاجات الحالية لضعف الحنجرة تهدف إلى حد كبير إلى التدخلات الجراحية والسلوكية التي للأسف لا تعيد عادة وظيفة الحنجرة الطبيعية ، مما يسلط الضوء على الحاجة الملحة لحلول مبتكرة.
لسد هذه الفجوة ، قمنا بتطوير نهج تجريبي بالمنظار للتحقيق في الخلل الوظيفي في الحنجرة في نماذج الفئران (أي الفئران والجرذان). ومع ذلك ، فإن التنظير الداخلي في القوارض يمثل تحديا كبيرا نظرا لصغر حجمها بالنسبة لتقنية المنظار الحالية ، والاختلافات التشريحية في مجرى الهواء العلوي ، وضرورة التخدير للوصول إلى الحنجرة على النحو الأمثل. هنا ، نصف نهجا جديدا لتنظير الحنجرة عبر الفم يسمح بتصوير فيديو عن قرب ودون عائق لحركة الحنجرة في الفئران والجرذان. تشمل الخطوات الحاسمة في البروتوكول إدارة التخدير الدقيقة (لمنع الجرعات الزائدة التي تلغي البلع و / أو تخاطر بالوفيات المرتبطة بالضائقة التنفسية) والتحكم في المنظار (لتسجيل فيديو مستقر لحركة الحنجرة بواسطة باحث واحد للقياس الكمي اللاحق).
الأهم من ذلك ، يمكن تنفيذ البروتوكول بمرور الوقت في نفس لدراسة تأثير الحالات المرضية المختلفة على وجه التحديد على وظيفة الحنجرة. تتمثل المزايا الجديدة لهذا البروتوكول في القدرة على تصور حماية مجرى الهواء أثناء البلع ، وهو أمر غير ممكن عند البشر بسبب الانعكاس المزمار فوق مدخل الحنجرة الذي يعيق المزمار عن الأنظار. لذلك توفر القوارض فرصة فريدة للتحقيق على وجه التحديد في آليات حماية مجرى الهواء الطبيعي مقابل حماية مجرى الهواء الحنجري المرضية للغرض النهائي المتمثل في اكتشاف علاجات لاستعادة وظيفة الحنجرة الطبيعية بشكل فعال.
الحنجرة هي عضو غضروفي يقع عند تقاطع الجهاز التنفسي والجهاز الهضمي في الحلق ، حيث تعمل كآلية صمامات للتحكم بدقة في تدفق واتجاه الهواء (أي أثناء التنفس والنطق) مقابل الطعام والسائل (أي أثناء البلع). من المعروف أن مجموعة واسعة من الاضطرابات تؤثر على الحنجرة ، بما في ذلك الخلقية (على سبيل المثال ، الحنجرة ، تضيق تحت المزمار) ، والأورام (على سبيل المثال ، الورم الحليمي الحنجري ، وسرطان الخلايا الحرشفية) ، والعصبية (على سبيل المثال ، الشلل الحنجري مجهول السبب ، والسكتة الدماغية ، ومرض باركنسون ، والتصلب الجانبي الضموري) ، وعلاجي المنشأ (على سبيل المثال ، الإصابة غير المقصودة أثناء جراحة الرأس أو الرقبة). بغض النظر عن المسببات ، ينتج عن الخلل الوظيفي في الحنجرة عادة ثالوث أعراض ضيق التنفس (صعوبة التنفس) ، وخلل النطق (ضعف الصوت) ، وعسر البلع (ضعف البلع) التي تؤثر سلبا على الرفاهية الاقتصادية والاجتماعية للشخص1،2،3،4.
علاوة على ذلك ، يمكن أن يؤدي عسر البلع ، خاصة لدى الأفراد الهشين طبيا ، إلى الالتهاب الرئوي الشفطي (بسبب تسرب الطعام أو السوائل من خلال الحنجرة المغلقة بشكل غير كامل إلى الرئتين) والمراضة المرتبطة بها ، والاستشفاء المتكرر ، والوفيات المبكرة5،6. على الرغم من هذه العواقب الوخيمة ، فإن العلاجات الحالية لضعف الحنجرة تهدف إلى حد كبير إلى التدخلات الجراحية والسلوكية التي لا تعيد عادة وظيفة الحنجرة الطبيعية1،2،7،8،9،10 ، مما يسلط الضوء على الحاجة الملحة لحلول مبتكرة. لتحقيق هذا الهدف ، قمنا بتطوير نهج تجريبي بالمنظار للتحقيق في الخلل الوظيفي في الحنجرة في نماذج الفئران (أي الفئران والجرذان).
في الطب البشري ، المعيار الذهبي لتقييم الخلل الوظيفي في الحنجرة هو التصور بالمنظار ، المشار إليه باسم تنظير الحنجرة11،12. عادة ، يتم تمرير منظار داخلي مرن عبر الأنف لفحص الحنجرة ، وخاصة الطيات الصوتية والهياكل الحنجرية فوق المزمار وتحت المزمار المجاورة. يمكن أيضا استخدام منظار داخلي صلب لتصور الحنجرة عبر تجويف الفم. يسمح أي من النهجين بالفحص الإجمالي لتشريح الحنجرة ويمكن استخدامه لتقييم حركة الحنجرة ووظيفتها أثناء التنفس والنطق ومجموعة متنوعة من ردود الفعل الواقية للمجرى الهوائي مثل السعال وانعكاس الحنجرة المقرب13،14،15،16. ومع ذلك ، أثناء البلع ، يتم حجب الحنجرة تماما بواسطة لسان المزمار لأنها تنقلب لتغطية مدخل الحنجرة ، مما يحميها من مسار البلعة الغذائية / السائلة التي يتم ابتلاعها. نتيجة لذلك ، لا يمكن التصور المباشر لحركة الحنجرة أثناء البلع في البشر ، وبالتالي يجب استنتاجه بشكل غير مباشر باستخدام طرق تشخيصية أخرى (على سبيل المثال ، التنظير الفلوري ، تخطيط كهربية العضل ، تخطيط المزمار الكهربائي).
تصف هذه الورقة بروتوكول تنظير الحنجرة المبتكر للفئران والجرذان الذي يسمح بالتصوير عن قرب ودون عائق للتنفس وحماية مجرى الهواء أثناء البلع تحت التخدير الخفيف. يتوافق البروتوكول مع مجموعة متنوعة من أنظمة التنظير الداخلي المتاحة تجاريا جنبا إلى جنب مع منصة مخصصة لتثبيت القوارض المخدرة طوال العملية. الأهم من ذلك ، أن العديد من التصميمات / التكوينات لمنصات التنظير الداخلي ممكنة بالفعل ، اعتمادا على الموارد المتاحة لكل مختبر وجدول أعمال البحث. هدفنا هنا هو تقديم إرشادات للباحثين للنظر فيها في سياق أبحاثهم. علاوة على ذلك ، نهدف إلى توضيح كيف يمكن لبروتوكول تنظير الحنجرة هذا أن يؤدي إلى ثروة من البيانات الموضوعية التي قد تثير رؤى جديدة في فهمنا لضعف الحنجرة وتجديدها.
ينتج عن التأثير المشترك لجميع الخطوات الموضحة في بروتوكول تنظير الحنجرة الفئران هذا فحصا طفيفا التوغل لحنجرة الفئران البالغة يمكن تكراره في نفس للكشف عن الخلل الوظيفي في الحنجرة وتوصيفه بمرور الوقت استجابة للإصابة علاجية المنشأ ، وتطور المرض ، و / أو التدخل العلاجي فيما يتعلق بحماية مجرى الهواء. وتجدر الإشارة إلى أن هذا البروتوكول لا يقيم وظيفة الحنجرة المرتبطة بالنطق.
يتبع بروتوكول تنظير الحنجرة للفئران بروتوكول معتمد من لجنة رعاية المؤسسي واستخدامه (IACUC) وإرشادات المعاهد الوطنية للصحة (NIH). تم تطويره للاستخدام مع أكثر من 100 فأر بالغ من طراز C57BL / 6J وأكثر من 50 فأر Sprague Dawley بالغ ، من الجنسين المتساويين تقريبا وعمر 6 أسابيع - 12 شهرا لكلا النوعين. يعد تطوير بروتوكول إضافي ضروريا للتكيف مع القوارض الأصغر سنا / الأصغر. تم إيواء بشكل جماعي (ما يصل إلى أربعة فئران أو فئران لكل قفص ، بناء على الجنس والقمامة). تضمنت ظروف الvivarium القياسية قفصا ثابتا مع تنظيم صارم لدرجة الحرارة المحيطة (20-26 درجة مئوية) ، والرطوبة (30٪ -70٪) ، ودورة الضوء القياسية لمدة 12 ساعة. تلقت جميع مواد تخصيب جديدة (على سبيل المثال ، كوخ / أنبوب ، علاجات الأسنان ، نستلات) في تغييرات الأقفاص الأسبوعية. تم توفير وصول غير محدود إلى الطعام والماء ، باستثناء فترة قصيرة (تصل إلى 4-6 ساعات) من تقييد الطعام قبل التخدير كما هو موضح أدناه. راقب الموظفون البيطريون والبحثيون كل يوم.
1. التخدير الحيواني الذي لا يلغي البلع
2. مرور عبر الفم للمنظار الداخلي لتصور الحنجرة
3. تسجيل فيديو عن قرب دون عائق لحركة الحنجرة أثناء التنفس والبلع المثار
ملاحظة: يعد التسجيل الفيزيولوجي الكهربي المتزامن للتنفس والبلع وتنسيق التنفس والبلع خيارا أيضا.
4. التعافي من التخدير
5. القياس الكمي الموضوعي لحركة الحنجرة أثناء التنفس مقابل البلع
يؤدي الاستخدام الناجح لبروتوكول تنظير الحنجرة الفئراني إلى تصور عن قرب للحنجرة أثناء التنفس التلقائي وإثارة البلع في ظل ظروف صحية ومرضية ، كما هو موضح في الشكل 6. علاوة على ذلك ، يمكن تكرار هذا البروتوكول عدة مرات في نفس القوارض للسماح بالتحقيق في وظيفة / خلل الحنجرة بمرور الوقت. كما هو موضح في الشكل 7 ، نجحنا في تكرار بروتوكول تنظير الحنجرة هذا 6 مرات على مدى فترة زمنية مدتها 4 أشهر للتحقيق في نمط التعافي التلقائي في نموذج جراحي للفئران لإصابة RLN (البيانات لم تنشر بعد). أدت محاولات استخدام تخدير ISO بدلا من KX إلى إلغاء البلع تقريبا (الشكل 8) في القوارض التي تخضع لتحفيز كهربائي مباشر للعصب الحنجري العلوي الأيمن لإثارة البلع ، كما هو موضح في تجاربنا السابقة31،32. حدث هذا مع ISO منخفض يصل إلى 2٪. أدى تقليل ISO إلى ما دون هذا المستوى إلى عودة الحركة العفوية وبالتالي تم تجنبها. يسلط هذا التأثير المربك ل ISO الضوء على أهمية اختيار التخدير للاستخدام الناجح لهذا البروتوكول.
عندما تكون جودة الصورة بالمنظار جيدة ، يمكن تحليل مقاطع الفيديو التمثيلية للتنفس والبلع باستخدام برنامج تتبع الحركة ، كما هو موضح في الشكل 9. يتم سرد مقاييس النتائج التمثيلية التي تم إنشاؤها تلقائيا بواسطة برنامج تتبع الحنجرة المخصص الخاص بنا في الجدول 1. لاحظ أن العديد من مقاييس النتائج المتعلقة بالتنفس والبلع كانت مختلفة بشكل ملحوظ بين خط الأساس وتشريح ما بعد RLN في نفس الفئران التمثيلية. في حين أن زوايا المزمار أثناء التنفس كانت متشابهة بين خط الأساس وما بعد التشريح RLN ، فإن نسب سعة حركة الحنجرة اليمنى / اليسرى (أي متوسط نسبة نطاق الحركة أو MMRR) والتردد (نسبة دورة الفتح والإغلاق أو OCCR) أثناء التنفس كانت أقل بعد التقطيع. وبالمثل ، كانت مدة الابتلاع أقصر بعد قطع RLN.
إذا تم الحصول على تسجيلات الفيزيولوجيا الكهربية المتزامنة (على سبيل المثال ، مخطط الصدر التنفسي ومخطط كهربية العضل التناسلي) ، فإن العديد من مقاييس النتائج الموضوعية الإضافية قابلة للقياس الكمي للارتباط ببيانات تنظير الحنجرة. يتم تلخيص أمثلة على مقاييس النتائج القائمة على الفيزيولوجيا الكهربية التي تهم بحثنا في الشكل 10. نقوم حاليا بتطوير خوارزميات للقياس الكمي الآلي لمقاييس النتائج هذه.
الشكل 1: منصة التنظير الداخلي للفئران. (أ) يتم عرض المناظر العلوية الجانبية (ب) لمنصة التنظير الداخلي المخصصة للفئران ، مع تسمية المكونات الأساسية. لاحظ أن سطح الطاولة الموجود أسفل وسادة التدفئة قابل لتعديل الحجم. تظهر هنا أحجام سطح الطاولة ووسادات التدفئة المستخدمة مع الفئران ، والتي يمكن إزالتها بسهولة لفضح سطح طاولة بحجم الفأر يستوعب وسادة تدفئة أصغر (غير معروضة). يقوم المحول المخصص بتأمين المنظار الداخلي لجهاز معالجة دقيق متصل بقاعدة النظام الأساسي. يسمح هذا التصميم الاستراتيجي بنقل المنصة بأكملها كوحدة أثناء إجراء التنظير الداخلي ، دون المخاطرة بإصابة من حركة المنظار غير المقصودة / غير المنضبطة. يسمح المعالج الدقيق بإجراء تعديلات إجمالية ودقيقة لطرف المنظار في اتجاهات متعددة ، بما في ذلك x (يسار / يمين) ، y (للأمام / للخلف) ، z (لأعلى / لأسفل) ، بالإضافة إلى الدوران حول y (الملعب) و z (الانعراج). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: منظار الأذن والغمد المخصص لتنظير الحنجرة في الفئران. (أ) مكونات مفككة من منظار الأذن التجاري وغمد مخصص من الفولاذ المقاوم للصدأ مع محول لتنظير الحنجرة في الفئران. (ب) عند التجميع ، يمتد طرف منظار الأذن بمقدار 1 مم إلى ما وراء الغلاف المعدني ولكن يمكن تعديله حتى 5 مم حسب الحاجة. يسهل هذا التصميم الاستراتيجي تقدم طرف منظار الأذن الضيق إلى مدخل حنجرة القوارض بينما يحافظ الغلاف المعدني الأكبر قليلا (2.4 مم) على فتح القطيفة ولسان المزمار بشكل كاف للتصور الأمثل للحنجرة بأكملها أثناء التنفس والبلع. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: تسجيل الفيزيولوجيا الكهربية طفيفة التوغل أثناء التنظير الداخلي. يتم لصق جهاز استشعار الجهاز التنفسي على بطن القوارض. يتم إدخال قطب كهربية العضل عبر الجلد في العضلة اللسانية اللسانية. ويتم إدخال قطب أرضي تحت الجلد في الورك. يسمح هذا النهج بالتحقيق في تنسيق البلع والتنفس والبلع بالتزامن مع التنظير الداخلي. لاحظ أن الجلد حلق وتنظيفه / تطهيره في مواقع إدخال القطب. نجمة صفراء = رقائق الألومنيوم ملفوفة حول مواقع توصيل الرصاص الكهربائي لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء في التسجيلات الفيزيولوجية الكهربية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: التنظير عبر الفم لتصور الحنجرة من مسافة بعيدة. (أ) بعد سحب اللسان برفق بقبضة إصبع خفيفة ، يتم إدخال المنظار بين اللسان والقواطع المركزية في موقع النجم الأحمر (أي نفس جانب اللسان المتراجع للحفاظ على المحاذاة التشريحية مع عمود المنظار). (ب) عندما يتقدم المنظار الداخلي إلى ما بعد الحنك الصلب ، (ج) يظهر لسان المزمار والفيلوم. (د) لتصور المزمار ، يجب "فصل" القطيفة ولسان المزمار عن طريق الضغط على سطح القطيفة (في موقع النجم الأسود المحدد في الصورة C). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: التصور بالمنظار عن قرب للحنجرة. (أ) يتم توجيه طرف المنظار بلطف عبر التحكم في المنظار الدقيق بين القطيفة المنفصلة ولسان المزمار (في موقع النجم الأسود). مع تقدم المنظار الداخلي ، (ب) تظهر الحنجرة وتتركز مساحة المزمار (النجمة الصفراء) في مجال رؤية الكاميرا عبر تعديلات المناوير الدقيق. (ج) يؤدي التقدم المستمر للمنظار الداخلي بالمنظار إلى تصور الأبعاد البطنية الظهرية والجانبية للحنجرة بأكملها. الاختصارات: VC = الوحدة البطنية للحنجرة (أي نقطة التقاطع البطني بين الطيات الصوتية) ؛ DC = المسار الظهري للحنجرة (أي نقطة التقاطع الظهرية بين الأريتينويدات) ؛ VFs = طيات صوتية. أ = أريتينويد. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: تصور حنجرة الفئران أثناء التنفس والبلع. صور تنظير داخلي تمثيلية تصور حركة الحنجرة أثناء التنفس والبلع في فأر Sprague Dawley البالغ (A-C) قبل وبعد القطع الجراحي ل RLN الأيمن. لاحظ أن وضعية الراحة للحنجرة تظهر دون تغيير (D) بعد إصابة RLN مقارنة بخط الأساس (A). (ب ، ه) أثناء أقصى قدر من الإلهام ، يصبح عدم تناسق الحنجرة واضحا بعد إصابة RLN. بدلا من اختطاف كل من الأريتينويدات لتكبير مساحة المزمار (النجم الأصفر) ، (ب) كما هو موضح في خط الأساس ، (ه) تظهر الأريتينويد المماثل (الأيمن) (النجمة السوداء) والطيات الصوتية ثابتة طوال الدورة التنفسية بعد إصابة RLN. يظهر عدم تناسق الجانب الأيمن أيضا أثناء البلع. (ج) عند خط الأساس ، تقارب الأريتينويدات عند خط الوسط أثناء البلع ، تاركة فجوة مزمار بطني صغيرة بين الطيات الصوتية. (و) بعد إصابة RLN ، يتحرك الأريتينويد المماثل و VF بشكل متناقض (أي في نفس اتجاه الجانب غير المصاب ، السهم الأحمر) أثناء البلع ، تاركا فجوة مزمار كبيرة (نجمة صفراء) تمتد من المفوضين البطنيين إلى الحنجرة الخلفية. (و) تقدم هذه الصورة دليلا مباشرا على ضعف حماية مجرى الهواء الحنجري في نموذج الفئران لإصابة RLN علاجي المنشأ. (ج ، ف) لاحظ أن الحنجرة تقترب من المنظار أثناء البلع ، كما يتضح من لسان المزمار والفيلوم لم يعودا مرئيين في مجال رؤية الكاميرا. تشير الأسهم السوداء إلى اتجاه حركة الحنجرة الطبيعية بينما يشير السهم الأحمر إلى حركة متناقضة. النجم الأصفر = فضاء مزمار. الاختصارات: VFs = الطيات الصوتية. أ = أريتينويد. RLN = العصب الحنجري المتكرر. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: استخدام تنظير الحنجرة التسلسلي للتحقيق في الخلل الوظيفي في الحنجرة أثناء التنفس والبلع في نموذج الفئران لإصابة RLN علاجي المنشأ. تم استخدام مقياس ليكرت الذي يتراوح من -2 إلى +2 لتقدير مسافة حركة الحنجرة واتجاهها في ثمانية فئران Sprague-Dawley بالغة على مدى 4 أشهر. بعد تنظير الحنجرة الأساسي ، خضعت الفئران لعملية جراحية لعبور RLN الأيمن ، تلاه تنظير الحنجرة التسلسلي في أسبوع واحد بعد الجراحة ، ثم مرة أخرى على فترات شهر واحد من 1 إلى 4 أشهر بعد الجراحة. نجت جميع الفئران الثمانية من الإجراء ، مما يدل على فعالية نظام التخدير لدينا لتنظير الحنجرة التسلسلي. (أ) تم تحليل مقاطع الفيديو في الوقت الفعلي وإطار تلو الآخر / الحركة البطيئة لتحديد حركة الحنجرة أثناء التنفس ، حيث 0 = عدم وجود حركة ، و 1 = بعض الحركة ، و 2 = مسافة الحركة العادية للجانب المتأثر (الأيمن) مقارنة بالجانب السليم (الأيسر). (ب) بالنسبة للبلع ، تم تقدير حجم فجوة المزمار على النحو التالي: 0 = لا يوجد انخفاض في حجم فجوة المزمار (أي عدم وجود حماية لمجرى الهواء الحنجري) ، 1 = بعض تقليل فجوة المزمار (أي حماية غير كاملة لمجرى الهواء) ، و 2 = تقريب كامل من المزمار ، مع وجود فجوة مزمار بطني صغيرة فقط بين الطيات الصوتية (أي حماية كاملة لمجرى الهواء). تشير القيم السلبية للتنفس والبلع إلى حركة الحنجرة في الاتجاه المعاكس للمتوقع (أي متناقضة). لاحظ أنه بعد إصابة RLN ، تأثر كل من التنفس والبلع سلبا. ومن المثير للاهتمام ، أن حماية مجرى الهواء الحنجري كانت كاملة (وإن كانت متناقضة) في النقطة الزمنية 1 WPS ولكنها ساءت بعد ذلك ، بدءا من عدم وجود حماية إلى حماية غير كاملة. الاختصارات: WPS = أسبوع بعد الجراحة. MPS = أشهر بعد الجراحة. RLN = العصب الحنجري المتكرر. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8: البلع الذي تثبطه ISO في القوارض. (أ) صورة لقوارض تخضع لتنظير الحنجرة تحت تخدير ISO ، مع مكونات مصنفة لنظام توصيل ISO المخصص المصمم لهذا الغرض. التحذير الرئيسي لهذا النهج المبتكر هو خطر تعرض الموظفين ل ISO. (ب) الجانب السلبي الآخر لهذا النهج هو قمع ISO للبلع. تلخص هذه المخطط المربع جنبا إلى جنب والمخطط المبعثر البيانات غير المنشورة التي تقارن تأثير ISO مقابل تخدير KX في الفئران (9 لكل مجموعة) التي تخضع للتحفيز الكهربائي المباشر للعصب الحنجري العلوي الأيمن لإثارة البلع. يظهر هنا عدد مرات السنونو التي تم استحضارها خلال تجربة مدتها 5 دقائق تتكون من 20 ثانية من التحفيز 20 هرتز متبوعة ب 10 ثوان من الراحة. بالمقارنة مع KX ، كان لدى الفئران المخدرة ب ISO (منخفضة تصل إلى 2٪) عدد أقل بكثير من حالات الابتلاع (ص < 0.001 ، اختبار عينات مستقلة) ، وتم إلغاء البلع في 4/9 فئران. ظهرت نتائج مماثلة من التجارب غير الجراحية على كل من الفئران والجرذان (البيانات غير معروضة). الاختصارات: ISO = isoflurane; KX = الكيتامين - زيلازين. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 9: القياس الكمي الموضوعي لحركة حنجرة الفئران باستخدام برنامج التتبع. تظهر هنا نفس الصور من الشكل 6 التي تظهر التنفس مقابل البلع في فأر عند خط الأساس مقابل إصابة ما بعد RLN ، مع خطوط تتبع حركة الحنجرة المضافة بواسطة برنامجنا المخصص. تمت إضافة خطوط التتبع يدويا إلى إطار الفيديو الأول على طول الحدود الإنسية للأريتينويدات للتتبع الآلي لحركة الحنجرة اليسرى (الخط الأزرق) مقابل اليمين (الخط الأحمر) في إطارات الفيديو المتبقية. تظهر الرسوم البيانية لحركة الحنجرة المقابلة التي تم إنشاؤها بواسطة برنامجنا المخصص من مقاطع فيديو 2.5 ثانية الحركة الفردية لليسار / اليمين مقابل حركة الحنجرة العالمية المشتقة ، مع ملصقات تتوافق مع (A ، D) وضعية الراحة الحنجرية ، (B ، E) أقصى فجوة مزمار أثناء الإلهام ، و (C ، F) إغلاق المزمار أثناء البلع. لاحظ الحركة المتناقضة للجانب الأيمن (الأسهم الحمراء) بعد إصابة RLN ، بالإضافة إلى فجوة المزمار الكبيرة الموضحة في الرسم البياني للحركة العالمية المشتقة المقابلة. وترد في الجدول 1 مقاييس النتائج التمثيلية. اختصار: RLN = العصب الحنجري المتكرر. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 10: مقاييس النتائج القائمة على الفيزيولوجيا الكهربية للارتباط ببيانات تنظير الحنجرة. (أ) تظهر تسجيلات الفيزيولوجيا الكهربية أثناء التنفس والبلع للفئران السليمة. تظهر النافذة العلوية أثرا تنفسيا (من مستشعر تنفسي مسجل على بطن القوارض) ، وتظهر النافذة الوسطى نشاط مخطط كهربية العضل في العضلة التناسلية ، وتظهر النافذة السفلية نشاط مخطط كهربية العضل المفلتر. لاحظ نمط الجهاز التنفسي الإيقاعي وتخطيط كهربية العضل أثناء التنفس ، والذي ينقطع أثناء أحداث البلع. يتم اكتشاف أحداث الابتلاع بسهولة عن طريق الحركة الخشنة في تتبع الجهاز التنفسي (الأسهم السوداء) التي يتبعها على الفور انقطاع النفس لفترة وجيزة (علامة النجمة الحمراء). (ب) توضح النافذة الموسعة للمربع المستطيل المتقطع في A كيف يتم قياس العديد من مقاييس النتائج من التسجيلات الفيزيولوجية الكهربية. (أ) لاحظ أنه أثناء الإلهام (الألواح الصفراء) ، يتأخر تتبع الجهاز التنفسي (النافذة العلوية) ~ 150 مللي ثانية (سهم مزدوج أزرق) مقارنة بنشاط انفجار مخطط كهربية العضل ، مما يسلط الضوء على الاختلافات الزمنية بين طريقتي الفيزيولوجيا الكهربية. تشمل مقاييس النتائج التمثيلية القائمة على الفيزيولوجيا الكهربية 1) مدة طور الشهيق (i) ؛ 2) الفاصل الزمني بين الجهاز التنفسي (II, محسوبة عبر الجهاز التنفسي وقنوات مخطط كهربية العضل المفلترة); منطقة ابتلاع تحت المنحنى (ثالثا) ؛ وانقطاع النفس في الابتلاع (IV ؛ محسوبة عبر قنوات مخطط كهربية العضل التنفسية والمفلترة). اختصار: مخطط كهربية العضل = تخطيط كهربية العضل. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
مقاييس النتائج | الاساس | إصابة ما بعد RLN | |
التنفس | الحد الأدنى لزاوية المزمار (بالدرجات) | 34.5 | 34.6 |
زاوية المزمار القصوى (بالدرجات) | 52.9 | 49.9 | |
متوسط زاوية المزمار (بالدرجات) | 43.7 | 42.2 | |
متوسط نسبة نطاق الحركة (MMRR) | 1.26 | 0.29 | |
نسبة دورة الإغلاق المفتوحة (OCCR) | 1 | 0.11 | |
بلع | التقريب الحنجري (مللي ثانية) | 200 | 233 |
مدة الإغلاق المزمار (مللي ثانية) | 67 | 0 | |
الاختطاف الحنجري (MS) | 233 | 67 | |
إجمالي مدة البلع (مللي ثانية) | 500 | 300 |
الجدول 1: مقاييس النتائج التمثيلية التي يتم إنشاؤها تلقائيا بواسطة برنامج تتبع الحنجرة المخصص. اختصار: RLN = العصب الحنجري المتكرر.
نص تكميلي حول منصة تنظير الحنجرة. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.
لقد نجحنا في تطوير بروتوكول تنظير الحنجرة القابل للتكرار الخاص بالمورين والذي يسمح بالتصور عن قرب لحركة الحنجرة أثناء التنفس والبلع. الأهم من ذلك ، يمكن تنفيذ البروتوكول بمرور الوقت في نفس لدراسة تأثير الحالات المرضية المختلفة على وجه التحديد على وظيفة الحنجرة. تم تطوير هذا البروتوكول على مدار العقد الماضي وخضع لتعديلات كبيرة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها على طول الطريق. كان تحسين التخدير هو التحدي الأكبر الذي يجب التغلب عليه لمنع الجرعات الزائدة التي تلغي البلع و / أو تخاطر بالوفيات المرتبطة بالضائقة التنفسية. استخدمنا في البداية ISO ، مما أدى إلى إلغاء البلع ، وإنتاج اللعاب الزائد (الذي يعيق التصور بالمنظار) ، وخطر تعرض الأفراد ، والتي تعتبر موانع خطيرة ضد استخدام ISO لهذا الإجراء. لذلك ، ركزنا على KX لأنه مخدر شائع الاستخدامللقوارض 33،34،35.
بدأنا تطوير البروتوكول الخاص بنا مع الفئران14،22،29،30،36 أثناء استخدام المنظار بسبب قطر عموده الأصغر (1.1 مم) مقارنة بالمناظير الداخلية الأخرى التي يحتمل أن تكون مناسبة لهذا الغرض. الأهم من ذلك ، أن المنظار يحتوي على قناة عمل ، والتي استخدمناها في البداية لتوصيل نبضات الهواء لاستحضار / دراسة منعكس الحنجرة المقرب14. ومع ذلك ، وجدنا أن منعكس الحنجرة المقرب غالبا ما يتضاءل / يلغي في الفئران والجرذان ، على الأرجح بسبب التخدير العام و / أو تعطيل المستقبلات الحسية الحنجرية / البلعومية الثانوية لتجفيف الغشاء المخاطي من توصيل نبض الهواء المتكرر. على الرغم من أنه لا يمكن استحضار منعكس الحنجرة المقرب بشكل موثوق في دراساتنا ، إلا أن البلع استمر بشكل مدهش وتم استحضاره بسهولة عن طريق التحفيز الميكانيكي عند / بالقرب من مدخل الحنجرة. لهذا السبب ، حولنا تركيزنا إلى التحليل بالمنظار للبلع المستحث ميكانيكيا.
في هذه العملية ، تخلينا عن المنظار شبه الصلب الذي كان عرضة للكسر ولم يكن لديه إضاءة ودقة صورة كافية لتصور حركة الحنجرة وتحليلها بشكل موثوق. في استكشاف العديد من المناظير البديلة ، استقرنا في النهاية على منظار الأذن المحدد الذي كان مناسبا لتنظير الحنجرة مع كل من الفئران والجرذان. بناء على تجربتنا ، فإن الميزة الأكثر أهمية عند اختيار منظار داخلي مناسب لتنظير حنجرة الفئران هي قطر العمود الذي يقل عن 2 مم يمكنه نقل ضوء ساطع بدرجة كافية لالتقاط فيديو عالي الجودة. لا يمكن للمناظير الداخلية ذات القطر الأكبر أن تمر بسهولة عبر مدخل الحنجرة في الفئران والجرذان لتصور حركة الحنجرة عن قرب. تعتبر مناظير الأذن مثالية بشكل خاص لهذا الغرض ، نظرا لنقلها الممتاز للضوء ، وتصميمها الصلب / المتين ، والتكلفة المنخفضة نسبيا مقارنة بالأنواع الأخرى من المناظير الداخلية (على سبيل المثال ، المنظار الداخلي ، المنظار المرن). بالإضافة إلى ذلك ، في حين أن التحكم اليدوي في المنظار يعد خيارا في أيد مستقرة ، فإننا نعتبر التحكم في المعالج الدقيق ميزة أساسية لبروتوكول تنظير الحنجرة هذا. الأهم من ذلك ، أن التحكم في المنظار الدقيق في المنظار يسمح بتسجيل فيديو مستقر لحركة الحنجرة بواسطة باحث واحد للقياس الكمي اللاحق. حتى الآن ، استخدمنا بنجاح هذا البروتوكول القائم على منظار الأذن مع الفئران والجرذان البالغة. نشك في أن خيارات المنظار الداخلي ذات القطر الأصغر ستكون ضرورية لإجراء تنظير الحنجرة مع القوارض الأصغر سنا / الأصغر.
تتمثل إحدى المزايا الجديدة لبروتوكول تنظير الحنجرة لدينا في القدرة على تصور حماية مجرى الهواء أثناء البلع في القوارض ، وهو أمر غير ممكن في البشر بسبب الانعكاس المزمار فوق مدخل الحنجرة الذي يعيق المزمار من الأنظار. لذلك توفر القوارض فرصة فريدة للتحقيق على وجه التحديد في آليات حماية مجرى الهواء الطبيعي مقابل حماية مجرى الهواء الحنجري المرضية للغرض النهائي المتمثل في اكتشاف علاجات لاستعادة وظيفة الحنجرة الطبيعية بشكل فعال. هذه القدرة الفريدة لبروتوكول تنظير الحنجرة الفئران هي ميزة رئيسية على التنظير الفلوري بالفيديو (أي اختبار "المعيار الذهبي" الآخر لعسر البلع) ، والذي فشل في اكتشاف الشفط في العديد من نماذج القوارض لعسر البلع التي طورناها / حددناها حتىالآن 30،36،37،38،39،40. يمكن أن تعزى هذه النتيجة السلبية القائمة على VFSS إلى العديد من الاختلافات التشريحية في مجرى الهواء العلوي للقوارض والتي تظهر من خلال نهج التنظير عبر الفم. أولا ، يتم وضع حنجرة القوارض في مكان مرتفع في البلعوم الأنفي حيث يتم إخفاؤها بواسطة لسان مزمار وفيلوم مقترن بإحكام مما يخلق تجويفا للفم مسدود. بالإضافة إلى ذلك ، فإن لسان المزمار في حالة الراحة محاصر تحت غمد مخاطي يغطي الفيلوم. ينتج عن هذا التكوين التشريحي أن تكون القوارض ملزمة بالتنفس الأنفي. وبالتالي ، فإن التنفس الفموي في القوارض المستيقظة هو علامة على مراضة الجهاز التنفسي. ومع ذلك ، أثناء البلع في القوارض السليمة ، ينزلق لسان المزمار من غمد الغشاء المخاطي وينقلب فوق مدخل الحنجرة حيث ترتفع الحنجرة أكثر في البلعوم الأنفي ، خارج مسار البلعة. يمكن تصور / تقييم أحداث مجرى الهواء العلوي الديناميكي هذه مباشرة عن طريق تنظير الحنجرة في القوارض السليمة ونماذج الخلل الوظيفي في الحنجرة.
الأهم من ذلك ، لقد أظهرنا أنه على الرغم من عدم الشفط أثناء اختبار VFSS ، إلا أن نماذج القوارض (على سبيل المثال ، إصابة RLN علاجي المنشأ) تظهر بالفعل دليلا على ضعف حماية مجرى الهواء الحنجري (أي إغلاق المزمار غير الكامل) عن طريق تنظير الحنجرة الذي يترجم إلى مرضى البشر الذين يعانون من الشفط المرتبط بعسر البلع. وبالتالي ، يوفر بروتوكول تنظير الحنجرة في الفئران منصة انتقالية مفيدة للتحقيق على وجه التحديد في آليات حماية مجرى الهواء والعلاجات المستهدفة ، والتي لا تزال بعيدة المنال حاليا. سيتطلب تحقيق هذا الهدف مزيدا من التطوير / التحسين لطريقتنا الحالية ، والتي تستخدم طرف المنظار لتوفير تحفيز ميكانيكي غير معاير للغشاء المخاطي للحنجرة / البلعوم لإثارة البلع. يتم حاليا استكشاف طرق أكثر صرامة وخاضعة للرقابة الدقيقة لاستحضار البلع في مختبرنا ، بما في ذلك التحفيز الكهربائي المباشر للعصب الحنجريالعلوي 32،41 والتحفيز الكيميائي (على سبيل المثال ، حامضالستريك 42) للغشاء المخاطي للحنجرة / البلعوم. هناك قيود إضافية لهذا البروتوكول في وضع القوارض المستلق ، والذي لا يحاكي سلوك التغذية المستيقظ والطبيعي. تضمن تطوير البروتوكول الأولي وضع الانبطاح ، مما أدى إلى تقييد حركة الفك السفلي مع الحد أيضا من رؤية تجويف الفم ، مما يعيق بشكل ملحوظ مرور المنظار الداخلي. من الممكن تصور الحنجرة من مسافة بعيدة باستخدام طرف المنظار في البلعوم السفلي. ومع ذلك ، يتطلب هذا النهج عادة التراجع اليدوي لسان المزمار و / أو اللسان لتحسين تصور الحنجرة. لقد قمنا بتصنيع مجموعة متنوعة من أجهزة التراجع اليدوي المخصصة لهذا الغرض (على سبيل المثال ، منظار الأذن المعدلة ، وأطراف الماصة المعدلة). ومع ذلك ، تظل أجزاء من الحنجرة عادة محجوبة عن الأنظار ، ويمكن لأجهزة التراجع أن تقيد حركة الحنجرة ، والتي قد يتم الخلط بينها وبين أنها خلل وظيفي. علاوة على ذلك ، فإن الميزات الإضافية الحديثة لمنصة التنظير الداخلي (على سبيل المثال ، إمالة Trendelenburg ، والانقطاع بين قضبان الأذن لاستيعاب حركة الفك) قد تسهل اختبار القوارض في وضع الانبطاح. تعتبر قضبان الأذن والحرارة التكميلية من السمات الضرورية لبروتوكول تنظير الحنجرة. تمنع قضبان الأذن الرأس من الحركة أثناء التلاعب بالمنظار عبر الفم. يحافظ نظام التسخين المنزلي على درجة حرارة الجسم بين 36 درجة مئوية و 38 درجة مئوية لتعزيز التخدير المستقر ومنع انخفاض حرارة الجسم طوال العملية.
الآن بعد أن وجدت المنهجية لتسجيل حركة الحنجرة بالفيديو بشكل موثوق أثناء التنفس والبلع في القوارض ، يعد القياس الكمي عالي الإنتاجية خطوة تالية أساسية. لذلك ، تستمر جهود تحليل الفيديو لدينا لتحديد مقياس النتائج الذي تم إنشاؤه بواسطة برنامجنا المخصص الذي يمكنه التمييز بشكل أفضل بين الحالات الصحية والمرضية بالإضافة إلى اكتشاف التغييرات بمرور الوقت استجابة لتطور المرض الطبيعي أو تدخلات العلاج. سيكون أفضل المرشحين هم محور مناهج التعلم الآلي اللاحقة لتسريع تحليل تصوير الفيديو. الأهم من ذلك ، أن حالات جودة الصورة دون المستوى الأمثل (على سبيل المثال ، الإضاءة غير الكافية ، والهياكل التشريحية خارج مجال الرؤية ، والإفرازات الزائدة التي تحجب الهياكل الحنجرية ، وما إلى ذلك) ليست قابلة حاليا لتتبع الحنجرة. ومع ذلك ، يمكن التغلب على هذا الحاجز في المستقبل عبر أدوات التعلم الآلي. وحتى ذلك الحين، يظل الاختيار الدقيق لتتابعات أرتال الفيديو التي تفي بمعايير تحليل تتبع الحنجرة (كما هو موضح في القسم 5 من البروتوكول) أمرا بالغ الأهمية.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.
تم تمويل هذا العمل جزئيا من خلال منحتين من المعاهد الوطنية للصحة: 1) منحة متعددة PI (TL و NN) R01 (HL153612) من المعهد الوطني للقلب والرئة والدم (NHLBI) ، و 2) منحة R03 (TL ، DC0110895) من المعهد الوطني للصمم واضطرابات التواصل الأخرى (NIDCD). تم تمويل تطوير برنامج تتبع حركة الحنجرة المخصص جزئيا من خلال منحة مؤسسة كولتر (TL & Filiz Bunyak). نشكر كيت عثمان وكلوي بيكر وكينيدي هولشر وزولا ستيفنسون على تقديم رعاية ممتازة لقوارض المختبرات لدينا. كما نعرب عن تقديرنا لرودريك شلوتزهاور وتشيستون كاليس من MU Physics Machine Shop لتصميمهما ومدخلاتهما وتصنيع منصة التنظير الداخلي المخصصة الخاصة بنا والتعديلات الاستراتيجية على المناظير الداخلية التجارية ومعالجات دقيقة لتلبية احتياجاتنا البحثية. تم تطوير برنامج تتبع حركة الحنجرة المخصص الخاص بنا بالتعاون مع الدكتور فيليز بونياك والدكتور علي حمد (قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر بجامعة ميشيغان). نشكر أيضا جيم مارناتي من Karl Storz Endoscopy على تقديم الإرشادات حول اختيار منظار الأذن. أخيرا ، نود أن نشير بالعديد من الطلاب / المتدربين السابقين في Lever Lab الذين أبلغت مساهماتهم في تطوير بروتوكول تنظير الحنجرة الحالي للفئران: مارلينا سيفزيك ، كاميرون هينكل ، أبيجيل روفناك ، بريدجيت هوبويل ، ليزلي شوك ، إيان دينينجر ، تشاندلر هاكستون ، مورفي ماستين ، ودانيال شو.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Atipamezole | Zoetis | Antisedan; 5 mg/mL | Parsippany-Troy Hills, NJ |
Bioamplifier | Warner Instrument Corp. | DP-304 | Hamden, CT |
Concentric EMG needle electrode | Chalgren Enterprises, Inc. | 231-025-24TP; 25 mm x 0.3 mm/30 G | Gilroy, CA |
Cotton tipped applicator (tapered) | Puritan Medical Products | REF 25-826 5W | Guilford, ME |
Data Acquisition System | ADInstruments | PowerLab 8/30 | Colorado Springs, CO |
DC Temperature Control System - for endoscopy platform | FHC, Inc. | 40-90-8D | Bowdoin, ME |
Electrophysiology recording software | ADInstruments | LabChart 8 with video capture module | Colorado Springs, CO |
Endoscope monitor | Karl Storz Endoscopy-America | Storz Tele Pack X monitor | El Segundo, CA |
Glycopyrrolate | Piramal Critical Care | NDC 66794-204-02; 0.2 mg/mL | Bethlehem, PA |
Ground electrode | Consolidated Neuro Supply, Inc. | 27 gauge stainless steel, #S43-438 | Loveland, OH |
Isoflurane induction chamber | Braintree Scientific, Inc. | Gas Anesthetizing Box - Red | Braintree, MA |
Ketamine hydrochloride | Covetrus North America | NDC 11695-0703-1, 100 mg/mL | Dublin, OH |
Metal spatula to decouple epiglottis and velum | Fine Science Tools | Item No. 10091-12; | Foster City, CA |
Micro-brush to remove food/secretions from oral cavity | Safeco Dental Supply | REF 285-0023, 1.5 mm | Buffalo Grove, IL |
Mouse-size heating pad for endoscopy platform | FHC, Inc. | 40-90-2-07 – 5 x 12.5 cm Heating Pad | Bowdoin, ME |
Ophthalmic ointment (sterile) | Allergan, Inc. | Refresh Lacri-lube | Irvine, CA |
Otoscope | Karl Storz | REF 1232AA | El Segundo, CA |
Pneumogram Sensor | BIOPAC Systems, Inc. | RX110 | Goleta, CA |
Pulse oximetry - Vetcorder Pro Veterinary Monitor | Sentier HC, LLC | Part No. 710-1750 | Waukesha, WI |
Rat-size heating pad for endoscopy platform | FHC, Inc. | 40-90-2 – 12.5X25cm Heating Pad | Bowdoin, ME |
Sterile needles for drug injections | Becton, Dickinson and Company | REF 305110, 26 G x 3/8 inch, PrecisionGlide | Franklin Lakes, NJ |
Sterile syringes for drug injections | Becton, Dickinson and Company | REF 309628; 1 mL, Luer-Lok tip | Franklin Lakes, NJ |
Surgical drape to cover induction cage for dark environment | Covidien LP | Argyle Surgical Drape Material, Single Ply | Minneapolis, MN |
Surgical tape to secure pneumograph sensor to abdomen | 3M Health Care | #1527-0, 1/2 inch | St. Paul, MN |
Transparent blanket for thermoregulation | The Glad Products Company | Press’n Seal Cling Film | Oakland, CA |
Video editing software | Pinnacle Systems, Inc. | Pinnacle Studio, v24 | Mountain View, CA |
Water circulating heating pad - for anesthesia induction/recovery station | Adroit Medical Systems | HTP-1500 Heat Therapy Pump | Loudon, TN |
Xylazine | Vet One | NDC 13985-701-10; Anased, 100 mg/mL | Boise, ID |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved