Chap 19. Repair & Grafting of the peripheral nerve

1. HISTORICAL BACKGROUND

1) Hipocrates: differentiation between tendon & nerve

Galen      : effect of pph. n. transection -- decrease sensibility, decrease  m. power

13th century  : first record of nerve suture

Galvani      : respond to electrical stimulation

Bell         : motor n. associated with ventral root ggl

Magendie    : sensory -- dorsal root ggl

Remak      : myelinated & unmyelinated

Purkinjie     : connection between neuron and axon

2) Schwann     : Schwann cell

3) Paget        : median n suture & complete recovery

4) Wallner : degenerative change distal to n. injury & orderly progression of regenerating axons down the preserved nerve fiber nerve cell functioned as a tropic center

5) Helmholtz & Duchenne  : Conduction velocity

6) Sherrington   : synapses

7) Tinel      : tingling sensations represent the presence of young axons in the process of growing

8) Erlanger   : action potential

9) Sedon     : nerve grafting technique & effects of ischemia

THE NEURAL ANATOMY AND TERMINOLOGY ( GREEN )

(Green fig 35-1 1316)

□ Epineurium ; loose collagenous CT

a, Internal epineurium  ;  cushioned external pressure

b. External epineurium  ;  nerve can movement longitudinally & laterally

b, encases within loose areolar tissue adhere to nutrient vessel

c. Cross sectional % of epineurium  - 25% - 75 % variable 많을수록 joint나 extra padding 이필요한 경우

d. fibroblast ; 풍부하고 이들이 nerve transsection 시에 proliferation 한다

□ Perineurium  : surrounding individual fascicles

a. 10 겹정도의 lamellated 된 flattening cell 로서 구성되어있다.

b. 이들 lamella 사이사이로 longitudinally 또는 obliquely oriented collagen fiber가 있다. BBB의 연장선상으로 있다. --> blood-nerve barrier로 작용

c. Function -	intraneural ionic exvironment의 조성

infection의 침범을 막는다.

(+) intrafascicular pressure를 유지시킨다.

strong skeletal support for enclosed nerual tissue

Mechanically very resist to longitudinal traction - peripheral nerve의 tensile strength의 유지에 중요

□ Endoneurium ; collagenous tissue

a. function ; packing among the axon

no elastin

formation of Schwann cell tube

b. Schwann cell tube - myelinated axon과 schwann cell을 포함하고 있다.

c. fibroblast가 드물다.

d. larger myelinated axon은 두층의 collagen으로 싸여 있다. 바깥층은 길이로 배열된 collagen 층이고 안쪽은 random 하게 배열되어 있으면서 carbohydrate rich reticulin과 연관되어있다.

□ Vascular supply

a. segmental nutrient vessel  ∀epineurial longitudinal vessel ∀ vessels in perineurial lamellae ∀ endoneurial vascular network ( capillary arteriole, venule )

b. No lymphatics in endoneurium

c. longitudinal circulation이 문제가 되므로 5 cm이상 mobilization 시키지 마라  ⇔

□ Fascicles

a. 수술적 조작을 가할 수 있는 가장 작은 시경구조

b. composed with group of axon, packed within endoneurium, enclosed within a sheath of perineurium

c. fascicle의 숫자는 매우 variable 하다.

d. fascicle은 독립된 cable이 아니라 많은 수의 interfascicular connection이 있다.

proximal --> distal로 갈수록 interconnection의 수가 감소

e. 각각 의 nerve의 proximal portion에서의 기능적인 변별은 아직 그리 확실하지는 않지만 proximal 일수록 Chaos가 심하다.

f. 3 intraneural architecture pattern

ⓐ monofascicular

ⓑ oligofascicular

ⓒ polyfascicular : with group arrangement or no identificable group pattern

□ Fascicular groups

a. fascicle중에 몇몇이 서로 모여서 group을 형성한 경우

b. 이들 group 내에서는 interfascicular  connection 보이지만  group 간에는 이러한  interfascicular connection 이없다.

2. PERIPHERAL NERVE COMPOSITION

1) Peripheral nervous system (fig 19-1)

⑴ composition

a) cell bodies

b) supportive connective tissue

c) cellular element

d) end organs

⑵ CNS connects to periphery,

a) dorsal root - incoming afferent fibers

b) ventral root - outgoing efferent fiber

⑶ Doral & ventral root join at a point distal to sensory ggl

a) density of afferent fiber : proportional to the areas of greatest sensory input

b) efferent fibers terminate at the motor end plates of extrafusal & intrafusal muscle fiber

c) bimodal population of myelinated efferent fibers

i) large fibers innervating the extrafusal fibers

ii) small fibers innervating intrafusal fibers

2) fascicles

⑴ nerve fibers bound by supportive connective tissue

⑵ CT의 비율 : 25-85%로 위치에 따라 다양

--- Cause of variability in proportion of CT

1) fascicular plexus formation

2) fascicular branbching

⑶ CT stroma가 증가하는 경우 : nerve fascicles의 tensile strength와 관련

a) nerves cross the joint,

b) relatively greater No. of smaller fascicles

cf) 처음에는 sunderland 등에 의한 연구결과 비관적인 nerve topographic 연구결과가 나왓으나 근래 plexus formation과 fascicular interchange가 생기지만 intraneural dissection이 불가능 하지는 않다는 연구결과가 나왓으며 fascicular repair 또는 interfascicular interpositional graft 도 가능하다고 한다. 그리고 sensory와 motor의 nerve fascicular의 분리도 어느정도 이루어지고 있다.

3) Intraneural microstimulation combined with microneurography

⑴ 어느정도의 motor & sensory fascicles의 분리가  proximal과 distal 에서 보인다.

⑵ 상지의 경우 피부로 가는 fascicles의 30-40%에 있어 각각의 territory에 3 - 5 dermatomes의 중복이 관찰된다

4) Interfascicular communication

⑴ not serve the purpose of translating groupings of spinal roots

⑵ 여분(redundancy)의 보완적, 방어적인 이득을 준다.

* fascicles간의 branching or joining이 없이 가는 길이 : 평균 5mm

cf) brachial plexus: up to 25 mm

1) monofascicular : spinal n, ant & post divisions of upper trunk, and the origins of suprascapular & musculocutaneous n

2) bifascicular : posterior division of the lower trunk

3) pure motor : 30% of brachial pl. neural tissue

a) dorsal scapular

b) long thoracic

c) subscapular

d) suprascapular

e) pectoralis,

f) axillary (82%)

g) thoracodorsal

h) radial (77%)

i)  85% of post cord : motor

i) 75% : from C6, C7, C8

ii) 22% : median n

21% : radial n.

14% : ulnar n

cf) intermediate zones with poor localization of fascicle group

① upper trunk at the formation of the divisions,

□	② origin of the suprascapular n

③ lower trunk as it forms the medial and posterior cord

5) Classification of pph n. fiber(table 19-1)

⑴ A fiber

a) all somatic myelinated fiber

b) subgroups: □,□□,□□,□□ (in descending order of size)

□: large, fast conducting axon to large skeletal m.

(extrafusal)

□: to intrafusal m. fibers within m. spindles

□: intermediate in size & conduction velocity, both extra- & intrafusal

⑵ B fiber

a) myelinated somatic afferent & efferent

b) only visceral n(vagus, white rami communicantes)

⑶ C fiber

a) unmyelinated fibers

b) somatic afferent & visceral efferent

1. CELLULAR MORPHOLOGY

1) several specialized characteristics of neuron (fig 19-3)

- 각세포는 nerve impulse의 reception conduction transmission을위한 cell body의 extension을 가지면서 large surface area를 갖게 된다.

⑴ axon hillock을 제외한 cell surface의 전체는 여러개의 synaptic terminals가 붙게된다. ( bouton)

⑵ dendrite : cytoplasmic extensions - specialized for receptive function

⑶ axon : 대부분의 neuron은 one axon을 지님

□ motor neuron  : one or more axon collateral

⑷ Renshaw interneuron - □ motor neuron에서 나오는 가지가 연결되어 recurrent motor nerve inhibition을 한다.

2) contents within cytoplasm of neuron

⑴ single round, pale nucleus

⑵ prominent Golgi apparatus & mitochondria

⑶ basophilic Nissl bodies(chromophile substance) : rER with polyribosome

⑷ sensory nerve의 dendrite도 motor neuron의 axon과 유사한구조를 갖고 있다.

3) axon

⑴ axon hillock

a) funnel shaped

b) bounded by axolemma - high mobile phospholipid moleculse의 fluid matrix에 specialized trilaminar random mosaic of protein molecule이 떠다닌다.

c) no Nissl substance

d) dense layer of granular substance

e) confluence of microtubules → clustering & crosslinkage

f)  sensory neuron → no dense layer in axon hillock

⑵ initial segment - hillock과 axon 사이의 구조물

a) short, narrow, and no myelin

b) initiation of nerve impulse

c) same dense granular layer in node of Ranvier

4) Axolemma:

⑴ 고도로 분화된 세포막으로 resting membrane potential의 유지와 관련

⑵ dense concentration of particles : correspond to membrane Na channel, and may be associated with ATPase activity

⑶ clusters of particles deposited at nodes of Ranvier : action potential의 initiation과 propagation

5) Axoplasm

⑴ principal structures : microfilaments, neurotubule, and microtubule

⑵ relative lack of organelles ( protein synthesis 하는 기관은 없다)

□ Microfilaments :

a) smallest axonoplasmic components,

b) paired helical chains of actin

c) confined to cortical zone near axolemma

d) intra-axonal transport

□ Neurofilaments:

a) larger(8-11 mm), more prevalent

b) linked into an irregular polygonal lattice by less dense filaments

c) occupy the area without other organelles

d) composed of 3 proteins

e) readily digested by intrinsic axonal calcium-activated protease

f) rapid disappearance of neurofilaments in damaged axon

□ Microtubules

a) indefinite length and 23-25 mm in diameter

b) 13 개의  tubulin 으로 구성 ( globular 4□m subunit of protein )

a) tubulin : diameric protein composed of □ & □ subunit

b) microtubule : helically arranged chains of alternating □ & □ subunit

c) terminal axon : 10 times more microtubules than the more proximal axon

d) unmyelinated axons : large myelinated fibers 보다  microtubule이 5배 많다.

e) m/c site of dense microtubule grouping

1) initial segment

2) dorsal root ganglia

3) nodes of Ranvier,

4) internodal segment of large group A fibers

□ mitochondria : axon 단면에 반비례 하면서 다양하게 분포, axonal cylinder를 따라 이동

□ sER:

a) 3 dimensional dynamic network of intral-axonal conduit

b) secretory vesicle

c) continuous network from cell body to axon terminal

d) transport of materials along the axon

□ secretory vesicle

: concentrated at nodes of Ranvier and nerve terminal : catecholamine의 이동과 관련

□ coated vesicle

a) neuromuscular junction, recycling synaptic vesicle membrane from axolemma to rER

b) dense-cored vesicles

: in postpanglionic unmyelinated autonomic fibers,

role in storage & release of catecholamine

2. AXOPLASMIC TRNSPORT

- somatofugal or anterograde flow  : transported down the axon

- somatopedal or retrograde flow   : transported up the axon

1) axoplasmic transport

① various rates : 1mm-468mm/day

② slow transport

: bulk movement of coherent neurotubule-neurofilament network in proximodistal direction

③ second slow-moving component(2-4mm)

: actin microfilaments, complex protein, multiple soluble enzymes

④ slow antegrade transport rate

= velocity of outgrowth of axonal sprouts in developing & regenerating neural tissue

2) fast transport of molecule

① energy dependent and ATP utilizing

② can be act without an intact neuron

③ packageing of material: in rER, Golgi apparatus

④ conveyance : mitochondria, neuro-transmitted storage vesicle, and enzymes such as acetylcholinesterase, axolemmal costituents

⑤ no difference in transport rate between sensory & motor axon

⑥ mitochondria 에서의 oxidative phosphorylation 이 산소부족으로 정지되면 fast transport도 멈춘다.

cf) Colchicine , vinca alkaloid 등은 이런 microtubular system을 disolve 하여 fast transport를  방해한다.

cf) Cytochalasin B - microfilament inhibitior 로서 transport를 정지시키지못한다.  -- > 그러므로 actin microfilaments: not necessary for fast transport

3) retrograde transport system:

① recycling of intra-axonal proteins & neurotransmitter

② transmit extraneural material (by active endocytosis) from n. ending to neuron

③ exogenous nerve growth factor 를 receptors를 통해 neuron cell 로 이송시킨다

④ pathway for many pathogen and toxins : e.g. herpes simplex virus

4) Mechanism  of axoplasmic transport

① similar to sliding filament theory of m. contraction

② movement by interaction between anctin myosin and stationary microtubule-microfilament network of axoplasm

③ common transport carrier : microfilament system

④ dense microtubule : crosslink transported organelle & microtubule-neurofilament network

cf) anoxia by nitrogen, sodium azide, or cyanide

: block of fast axonoplasmic transport within 15 min

3. NERVE CONDUCTION

1) Nerve transmit information in two ways

a) slowly by axoplasmic transport(physical movement of molecule)

b) quickly by electrical current

- selective permeability of small charged ion

change of ion permeability

2) Depolarization of axons can generate two types of signals:

1) localized potential

a) only short distance

b) functional integration at cell-cell junctions and sensory endings

2) action potential

a) "all or none" law

b) propagated the entire length of axon

3) absolute refractory period due to insufficient sodium conductance

3) The conduction velocity is determined by

속도는 저항과 (막의 ) action potential 의 전류량에 비례한다.

막의 저항은 일정하므로 ( potential은 radially flows as opposed axially) 그런데 radial 저항은 막저항과 관계 있으며 Axial 저항만이 변수로 등장 그러므로 전도속도는 nerve diameter와 관계가 있다.

1) the specific membrane's resisticty (constant)

2) the fraction of total current of an action potential(radial & axial)

a) radial resistance : due to membrane resistance

b) axial resistance : axoplasmic conductivity and cross sectional area

c) diameter of axon : only variable in the speed of conduction

4) myelin sheath

1) high resistance, low capacitance insulator

2) divided axon  into short region capable of depolarization and longer

region unable to generate action potential

3) node of Ranvier   - Satatory conduction

a) saltatory conduction  (jumping propagation)

myelin sheath 에의해 short regions depolarization 과 longer region ( 16-19mm)에서의 repolarization 이불가능하게 하여 impulse의 jumping 이 일어난다 ( 그러므로 속도가 70m/sec 로 전도된다)

b) Myelinated axon is capable of depolarization only at the nodes.

4. THE SCHWANN CELL (fig 19-5)

1) neuronal satellite cell of PNS(neuroectodermally derived) : 태생초기에는 schwann cell 속에 여러개의 axon bundle이 포함 되어 있다가 나중에 myelinization 될 운명을 가진 axon 에서는 1 : 1 비율이 될 때까지 분화한다.

; 8 - 15개의 axons within individual longitudial enfoldings of the Schwann cell membrane

2) selection of fiber for myelination

a) axon caliber

b) trophic input from axon

cf) conduction velocity에서 myelin의 두께보다는 ranvier node간의 전도속도에 관계된다.

3) myelin sheath -- schwann cell 에서 생성한다.

: proteophospholipid multilayered spiral of cell membrane spiralling around the axon perimeter

4) Large axon have thicker sheath

5) The elaboration of basal lamina that surround axon is peculiar to schwann cell.

No axon, no basal lamina of Schwann cell (trophic dependence)

6) unmyelinated fiber

: continuous tube along the whole length of axon by a cord of Schwann cell - 이들 에서는 schwann cell 들사이의 경계가 불분명한데 이유는 경계부위에서의 많은 cytoplasmic interdigitation 때문이다.(Puncta adheretia)

7) myelinated fiber  : not continuous cord --> segmented

# Node of Ranvier (fig 19-5) myelinated fiber는 여기서만 depolarization이 가능하다.

이부위에서만 저항이 적어서 local current가 전도된다.(saltatory conduction)

이부위의 axolemma는 electrodense granular layer 로서 initial segment

와 비슷하다. → voltage sensitive ionic channel (theory)

1) axon at node of Ranvier

① 5 times mitochondria in the nodal axon

② lamellated autophagic vesicles,  sER, glycogen granules, lysosome like granules 등이 풍부하다.

③ narrowing of axon cylinder at nodal region

cf) 이부위의 Schwann cell도 mitichondria가 풍부하다.

2) gap substance - perinodal 주변에서

① material of moderate electron density with a mottled appearance

② contains glycosaminoglycans

③ cation exchange and binding properties similar to ion exchange resin

④ maintain an ionically inactive pool of Na ions close to nodal axolemma

⑤ retard diffusion of other cation

⑥ high frequency impulse의 전도시 high enegy compound와 ion pooling을 하여 nodal axolemma의 충분한 repol 이가능하게 해준다.

cf) Schmidt-Lanterman incisures

1) regular interruption 이 myelin 에서 보이는데 이는 안쪽의 myelin 과 바깥의 것과의 connection을 이루고있으며 metabolites 와 ions의 소통로이다.

5. CONNECTIVE TISSUE ELEMENTS

1) endoneurium

a) within fascicle(densely packed bundle)

b) mucopolysaccharide ground substance, longitudinal oriented collagen fibrils and smaller reticulin fibers, and fibroblast, mastcells & macrophage

2) perineurium

□ CT condensation around individual nerve fascicles

□ inner layer -- lamellated, squama-like cellular layers

outer layer of collagen fibers - lattice 형태로서 longitudinal, circumferential oblique하게 구성되어 있다.

□ blood vessel 이통과하면서 epineurium의 vessel 과연계된다 이들 perineural cell이 endoneurium 안으로 sleeve 를 형성하면서 약간 파고들어있다.

□ 이들 perineurial cell은 nerve branching 되면서 같이 분리되어 cell layer가 한층으로 까지 얇아진다.

□ 이들 perineural tube는 motor end plate 에서는 open end 를 가지면서 NMJ 와는 직접접촉하지 않는다.

□ Inner cellular layer

a) multiplle concentric sleeves of cells up to 15 layer - flattened cell layer로서 basement membrane을 가지면서 최대 0.5□ 일수도 있다.

b) many pinocytic vesicles- cytoplasm 은 metabollically active 하다 .

c) zonula occludentes : cells linked by either interdigitation of multiple tight junction

□ the sheath of Henle

a) perineural sheath reduced to a single cell layer at the periphery

b) pinocytic transport: active transport

Mx for transport of substances to the fascicles

Mx of protein out of endoneurium in peripheral n. edema

c) diffusion barrier as blood nerve barrier ( Pia mater 와같은 역할)

□ perineurium 의 기능

a) primary contributor to the tensile strength of pph n

b) maintenance of endoneurial fluid pressure(2-20mmHg)

no lymphatics in endoneurium---fluid collection

perineural pressure: counteract endoneurial fluid collection

promote centrifugal flow toward open end

3) Epineurium : Perifascicular and interfascicular CT loose outer sheath functionally 2 component - inner & outer

nutrient blood vessels & lymphatics

a) Outer layer - continuous with mesoneurium

b) collagen fiber, elastin , fibroblast, a few mast cell

variable amount of fat: cushion effect

cf) monofascicular

Oligofascicular

polyfascicular

fig 19-6

6. VASCULAR SUPPLY (fig 19-7)

1) extrinsic system

a) composed of segmentally arranged vessel

b) originate from neighboring large vessel

e.g. muscular perforator, periosteal vessel

c) a & v: tortuous or coiled for "reserve in length"

d) intraneural ; nerve 각 층에 존재하는 혈관들.

e) epineurial vessel - symphathetic innervation

2) intrinsic system

a) vascular plexus of epineurium

: highly adaptable, 요구량에 따라 blood flow를 방향전환시킬수 있다.            nerve내의 arteriol과 venule들은 서로간에 anastomosis를 이루고 있다. 이들 혈관들은 같은 혈관이라도 다른 level 에서 보면 서로 반대방향의 흐름 을 보일수도 있다.

b) perineurial vessels :	multiple longitudinal vessels,

numerous anastomosis

underlying capillary plexus of endoneurium

c) endoneurial capillary plexus: longitudinal basket formation complete perfusion observed only during stress or warm saline applied

d) elongation of 8%: slowed venular flow

15%: all flow halted

e) ultrastructure

① epineurial endothelium : cell junctions of open variability(allow extravasation)

② endoneurial endothelium : tight junction (BBB를 닮앗다)

f) strong alkaline phsphatase - endoneurial arteriolar endothelial cell

→ suggest active transport function

g) intrafascicular vascular network : composed of capillaries with larger caliber

→ in situ reservoir

3.PERIPHERAL NERVE END ORGANS

1. SENSORY RESEPTORS

# sensory receptors classification

1) by function: mechanoreceptor, thermoreceptor, nociceptor

2) by structure: free nerve ending, encapsulated endings

3) by anatomic localization

glabrous skin,

mucocutaneous skin, ( no hair follicles of dermal papillae)

hairy skin

muscle & joint

# afferent fiber(A,C)

1) A□  : touch

2) A□  : cooling, pricking pain and tickle

3) C   : warming, burning, pain and itch

4) ratio A & C fiber: varies

1:1 in face & hand

1:5 in proximal part

5) touch sense의 구분

i) touch-pressure

ii) contact

iii) flutter-vibration

# perception of stimulus intensity -

: centrally processed to quantitative stimulus의 2 parameter

1) receptor의 discharge frequency

2) numbler of receptor

이들은 두뇌에서 다시 processing 되어 intencity 를 안다.

cf) stronger stimuli

a) greater frequency of receptor discharge

b) greater number of receptor stimulation

# Adaptive properties of receptors(fig 19-8)

1) quickly adapting receptor

a) gradual decrease of impulse to zero or baseline response to continuous monotonic stimulation

b) acceleration(another single discharge impulae)시에만 반응

2) Slowly adapting receptor

a) continue pulse response throughout the duration of stimulus

b) constanct monotonic stimuli에도 반응하고, 양적으로도 반응

3) change in magnitude:

a) QA: single discharge pulse

b) SA: change in frequency

* SA receptor의 2 type(보충)

	SA I receptor	SA II receptor
resting state	little or no spontaneous discharge	slow regular dischage 유지
monotonic stimuli동안 dynamic phase static phase	high rate discharge에 반응 1500/sec slow rate decrease후 지수함수적인 discharge frequency 감소	lower than SAI 300/sec regular discharge above baseline
기타 특징	1) shorter recovery cycle 40-50msec 2) vertical displacement에 민감	1) more sensory information about pressure, position 2) skin stretch에 민감

1) Glabrous ( nonhairy ) Skin Receptors

특징적으로 두터운 epidermis 와 papillary ridge, 그리고dermis 의 complementary ridge를 보이고 이러한 특성으로 mechanical deformation시 tactile sensitivity 를 modulation 하게 된다.

# 3 encapsulated receptors in glabrous skin

1) Meissner's corpuscle(QA)

2) Pacini's corpuscle(QA)

3) Merkel cell-neurite complex(SAI)

□ Meissner's corpuscle(fig 19-10)

1) dermal papilla에 위치

2) terminal ending of several group A□ fiber encapsulated modified Schwann cells folded into multiple lamella cell

3) lamella cell에서 basal cell layer까지 fine collagen fibril ( tonopilaments)이 semidesmosome 으로 연결되어있어 skin stimuli가 잘 전달되게 함

4) QA receptor이며 low frequency flutter-vibration(optimal 30-40Hz) & moving touch를 느낌 ( Velocity acceleration sensor)

□ Pacinian corpuscle(fig 19-11)

1) 육안으로 보일만큼 크다

2) deep dermis, subcutaneous level에 위치

3) encapsulated QA receptor, innervated by single group A□ fiber

4) 1st anatomic structure associated with cutaneous sensation

5) high frequency vibration(optimal 250-300Hz) & moving touch를 느낌

6) extremely short recovery cycle(5-6 msec)

7) no fatigue with repetitive stimulation

8) human skin의 2000개 중, 1/3이상이 digit에 위치(1 digit > 100개)

9) 두 개의 Ranvier node가 corpuscle 안에 존재하며 corpuscle 안에서 바로 myelin이 없어진다.

10) radial clefts, 20-30층의 lamellae 를 갖고 있다.- 이들중 바깥층은 low vibration의 filtered transducer 역할을 한다.

□ Merkel cell-neurite complex - slowly adapting mechanoceptor type I

1) dermal-epidermal junction of intermediate ridges that project into the dermis에 위치 : 5-10의 group이 complex를 형성하여 basal cell layer에 분포 되어 있다

2) afferent group A□ fiber : epidermis와 인접한 cell들 사이에 multiple cytoplasmic process가 존재

3) type I slowly adapting mechanoreceptor

a) exhibit both  dynamic & static phase output to continuous stimulation

b) constant touch or pressure : 주로 tactile gnosis of static object

4) discharge frequency는 temperature dependent

a) cooling: excitation

b) warming: inhibition

□ Ruffini end organ (fig 19-13)

1) rare SA II receptor ( continuous background discharge 갖는다 )로 추정되는 spindle shaped & encapsulated , ground substance가 차있으면서 collagen fiber에 의한 주변의 dermal & subdermis 와 mechanical linking을 한다.

2) within dermis -

3) made up of terminal unmyelinated branch of group A□ fiber

4) sense

a) touch-pressure sensory function as velocity & position detector

skin stretch시 maximal respond

direct vertical displacement에는 덜반응한다.

b) thermoreceptor(as a secondary role) cooling -excitation

warming-inhibtion

□ free nerve ending

1) numerous poorly defined -- stratum granulosum과 epithermal basal cell layer, 그외  dermis 등에서 관찰가능하다.

2) slowly adapting A□ & group C fiber - temp dependant continuous discharge

3) sense

a) cold & warmth

b) nociceptive response of pain

c) vague sensation of itch & tickle

4) receptive field: very small(1 mm)

5) human hand에서는 0.05 oC의 온도 차이도 구분가능 (highly sensitive)

2) hairly skin receptor

□ Meckel cell neurite complex - basilar epidermis에서 발견되며 cluster를 이루면서 이부위를 touch spot 이라한다.

□ Meissner's corpuscle이 없다(이것외에는 glaborous skin과 유사)

a) touch & low frequency vibration의 receptor

b) hair follicle자체가 G A□ fiber innervaiton

: Hair movement를 전달하는 receptor는 functional analogue of Meissner's corpuscle

□ Pacinian corpuscles & Merkel cell-neurite complex : location & sense 가 동일

□ Ruffini's end organ : hairly skin의 dermis & subdermal tissue에 많이 분포

□ 3 types of nerve endings associated with hair follicles

a) follicle을 둘러싸는 several myelinated fibers - nerve ending이 hair follicle을 둘러싼 basal lamina에 termination 하게 된다.

b) spindle like n. ending just deep to the seb gl

c) papillary endings : follicle을 따라 올라온 unmyelinated fiber가 epidermis의 basal lamina에 end in a spray

^ glabrous skin의 Meissner's corpuscle의 functional analogue, QA

respond to vibratory or moving stimuli.

3) mucocutaneous receptors

□ transitional zone between hairly skin & true mucous mb. : glans penis, clotoris, lip, eyelid, perianal region

□ glomerular corpuscle

a) glabrous or hairly skin에는 없음

b) not encapsulated

c) varous designed

i) Krause end bulb - 아마도 Meissner's corpuscle의 변종으로 생각되며 기능상으로도 별다른 차이가 없다.

ii) genital end bulb

iii) Dogiel's end bulb

iv) mucocutaneous end organ of Winkleman

□ free n. ending, Meissner's corpuscle, Ruffinian corpuscle, Pacinian corpuscle이 많음

□ Merkel cell-neurite complex

a) glans에는 rare

b) lingual mucosa에는 없음

c) lip & buccal mucosa에 common

^ frequency in genital skin

free n. ending >> genital corpuscle > pacinian corpuscle

4) muscular and skeletal receptors (primarily tendon & joint)

□ anatomically defined as deep sensibility

: proprioception (position sense) and muscle stretch & tension

□ sensory receptors in muscle, tendon & joint

a) muscle spindle ( fig 19-15 )

myelinated A□ fiber와 A□ fiber가 수용된다.

multilayered capsule와 several specialized m fiber 와 □efferent fiber 등이 innervation 된다 ( fusimotor fiber )이들 □ efferent fiber에의해 muscle spindle의 centrifugal control이 일어나는데 즉, 이들 intrafusal fiber는 주변의 extrafusal muslce fiber와 길이를 같이하게 되어 주변의 muscle fiber의 wide range of motion 에도 불구하고 일정한 spindle length 를 가지게 된다.

i) skeletal m 내의 fusiform encapsulated receptor

ii) 2 types of spindle

a. nuclear bag fiber

b. nuclear chain fiber

b) Golgi tendon organ

i) SA II, Ruffini ending과 유사하며 기능적으로 tendon tension 에 대한 feedback responce를 보인다.

ii) tendinous str. & ligament에서 발견

c) encapsulated joint receptors : joint capsule과 주위 periosteum에서 발견 QA-R

i) Pacinian - skin 의 그것과 동일

ii) Paciniform - skin의 것과는 capsule의 수가 다르다.

iii) Golgi-Mazzoni corpuscle - joint 주변 periosteum에서 발견 되는 encapsulated receptor

d) Ruffini endings ( fig 19-16 )

i) joint capsule에 많고 Golgi tendon organ과 유사

ii) SA II

iii) 3 group :position related output ( proprioception)

a. flexion에 최대반응하는 R

b. extension

c. middle of joint ROM

iv) sensitive proprioceptive feedback

e) nociceptive free n. ending

2.  MOTOR END ORGAN

1) motor unit ; 한 개의 nerve fiber와 이에의해 activation되는 muscle-fiber bunch를 일컬음

a) □ motor neuron

b) its group A□ or □ axon

c) extrafusal muscle fiber & intrafusal fiber with □ axon

각 axon은 여러개의 muscle fiber로 innervation 된다

2) general features of motor end plate : terminal structure of efferent axon

a) myelinated A□ fiber approaches the m. fiber & forms a devergent spray of unmyelinated axon - spread over muscle fiber

b) Schwann cell membrane에 싸여있다.

c) each terminal ending에는 mitochondria & acetylcholine의 vesicle함유

d) each motor axon(A-□) innervated from 10-100 m fibers

4. PERIPHERAL NERVE INJURY

1. Seddon classification

1) Neurapraxia (mildest)

a) axonal continuity유지

b) lesion부위만 conduction block : lesion의 prox.과 distal은 conduction유지

c) rapid recovery and complete return of function within weeks

2) Axonotmesis

a) distrupt the continuity of axon

b) complete conduction block with distal axon degeneration

c) good prognosis : support CT, setellite cell, basement mb의 continuity

3) Neurotmesis ( Sunderland 의  3 4 5 class )

a) complete anatomic severance

b) distal and some degree proximal degeneration

c) no recovery without surgical coaptation

2. Sunderland classification  ( fig 19-17)

1) 1st degree injury  : neuropraxia - segmental demyelination

2) 2nd degree injury  : axonotmesis - Wallerian degeneration 이일어난다, Regeneration 속도가 가장 빠르다.

3) 3rd degree injury

a) endoneurium절단, intact perineurium

b) regeneration일어나지만, target organ의 reinnervation이 엉망

intrafascicular mixing of axon

4) 4th degree injury

a) perineurium절단, intact epineurium

b) extensive interfascicular mixing of growing axon

5) 5th degree injury : n. trunk 완전절단

# effect of denervation

1) Terminal axon의 퇴화 : Wallerian degeneration

2) axon terminal의 지지구조가 다양한 정도로 퇴화 : 완전 퇴화되면 재생가능성 상실

# denervated muscle의 change

기능적 1) denervation hypersensitivity

2) lowered mb potential

3) capacitance↑

4) fibrillation

^ Dx parameter: EMG상 fibrillation pattern, (+) sharp wave

* 이러한 denervation changes를 direct muscle stimulation(intermittent train)으로 어느정도 예방 가능

조직학적

1) nucleus enlargement

2) nucleus amitotic division

3) sarcoplasmic mass growth

4) myofibril formation

P657

4. PERIPHERAL NERVE REGENERATION

1. NEURON & PROXIMAL AXON ( fig 19-18 & 19)

* peripheral n injury - axonal continuity의 disuption이 초래된 경우 손상정도에 따른 distal (Wallerian) & prox. axonal degeneration 유발

⑴ distal nerve : Wallerian degeneration (fig 19-19)

- axon이 절단된 된 부위로부터 terminal ending까지 axon과 이를 둘러싼 myelin의 fragmentation

⑵ proximal to axonal disruption : last preserved internode93□까지 제한된 퇴행

⑶ neuron : central chromatolysis

- 대사성변화 ( 신경전도 --> regenerative mode : structural protein의 생성 )

- 단백합성, axonal membrane synthesis에 중요한 여러 enzyme과 lipoprotein, Tubulin( neurofilament와 neurotubule의 구조물)생성이 증가,

⑷ axon : 대개 24시간 내에 prox. stump의 buldging으로 growth cone 형성

* growth cone : 절단된 axon proximal부위의 tip에 위치한 axoplasmic enlargement

· SER, Microtubules, Microfilaments, mitochondria, lysosome등이 풍부

· actin, myosin이 존재하며 membrane에서 많은수의 filopodia를 ameboid fashion으로 protrude & retract

--> 이러한 운동으로 손상부위로 이동

--> 적당한 adhesive substratum이 filopodia에 의해 □sense"되면 axon이 이 방향으로 길이를 연장

--> 다른 sprout는 퇴화 ( dying back process )

- 24시간이내에 몇 개의 sprout가 손상부위에 도달하게 되며 형성되고 있는 scar를 2 - 3일에 걸쳐 통과

- growth cone에는 protenase(plasminogen activators)가 있어 조직을 통과

⑸ Schwann cell : terminal satellite cell의 증식으로 파생되어 axonal sprout와 함께 손상부위로 이동

* Myelination은 end organ에 의해서가 아니라 parent axon에 의해 결정

* Factors in axonal growth and guidance

① growth cone의 antegrade motion

② tropic(guiding) or trophic(nutrient) factors : growth cone의 endocytotic activity

--> growth cone is stimulated to "follow" the concentration gradient of triphic or tropic substances

③ mechanical factors : barrier along the path

- 통과할수 없는 scar --> 성장방항을 바꾸거나, branch를 냄

- prosaminogen activators(proteases)를 유리하여 조직을 통과

P660

2. DISTAL AXON

1) Wallerian degeneration동안 Schwann cell은 두가지 역할을 함

a) myelin & axonal debris의 분해

b) axon bud를 수용하여 계속적으로 재생되어 가는 axon의 remyelination을 담당

* bands of B□ngner : 남아있는 endoneurial CT sheath의 basal lamina내에서 Schwann cell이 증식하여 logitudinal row를 형성하며 이의 조직학적인 명칭 <-- axon의 remyelination과 관련

2) 신경손상 후 약 28 - 35일 내에(during a period of active regeneration) endoneurial collagen의 부가적인 deposition이 관찰

→ axonal growth에 필요한 potential space좁힘

→ regenerated axon의 ultimate diameter를 줄임

→ Schwann cell의 단위 숫자는 증가하지만 internodal distance는 감소

cf) 만약 재생이 실패하면 distal endoneurial tube의 irreversible shrinkage : 2년이 경과하면 endoneurial sheath의 절단면이 정상의 1%에 불과

3) axon의 재생이 적절히 이루어진 후에도 blood supply는 원래의 절단면의 60-80%를 넘지 않는다( never exceeds 60 - 80% of its original cross sectional area ).

3) 신경재생 속도

a) cell body로 부터의 거리에 반비례

b) Tinel's sign으로 알수있다

c) regenerating axonal growth

① through a scar :  0.25 mm/day

② distal endoneurial tube내에서 : 1.0-8.5 mm/day

d) 2nd degree crush injury

① upper arm	: 8.5mm/day

② proximal forearm	: 6 mm/day

③ wrist	: 1-2 mm/day

④ hand	: 1-1.5 mm/day

e) nonvascularized n. graft시	: 3-4 mm per day

3. RELATIONSHIP TO DEGREE OF INJURY

1)  Second degree injury

- intact한 endoneurial tube를 통해 sprout가 □guided" : end organ specificity가 유지

2)  Third degree injury

- basal lamina의 isruption으로 이러한 specificity가 소실된다. : neighboring regenerating axon이 intermix되고 misrouting될 가능성이 있음

- fascicular integration은 유지됨

* 재생이 spontaneous하게 진행될 경우의 prognosis

ⓐ level of injury - distal injury의 경우 reasonable functional return을 기대 가능

ⓑ targent organ과 손상된 신경의 근접정도

3) Fourth degree injury

- fascicular disruption, intact epineurium

- regenerate & remyelinate axon but functional connectivity is haphazard

- clinically "neuroma-in-continuity" : misdirected axons entangled within the scar confined by the epineurium\

- 일부 axon이 nerve trunk를 perineurial & endoneurial blood vessel을 통해 □escape"하여 lateral neuroma형성가능

4) Fifth degree injury

- separation of the entire proximal and distal stump

- amputation neuroma형성

- 어떠한 형태의 directional guideance없이는 재생이 일어 나지 않음

4. INFLUENCING FACTORS

신경회복의 □speed"와 □quality"에 영향을 미치는 인자

⑴ 술자에 의해 영향을 받는 인자

① mechanical factors : scar, gap, collagen deposition

② 손상에서 교정까지의 시간 : 4일 이내에 교정해 주는 것이 바람직 하다

⑵ Other : 교정 후 기능적 회복정도에 영향

① 환자의 나이 : 젊을수록 회복속도와 기능회복이 좋다

② 손상된 신경의 종류 : pure type nerve가 결과가 좋다

③ 손상의 level : 기능회복의 가장 중요한 인자, proximal injury시 결과가 좋지 않다.

④ 손상의 원인 : trauma가 심할수록 결과가 좋지 않다

⑤ 동반된 손상 : 손상부의의 정도와 contamination 정도

⑥ trophic influence : neurotrophism

* Time : 4일 이내에 repair 해주면 좋다

- cell body와 proximal stump의 재생능력은 신경 세포가 죽지 않으면 유지되므로 distal nerve와 targen organs에 초점을 맞추어야 한다.

- 손상후 4일내에는 distal stump내의 fascicular identification을 위한 electrical stimulation에 충분한 functional & structural integrity를 유지

- endoneurium내에 collagen의 침착, Schwann cell tube shrinkage로 distal stump로 재생되는 axon이 진입할 가능성이 낮아지며, maturing axon이 손상전의 직경으로 복원불가능

- end organ atrophy↑

* Age: 어릴수록 regeneration이 양적, 질적으로 더 잘된다.

- 이유

① young에서는 cortical plasticity가 더 커서 functional return이 잘된다

□	--> cerebral cortex level에서 spatially disrupted input의 relearn or reorganization ability

--> overcom inexact peripheral nerve regeneration

② greater capacity to substitute and modify muscles to compensate

--> achieve a better functional motor results

③ growing axon의 target organ specific recognition abivity가 좋음

- young, old의 regeneration behavior에는 차이가 없다.

- 13세 이하에서 nerve repair후 fine sensibility회복

* level of injury

a) 기능회복의 가장 중요한인자이다.

b) proximal injuries가 worse prognosis

i) neuron cell에서 차지하는 세포의 용적비율이 높다.

→ 세포의  metabolic demand , time need↑

ii) target organ 까지 거리가 멀다.

c) intraneural topography - axonal homogeneity가 적다. 즉 서로 뒤엉퀸다.

d) 근위부의 간단한 동작에 비해 원위부의 근육은 더 복잡한 기능을 한다.

* trophic influence

a) neurotrophism

- 신경의 재생은 mechanical contact guidance이외에도 axonal direction을 유도하는 인자에 의해 distal stump로 유도 되어 적절한 말단조직을 찾아 재생됨

b) Nerve growth factor ( NGF )

- 교감신경과 감각신경에 의해 지배받는 조직에서 생성되어 교감신경과 감각신경의 성장과 유지, 재생에 중요한 역할을 담당

--> n. mb에 NGF에 specific한 receptor가 존재

--> endocytosis의해 cell body로 trasport

--> neuronal metabolism에 영향

- 기능

① axonal growth stimulation

② retrograde axonal reaction 방지하여 이로인한 cell death를 막음

③ 농도경사에 따른 growth cone의 guide : 재생되는 axon이 target organ으로 유도하는데 중요한 역할을 할 것으로 생각

c) motor 7NGF(MNGF): associated with motor n. similar to NGF

d) 4 major actions of neurotrophic(humoral or substrate-bound) factor

① neuronal survival factors : nerve cell death 방지

② neurite extension factor : axon sprouting 촉진

③ substrate adhesion/neurite promoting factors : cellular adherence를 증폭, 다른 factor 기능 강화

④ developmental factors : neuronal differentiation에 영향, neuron development guide

e) distal stump

① neurotrophic factors의 source

② 없거나, prox. stump에서 10mm이상 떨어져 있으면 → regeneration failure

^ recovered 2 point discrimination in mm: 20세까지는 동일, 이후는 poor

* Schwann cell 역시 chemotactic mechanism 을통해 regenerating axon을 당기는 능력이 있다.

cf) 이러한 NGF 에대한 증명으로서 mesothelial chamber를 이용 한 실험으로 증명이 가능하였다. 즉 NGF가 포함된 distal nerve를 가지고 여러개의 chamber를 만들어 이것이 있는 곳으로 nerve가 성장하는 것을 관찰하였다.

cf) regenerating n fibers selectively grew down the limb of 'Y' that contained the distal n stump, presumably following concentration gradient of trophic factors

5. REINNERVATION

* reinnervation : maturation process(proximal to distal)

① axonal diameter, 1st

② myelination later

cf) scar는 길이성장, diameter성장 모두 방해

1) reinnervation of motor unit : motor neuron 만이 NMJ를 만들 수 있다.

□ reinnervation 과정에서 첫 axon의 collateral sprouting에 의해 인접한 muscle fiber가 reinnervation되며 이로서 motor unit의 topographic redistribution이 일어나게 된다. reinnervated motor unit는 histochemically uniform한 성격을 띠게된다. 이는 muscle fiber가 reinnervating motor neruon에 의존하여 type의 변화가 일어난다는 가설에 바탕을 두고 있다. (reinnervation 2주후)

□ The range of physiologic properties of m fiber types over entire reinnervated m. is normal with heterogenous mixture of

a) Type S	: slowly contracting, fatigue-resistant, small force unit

b) Type FR	: moderate force, fast contraction, fatigue-resistant unit

c) Type FS	: large force, fast contraction, fatigue-sensitive unit

□ adoption phenomenon

a) 소수의 regenerating axon 만이 denervated m에 도달할 때 발생

b) axon이 여러개의 가지를 내어 주위의 많은 end plates에 reinnervate하여 일부기능을 담당

→ 소수의 axon이 많은 end plate를 neurotize하여(greatly expanded territories) giant motor unit을 형성

□ NM junction이 reestablish된후 즉시 motor function recover가 일어나지 않고, nerve stimuli에 따른 m contraction은 18일 후에 관찰

: functional reflex activity가 일어나기 까지는 5일이 추가로 걸림

□ 유용한 기능의 회복정도는 intrafusal fiber의 gamma-efferent control 회복과 가장 밀접한 관련성을 보이나, axonotmetic 또는 neurotmetic lesion에서 gamma reinnervation은 어렵다. 임상적으로 정밀한 움직임의 장애로 나타나는 feedback control의 파괴는 비록 contraction의 만족스러운 회복에도 불구하고 실망을 안겨준다. 또한 wasted regeneration( lack of perpheral connectivity)나 reinnervation의 특이성 상실로서 운동기능의 장애가 지속될수 있다. 후자는 inappropriate connectivity의 결과로 나타날 수 있으며 antagonistic synkinetic contractions를 유발하거나 contraction의 효율성을 몇몇 parallel muscle의 sparse reinnervation을 통해 떨어뜨린다.

□ motor neruon regeneration과 muscular reinnervation은 reinnervation될 당시 근육의 상태에 영향을 받는다. 그래서 m. denervation기간에 optimal condition을 유지하기 위해 PT나 electrical stimuli를 해야한다

이유:

muscle의 denervation atrophy시 근육내에 있는 CT element의 점진적인 thickening이 발생하여, nerve growth와 end-plate reformation을 방해하므로. 2년을 넘기면 skeletal m.의 적절한 기능회복이 불가능

2) Reinnervation of sensory mechanoreceptors

□ quality of regeneration

: reinnervation 시의 end organ의 condition에 depend , severed n.의 regenerative capacity와는 무관

□ sensory end organ

a) degeneration	: Merkel-neurite complex 〉 Meissner 〉 pacinian

b) regeneration	: Meissner 〉 pacinian 〉 M-n complex

□ 감각신경의 질적회복에 있어 가장 중요한 인자는 graft나, territory의 intrinsic factors들이며, regenerating axon에 달려있는 것은 아님

□ SA fiber innervated SA-r

QA fiber innervated QA-r

: 이는 native end organ과는 무관하다

□ sensibility recovery(Dellon, 1981)

a) initial recovery: fiber size가 중요

b) pain & temperature recover first

: small unmyelinated C fiber & thinly myelinated A□ fiber

(end organ 불필요)

c) touch sense가 그 다음에 recover - low frequency가 먼저

cf) 이것은 meissner 는 여러개의 axon input이되고 그에 비해 pacinian 은 한 개의 axon 을 얻으며 Meckel-neurite 는 한 개 이하를 수용하기 때문에 회복순서에서 meissner가 가장빠른것이다. 그러나 M-N 은 그숫자가 많아서 좀더 빠른 회복을 보인다.

□ reinnervation capacity is also affected by

: axonal morphology & quantity after regeneration

□ after successful regeneration of n functional recovery

: depend on ability of the pt to interpret sensory input

□ 3 potential fate for axon that successful bridge a site of n. repair

a) axon can reestablish continuity with proper end organ

b) axon misdirected and appropriate target, or wrong receptor and appropriate receptive field

c) axon frustrated and achieve connectivity with a degenerated	end organ or no connectivity  (axonal frustration)

두뇌에서의 감각에대해 confusion을 일으킨다.

□ another cause of sensory deficit

in addition to faulty localization & faulty input

a) insufficient axonal regeneration

i) level of injury

ii) vascularity

iii) amount of scar

b) receptor density부족

i) age

ii) irreversible end organ degeneration

iii) receptor death due to ischemia(replantation)

iv) intrinsic deficiency(skin graft)

^ conduction velocity & amplitue of action potential never retrun to

normal & remain 20-40% below control value

6. CENTRAL PLASTICITY

1) after anomalous n. regeneration

2) afferent and efferent impulse

→ 이상감각 에 cortex를 re-educate or crude motor

movement를 refine하기 위해 afferent impulse를 reorient

7. NEUROMA FORMATION

1) 형성기정

a) axon이 severed되어 distal counter part와 continuity를 reestablish하지 못하였을 때, neuroma 형성

b) neuron이 retrograde reaction으로부터 회복된후 proximal stump에서 시작

(growth cone으로 부터 axons의 sprouting 과 schwann cells 의 proliferation에 의해)

2) 특징

a) blood supply to nerve에는 영향 주지 않음

b) infection, FB, repeated irritation from pressure or friction → size↑

c) fibroblast에서 NGF분비

→ high concentration of trophic subs에 의해 regenerating axon disarray

3) classification

a) terminal bulb neuroma : n가 완전절단되어 amputation stump에서 observed

b) neuroma-in-continuity(mc)  - type IV injury

: n의 partial severence, crushing and traction injury

→ epineurium과 perineurium의 전부 또는

일부가 intact할 때

i) fusiform spindle neuroma

: perineurium 이 Intact하여 neuroma가 n. sheath 안에 contain

ii) lateral neuroma

: fascicle일부의 perineurium이 divide되어 intact fascicle의 side에 neuroma형성

4) painful neuroma

a) 2-30% of neuroma - 신빙성 없다.

b) neuroma size, shape과는 직접 관련이 없음

cf) size and configuration

i) painful neuroma - large and soft

ii) asymptomatic neuroma

- firm, fibrous outer capsule & be of small size

c) small unmyelinated fiber가 pain source

d) superficial sensory br of radial n에 잘생긴다

이유

i) anatomic tethering of nerve

ii) necessity for a large excursion of n during exercise

5) surgical control : transplanting the n. into m. or bone

→ the most successful method of altering stump environment

innervated muscle은 nerve regeneration 을 억제한다. 즉 이런

muscle 은 superinnervation 을 억제하는 protein을 생성한다

6) schwann cell 에서 glioma 생성가능

6. ELECTRODIAGNOSIS

* Electrodiagnosis

1) motor & sensory n conduction velocity study(NCV)

2) needle electrode examination(EMG)

3) somatosensory evoked potential(SEP)

1. NERVE CONDUCTION VELOCITY ( NCV )

1) NCV = prox & distal sti. 사이 response 시간차 / 2 points 거리

motor - 근위부에서 자극 muslce에서의 action potential 을측정 이들 둘사이의 시간차를 계산

sensory  - 반대로 측정

검사시 96시간 까지 serial 하게 검사해야 한다.

conduction 이멈춰도 정상속도의 20 %정도는 유지

2) normal NCV for most nerve: 50-70 m/sec

3) infant: 20-30 m/sec  (3-5세면 adult range)

30세이후부터 80세까지 10%정도 감소

4) temp 1oC ↓ → 2.4 m/sec ↓

5) distal axon remain electrically excitable for 4 days(96hr) after injury

6) 단점: largest fastest conducting axon만 검사 가능

7) ideal indication: compression neuropathy

preganglionic lesion 에는 정상을 보인다.

2. NEEDLE ELECTROMYOGRAPHY

1) needle electrode의 tip으로 isolated 된 small group의 m. fibers를 depolarization and repolarization하여 produced된 muscle action potentials를 recording and measurement

2) abnormal activity evoked by current of injury upon electrode insertion

: 8-14일에 보임

cf) m이 n injury level 에 가까우면 → 5일 이내에 abnormal 가능

3) spontaneous fibrillation: 2-4 주 후

4) fibrillation potential

low amplitude (200mV이하),short duration rhythmic twitch 1-10/sec

: the single most important diagnostic finding of EMG

a) m 완전절단 → 1 yr내에 fibrillation potential 사라짐

b) f potential 존재

: m이 아직 살아있고, reinnervation이 가능함을 시사

5) reinnervation potential :  polyphasic positive sharp wave potential

a) reinnervation의 EMG change

i) fibrillation potential disappear

ii) simultaneous appearance of polyphasic potential

그외 advancing Tinel's sign도 reinnervation 시사

b) gradually reduction of polyphasic potential in pattern & in length of latency

: a sign that muscle is returning to normal level

3. SOMATOSENSORY EVOKED POTENTIALS ( SEP)

: SEP가 존재하면 최소한 preganglionic sensory tract integrity를 의미

# The most valuable information by clinical electroneurography(EMG,NCV,SEP)

1) 1st degree injury(neuropraxia)

2-3일 이후(W degeneration이 충분히 일어난 후)

a) evoked action potential (+): 1st degree

b) evoked action potential (-): 2-5th degree

2) muscle denervation: 2-4주 후에 fibrillation potential이 보임

3) nerve injury site를 localization 가능

a) by documenting focal slowing(compression syndrome)

b) by identifying the site at which orthodromic(정방향)sti. is lost

4) persistent sensory nerve action potential(SNAP) in anesthetic area

localize the nerve lesion

: to a preganglionic level in the dorsal root

5) SEP assess the continuity of the afferent pathway to the level of the

cerebral cortex

6) muscular reinnervation potential(polyphasic)

: observed before clinical evidence of return of m. function &

thier disappearnce with replacement by more normal action

potentials parallels the return to normal innervation potential

4. INTRAOPERATIVE DIAGNOSIS AND FASCICLE IDENTIFICATION

1) simple electrical sti.

: useful information concerning sensory-motor differrentiation

2) damaged n.

a) fascicle의 NCV가 10-20 m/sec이하(normal: 50-70 m/sec)

b) amplitude가 정상의 25-30%이하

→ resection하고 정상 axon끼리 연결

5. HISTOCHEMICAL FASCICLE IDENTIFICATION

: motor & sensory axon DDx

a) acetylcholine esterase를 이용 (24-36Hr incubation)

→ Ach detect: motor axon

cf) motor axon은 cholinergic neuron에서 유도

: motor n에는 Ach과 associated enzyme이

존재 → sensory n 와 DDx point

b) carbonic anhydrase(CA)

i) preferential staining of sensory axon

ii) CA staining은 severed distal stump에서 persist for

at least 24 hrs & may remain up to 48 hrs after

transection

c) choline acetylase activity - radiobiochemical assay

i) motor(x8) > sensory fascicle

ii) distal axon에서 transection 후 96hrs 지나면 lost

: acute injury 3일 내에 시행

6. RECONSTRUCTION

# 정확한  coaptation 을 얻는 것이 목표 (suture 하지않고 )

# Nonsurgical care

relief discomfort,

anesthetic skin protection from injury ,

avoidance of deforming posture by adequate splinting,

maintenance of mobility of tendon & joints

protection of the nerve reconstruction

# Therapeutic modalities -

massage, edema control, skin care, splinting, regular physiotherapy

1. TIMING

1) nerve injury: 2 categories

a) suspected transections: primary reconstruction

b) multilevel, markedly confused: secondary repair

2) time

a) primary repair: - 48 hrs viability 확인이어렵다 (단점)

b) early secondary repair: - 3-6 weeks

c) late secondary repair: 3 months -

# sharpely transected nerve에서 early primary repair의 장점(Grabb, 1968)

1) ability to identify fascicles by electrical sti.

2) limitation of stump retraction & scar formation

a) great advantage: saving of time

b) great disadvantage

: inability to detect the precise extent of neural injury

c) delayed beyond 4 days: W degeneration

# longer delay for complex nerve lesion(3-5 weeks)(Horn & Crumley)

1) n. state와 주변 tissue의  관계가 defined

2) intraneural scarring이 prox & distal stump에서 확실

→ 정확한 debridement가능

3) epineurium이 thicker → more secure repair

4) unhurried elective manner로 planned surgery

# Short but definite delay in nerve suture

1) 3-4일후 retrograde reaction 이 initiate

2) 2-3주후 peak metabolic raction 이보인다.

3) 그러므로 short period delay후 regenrative activity가 가장크다.

# 2-3 weeks delay of primary nerve suture(Young, 1944)

^ injury 후 cell body의 peak metabolic response

: 2-3 weeks during subacute phase after injury

^ 6 factors affected the success of secondary suture(Holmes & Young)

1) 처음 2주동안 좋아지는점

a) proximal stump was better able to send out new fibers

b) distal stump through proliferation of Schwann cells was

better able to accept them

2) long delay 를 한경우의 단점 네가지 .

( short period delay의 경우는 이러한 문제점도 해결된다. )

a) longer delay 후에는 distal endoneurial tube의 shrinkage가생

겨 successful reentry 가 어렵다.

b) shrinkage of the Schwann tubes

c) arrest maturation of surviving regenerating axons

→ never attain preinjury diameter

d) end organ atrophy ↑

cf) low velocity bullets - 8wk delay

high velocity bullets - 12 - 16wk delay

같은방식으로 다른 crushing wound 에도 적용

# dissection

1) started from normal portion to the injured area

2) longitudinal incision proximally in the normal epineurium

3) epineuronectomy: until thickened & cannot distinguished from scar

→ total external neurolysis

4) internal neurolysis or interfascicular neurolysis

i) scar가 fascicle에 붙어있을때(within the inner epineurium)사용

ii) internal이 external neurolysis보다 efficacious

: internal도 scar를 만들 수 있으므로, preop

intraneural fibrosis가 심한 경우에만 시행

5) neurolysis 는 indication 에 따라 조심 스레 시행

2. EPINEURIAL REPAIR

1) mc method

2) 장점

a) shortest execution time

b) simple

c) need for only minimal magnification

d) intraneural content가 undisturbed

e) no intraneural suture, FB

3) 단점: considerable disorganization at the site of coaptation

4) indication: completely transected nerve

5) technique

a) adequate exposure under tourniquet control

b) dissection: always from normal to transected stump

c) mobilization proximally & distally to achieve a tension free

repair

d) gap : 10-15 mm after sharp cut of a nerve ( no defect)

→ mobilization by gently lifting the nerve & cutting the

suspending mesoneurium

1mm interval로 section 하여 정상적인 fascicular 구조

나올때까지

cf) tension free suture

cf) 8-0 nylon이 coaptation 유지하기가 어려울때

tension이 많은 것으로 판단

cf) mushrooming

mesoneurium 과 vessel 을확인하면서 coaptation한다

e) nerve gap after mobilization > 2.5 cm

→ n grafting

f) greatest pitfall of the accurately performed epineural repair

: lack of accurate coaptation of corresponding fascicle

→ the leading cause of failure

: gapping, overriding, buckling, straddling of fascicle

g) epineural 과 perineural 의 결과 는 차이 없다.

2. PERINEURIAL (FASCICULAR ) REPAIR

1) 정의: group fascicle coaptation

→ prox & distal의 corresponding fascicle의 alignment를 얻음

but, intraneural FB, fibrosis유발가능

2) mc indication : reconstruction of partially severed nerves

3) 단점

a) promotion of intraneural fibrosis by increased dissection and

foreign material

b) far more tedious

c) time consuming

4) 문제점: prox & distal의 어떤 fascicle을 연결할 것인가를 결정해야

→ distal일 수록 용이 : homogeneity↑

5) 2 suture are required to complete each coaptation

3. EFFECT OF TENSION

1) tension at the site of coaptation(fig 19-21)

a) CT proliferation with subsequent scar formation

→ scar가 mature하면서 constriction하는 tendency

→ regenerating axon을 compress

cf) major source of CT outgrowth : epineurium

b) gap between prox & distal fascicle

2) tension overcome방법

a) nerve grafting

b) mobilization of the injued nerve

3) indication of nerve graft : for any nerve defect exceeding 2-2.5 cm

4. NERVE GRAFTING

1) n graft polarity는 중요치 않음

2) graft의 donor site - 약간 길게 harvest 하라

a) sural nerve(1st choice)

b) medial antebrachial cutaneous n.(2nd choice)

c) superficial radial n.

d) lateral antebrachial cutaneous n.

e) lateral & posterior n. of the thigh

f) the most distal sensory portion of the post. interosseous n.

: for short defect, eg. in the digital n

(readily available, satisfactory size match)

cf) epineurectomy는 필요없다 - vascularize 되기전까지는 fibrosis 안된다

cf) tension 있는 suture 보다 interpositional graft가 더결과가 좋다.

3) nerve grafts are revascularized by direct ingrowth instead of by growth from the transected ends

: graft diameter가 survival에 가장중요

4) nerve graft의 survival에 영향주는 factors

a) graft diameter(mi): too large면 central necrosis

b) well-vascularized viable bed

c) no hematoma, FB, devitalized tissue: induce scar formation

5. NERVE BED

Healthy vascularized bed가 필요하다.

6. VASCULARIZED NERVE GRAFTS

1) indications

a) extensive n. grafting이 필요한 경우

b) ecipient bed가 poorly vascularized한 경우

2) 장점: an assured immediate blood supply

a) revascularization 기간동안의 ischemia 에의한 intraneural

fibrosis 를 피할수있다.

b) more rapid axonal regeneration

c) large proximal n. using thick grafts in scarred beds

3) 3 vascualr pattern of nerve

type I: no dominant pedicle

type II: one dominant vessels( free transfers 에 가장 적당하다)

type III: multiple dominant vessel

4) care to maintain the continuity of the epineurium: blood supply

5) suitable nerves used for vascularized n graft

a) superficial radial n

b) ulnar n  : ideal graft for brachial plexus injury with C8-T1 root avulsion

c) sural n

d) anterior tibial n

e) superficial peroneal n

f) saphenous n

7. POSTOPERATIVE CARE

1) coaptation remain protected for at least 7-10 days postop

2) care in wound closure  : repair 한 부위 위의 skin은 만지지도 말라.

3) plaster immobilization - 2주동안 시행

: intensive PT시작, direct or inderect m sti.

3개월간격으로 evaluation 하고 EMG NCV 시행한다.

4) no evidence of n regeneration

a) lack of progression of the Tinel's sign

: should be explored within 6 months

b) punctum maximum -most distal extent of regeneration

Weak tinels sign 보인다.

이게 coaptation 부위를 안지나간 경우

: assumed that the axon sprouts could not cross the repair

result from

i) disruption of the coaptation

ii) inadequate prox & distal debridement

iii) presence of a constricting scar

iv) remote possibillity of graft necrosis

Reexploration 시 neuroma 등을 제거 다시 coaptation 시킨다.

internal neurolysis 시킨다 .

5) clinical evidence of the quality of regeneration

a) residual Tinel sign

b) level of punctum maximum

: extremely important in this determination

6) punctum maximum at the level of n coaptation

: greater regeneration potential in the proximal stump

→ reconstruction is indicated

^ Tinel sign(-) after proximal to distal progression

: near-complete regeneration 이때는 더 이상의 op가 불필요

^ pain with partial return of function

: neuroma formation at the site of coaptation

aggressive exploration 필요 .