التعريفي انخفاض حرارة الجسم قصيرة الأجل في الفئران باستخدام نماذج للدراسات دراسة الصلة السريرية والآليات
Summary
توضح هذه المقالة طريقتين لتحريض انخفاض حرارة الجسم لفترة قصيرة في الفئران. أول، طريقة التعريفي السريع، ويستخدم التبريد النشط باستخدام المراوح ورذاذ الإيثانول لانخفاض سريع في درجة الحرارة. الطريقة الثانية هي طريقة التبريد التدريجي. ويتحقق ذلك باستخدام مزيج من التخدير isoflurane والحد من إعدادات درجة الحرارة على حصيرة الحرارة المنزلية. وهذا يؤدي إلى انخفاض تدريجي في درجة حرارة الجسم الأساسية دون استخدام أي أجهزة التبريد الخارجية.
Abstract
انخفاض حرارة الجسم العلاجي (TH) هو استراتيجية قوية لاعصاب التي قدمت أدلة قوية على الحماية العصبية في الدراسات ما قبل السريرية للاضطرابات العصبية. على الرغم من الأدلة القوية قبل السريرية، لم تظهر TH فعالية في التجارب السريرية لمعظم الاضطرابات العصبية. كانت التجارب الناجحة الوحيدة التي تستخدم انخفاض حرارة الجسم العلاجي مرتبطة بسكتة قلبية لدى البالغين وإصابة نقص الأكز الإقفاري عند حديثي الولادة. هناك ما يبرر إجراء مزيد من التحقيقات في معايير استخدامه ، ومقارنات تصميم الدراسة بين الدراسات ما قبل السريرية والسريرية. توضح هذه المقالة طريقتين لتحريض انخفاض حرارة الجسم قصير المدة. الطريقة الأولى تسمح لسرعة انخفاض حرارة الجسم التعريفي في الفئران باستخدام رذاذ الإيثانول والمشجعين. تعمل هذه الطريقة عن طريق تبريد الجلد ، والذي كان أقل استخداما في التجارب السريرية وقد يكون له تأثيرات فسيولوجية مختلفة. التبريد هو أسرع بكثير مع هذه التقنية مما يمكن تحقيقه في المرضى البشر بسبب الاختلافات في مساحة السطح إلى نسبة الحجم. جنبا إلى جنب مع هذا، يتم تقديم طريقة ثانية أيضا، والذي يسمح لمعدل التبريد يمكن تحقيقه سريريا لانخفاض حرارة الجسم لفترات قصيرة. هذه الطريقة سهلة التنفيذ، قابلة للاستنساخ ولا تتطلب تبريد البشرة النشطة.
Introduction
TH هو ممارسة تبريد الجسم أو درجة حرارة الدماغ من أجل الحفاظ على صلاحية ووظيفة الجهاز / النظام1،2. وقد تم التحقيق في دور انخفاض حرارة الجسم في الحماية العصبية وأظهرت فوائد في مجموعة من النماذج ما قبل السريرية للأمراض العصبية مثل السكتة الدماغية3, نزيف تحت العنكبوتية4, وإصابات الدماغ الرضية5. من حيث التطبيقات السريرية، وقد أظهرت TH فعالية في المرضى بعد السكتة القلبية وفي إصابة نقص الأكز الإقفاريالوليدي 6.
يتم تحقيق تحريض TH باستخدام طرق التبريد السطحية أو بطانة الأوعية الدموية. غالبية دراسات انخفاض حرارة الجسم قبل السريرية إجراء التبريد السطحي عن طريق تطبيق الماء أو الإيثانول على الفراء الحيوان، أو باستخدام بطانية التبريد لتحقيق درجة الحرارةالمستهدفة 1. في البشر ، يتم تحقيق التبريد السطحي النظامي باستخدام حزم الثلج وبطانيات التبريد7،8. وقد ثبت التبريد أكثر سرعة في المرضى الذين يستخدمون أساليب الأوعية الدموية, التي زوجين ضخ التعريفي من المالحة الباردة من خلال القسطرة الوريدية أو داخل الشريان, مع وضع جهاز التبريد داخل الأوعية الدموية داخل الوريد كافا أدنى9,10. على سبيل المثال، يمكن الوصول إلى درجة حرارة مستهدفة معتدلة من 33 درجة مئوية في 1.5 ساعة مع التبريد تحت الأوعية الدموية مقارنة مع 3-4 ساعة مع التبريد السطحي في المرضى11. كما أصبح نهج الأوعية الدموية أكثر شعبية في السنوات الأخيرة لأنه تم الإبلاغ عن تقليل بعض الآثار الجانبية التي شوهدت في التبريد السطحي الجهازي ، مثل يرتجف12،13. الأوروبية متعددة المراكز، المرحلة العشوائية الثالثة التجارب السريرية لانخفاض حرارة الجسم للسكتة الدماغية (EUROHYP-1) تستخدم في الغالب سطح التبريد14. وأظهرت النتائج التي نشرت مؤخرا من هذه التجربة أن يرتجف كان تعقيدا كبيرا، وربما حدت من القدرة على تحقيق درجة الحرارة المستهدفة10. ومن المعروف أن الاستجابة يرتجف أن تكون مدفوعة في المقام الأول من درجة حرارة الجلد. وقد بذلت بعض الجهود لتطوير طريقة تبريد القوارض داخل الأوعية الدموية15، ولكن الطبيعة الغازية للغاية لهذه التقنية مقارنة بتلك المستخدمة في البشر ، ومخاطر الخلط بين أي نتائج تم الحصول عليها من هذا النموذج.
درجة الحرارة هي المغير الرئيسي للعمليات البيولوجية في الجسم وينظم بإحكام من قبل التوازن. لذلك، أي تلاعب في درجة حرارة الجسم يمكن أن يكون لها مخاطر مرتبطة. مدة التبريد هو عامل قد حد من نجاح التجارب السريرية انخفاض حرارة الجسم. تستخدم هذه التجارب طريقة تبريد طويلة المدة ، مع العديد من الحفاظ على انخفاض حرارة الجسم من 24-72 ساعة11. هذه المدة الممتدة تشكل خطرا للعدوى خلال بروتوكول التبريد. الالتهاب الرئوي هو المضاعفات الأكثر شيوعا من انخفاض حرارة الجسم ، مما يؤثر على ما بين 40-50 ٪ من المرضى الذين يخضعون للعملية13. وهذا على النقيض مما ينظر إليه عادة في الدراسات الحيوانية لانخفاض حرارة الجسم حيث يتم استخدام نموذج قصير الأجل (1-6 ساعة)3. نجاح هذه الدراسات الحيوانية قبل السريرية من المرجح أن يؤدي إلى التكيف من انخفاض حرارة الجسم قصيرة الأجل للاستخدام في التجارب السريرية. ونتيجة لذلك، من الضروري أن يكون هناك نموذج حيواني لانخفاض حرارة الجسم قصير المدة يشبه معدلات التبريد للتجارب السريرية المستقبلية. وقد نوقشت تفاصيل أخرى تتعلق المعلمات درجة الحرارة الأخرى وصحة انخفاض حرارة الجسم قصيرة الأجل في العديد من المواد استعراض1،16،17،18.
أظهرت هنا هو نموذج تدريجي من التبريد الذي هو أكثر قابلية للتحقيق سريريا من نماذج انخفاض حرارة الجسم التجريبية الحالية. هذه الطريقة الجديدة لديها معدل أبطأ بكثير من التبريد، وبالتالي، فإن الوقت لاستهداف درجة الحرارة هو أقرب إلى مجموعة من تلك التي ينظر إليها في التجارب السريرية لانخفاض حرارة الجسم11. كما أنه يتجنب التبريد السطحي المباشر ، الذي له آثار فسيولوجية محددة ، وبالتالي ، قد يكون أكثر قابلية للمقارنة مع التبريد داخل الأوعية الدموية ، والذي كان طريقة التبريد الأكثر شيوعا في التجارب السريرية9،12. يسمح هذا النموذج لتبريد الحيوانات تدريجيا أكثر من 2 ساعة تليها فترة قصيرة من الصيانة في درجة الحرارة المستهدفة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم أيضا عرض طريقة انخفاض حرارة الجسم السريع قصيرة المدة19. تسمح طريقة التبريد السريع بتحقيق درجة الحرارة المستهدفة بسرعة بعد بداية انخفاض حرارة الجسم. في حين أن هذا النهج ليس وثيق الصلة سريريا مثل طريقة التبريد التدريجي ، إلا أنه مفيد للدراسات التي تهدف إلى استكشاف آليات الحماية العصبية لانخفاض حرارة الجسم لمحاكاة آثارها العصبية القوية الدوائية. هذه الطريقة لديها أيضا تطبيقات محتملة خارج علم الأعصاب ويمكن تكييفها مع أي عدد من الدراسات قبل السريرية. وثمة ميزة أخرى لكلا الأسلوبين مقارنة بالنهج الأخرى وهي أنها غير مكلفة ولا تحتاج إلى معدات متخصصة. وأخيرا ، يوضح هذا البروتوكول أيضا زرع بيانات درجة الحرارة ، نظرا لأن الاحترار بعد الجراحة ورصده مهمان لمنع انخفاض حرارة الجسم غير المقصود بعد العملية الجراحية ، مع قدرته على إرباك نتائجالدراسة 20.
Protocol
Representative Results
Discussion
الإجراءات المذكورة هنا يتم تنفيذها بسهولة، غير الغازية، وتوفير انخفاض موثوق بها وقابلة للاستنساخ في درجة حرارة الجسم الأساسية لدرجة الحرارة المستهدفة المطلوبة.
هناك العديد من الخطوات الحاسمة في طريقة التبريد السريع والتي تشمل ما يلي. لا تفرط في بخاخ الإيثانول – يجب الحرص على عدم نقع الحيوان في الإيثانول ، لأن هذا سيتداخل مع النتائج. مراقبة الحيوان أثناء تحريض انخفاض حرارة الجسم – يجب توخي الحذر لمراقبة استجابات الحيوانات عن كثب للتحريض السريع على انخفاض حرارة الجسم. من المهم مراقبة درجة حرارة المستقيم عن كثب لضمان عدم انخفاض درجة الحرارة إلى ما دون الهدف المطلوب – إذا حدث ذلك ، قم بإيقاف تشغيل المراوح والسماح للمصباح الحراري بإعادة warm الحيوان بلطف إلى الهدف المطلوب.
في كلتا الطريقتين، الرصد الفسيولوجي مهم لضمان التكيف المناسب للجرعة المخدرة. للتبريد لفترات طويلة، قد جرعة مخدر غير كافية إطالة مدة التبريد. في هذه الحالة، يمكن زيادة تركيز الأيزوفلوران حتى يتم تحقيق معدل تبريد كاف. خطوة أخرى حاسمة هي المعايرة المتبادلة لأجهزة درجة الحرارة. عند استخدام مسبار درجة الحرارة منظم حصيرة الحرارة و datalogger في نفس التجربة، فمن الأفضل ممارسة لمعايرة عبر datalogger مع التحقيق المستقيم، في الجسم الحي، لأنه قد يكون هناك اختلافات طفيفة في درجة الحرارة المسجلة من الجهازين.
هذه الطرق مناسبة للدراسات التي ترغب في استكشاف استخدام انخفاض حرارة الجسم كعلاج محتمل للاضطرابات العصبية. وينبغي أن يملي الهدف المحدد للدراسة الطريقة المستخدمة. يمكن تصنيف كلا الطريقتين على أنها تبريد سطحي نظامي ، ولكن الطريقة الثانية لا تتطلب أي تبريد نشط. نموذج التبريد التدريجي المذكور أعلاه له تطبيقات محتملة هامة لاستخدام انخفاض حرارة الجسم في علاج السكتة الدماغية. انخفاض حرارة الجسم لمدة طويلة والمضاعفات الناجمة عنها تشكل تحديا لمرضى السكتة الدماغية المسنين. وعلاوة على ذلك، فإن الاستجابة يرتجف يجعل من الصعب تحقيق درجة الحرارة المستهدفة في بعض المرضى10. في حين أن الأدوية المضادة للرجفة يمكن أن تساعد في الحد من استجابة الرجفة ، فإن التبريد التدريجي قصير المدة يمكن أن يخفف من المشكلة بشكل أكثر فعالية. وجود فترة تبريد أقصر من المرجح أيضا أن يقلل من حدوث الالتهاب الرئوي غالبا ما يتم الإبلاغ عنها في التجارب. فائدة محتملة أخرى من هذه الطريقة قصيرة المدة هو أن سرعة إعادة الارتهام قد لا تكون بنفس الأهمية بالمقارنة مع التبريد طويل المدة. وجدت الدراسات السريرية المبكرة جدا من التبريد طويل الأمد في مرضى السكتة الدماغية مع احتشاءات كبيرة أن إعادة الارتشاء السريع أدى إلى ارتفاعات كبيرة في الضغط داخل الجمجمة (ICP)، مما أدى إلى تفاقم النتيجة وكان قاتلا في كثير من الأحيان. وأدى ذلك إلى تطوير نماذج إعادة التدوام التدريجي، مما زاد من تمديد المدة الإجمالية للبرد. يحافظ التبريد قصير المدة على درجة الحرارة المستهدفة فقط لفترة قصيرة وقد يؤدي إلى انتعاش برنامج المقارنات الدولية. وقد أظهرت العمل السابق الذي حقق في علاج انخفاض حرارة الجسم لارتفاع برنامج المقارنات الدولية ، وذلك باستخدام بروتوكول التبريد وإعادة الحرب السريعة مماثلة لتلك الموصوفة هنا ، أي ارتفاع برنامج المقارنات الدولية انتعاش بعد إعادةwarming23،24.
لم تتمكن التجارب السريرية لانخفاض حرارة الجسم لعلاج السكتة الدماغية من ترجمة فوائد انخفاض حرارة الجسم التي يتم الإبلاغ عنها في الدراسات التجريبية. عدم التطابق في معدلات التبريد والمدة بين النماذج التجريبية والمرضى ، هي متغيرات مهمة قد تفسر هذا التناقض. وجود نموذج تجريبي لانخفاض حرارة الجسم الذي يشبه بشكل أفضل المعدل السريري لالتبريد سيسمح بإجراء تحقيق أكثر استنارة في فوائد انخفاض حرارة الجسم كإجراء علاجي لمرضى السكتة الدماغية.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا المشروع من قبل جامعة نيوكاسل، معهد هنتر للبحوث الطبية (HMRI) دالارا زمالة الباحث الوظيفي للبحوث المبكرة، وزمالة أبحاث الصحة في وقت مبكر منتصف منتصف نيو ساوث ويلز، والمجلس الوطني للصحة والبحوث الطبية (NHMRC) أستراليا.
Materials
| Absolute ethanol | ThermoFisher Scientific/ Ajax Finechem | AJA214-20LPL | Diluted with deionized water to give 70 % ethanol |
| Antiseptic solution (Chlorhexidine) | David Craig | A2957 | |
| Anaesthetic (Marcain) | Aspen | PS13977 | |
| Brushless fan motor | Sirocco | YX2505 | 2 x 12 V/130 mA |
| Heat lamp | Reptile One | AC220 | 240 V 50/60 Hz |
| Heat pad | FHC, Inc | 40-90-2 | |
| Rectal probe | FHC, Inc | 40-90-5D-02 | |
| Temperature controller | FHC, Inc | 40-90-8D | |
| Temperature Datalogger | Maxim | DS1922L-F5 |
References
- Kurisu, K., Yenari, M. A. Therapeutic hypothermia for ischemic stroke; pathophysiology and future promise. Neuropharmacology. 134, 302-309 (2018).
- Polderman, K. H. Induced hypothermia and fever control for prevention and treatment of neurological injuries. Lancet. 371 (9628), 1955-1969 (2008).
- vander Worp, H. B., Sena, E. S., Donnan, G. A., Howells, D. W., Macleod, M. R. Hypothermia in animal models of acute ischaemic stroke: a systematic review and meta-analysis. Brain. 130, 3063-3074 (2007).
- Thomé, C., Schubert, G. A., Schilling, L. Hypothermia as a neuroprotective strategy in subarachnoid hemorrhage: a pathophysiological review focusing on the acute phase. Neurological Research. 27 (3), 229-237 (2005).
- McIntyre, L. A., Fergusson, D. A., Hébert, P. C., Moher, D., Hutchison, J. S. Prolonged therapeutic hypothermia after traumatic brain injury in adults: a systematic review. Journal of the American Medical Association. 289 (22), 2992-2999 (2003).
- Kuczynski, A. M., Demchuk, A. M., Almekhlafi, M. A. Therapeutic hypothermia: Applications in adults with acute ischemic stroke. Brain Circulation. 5 (2), 43-54 (2019).
- Shankaran, S., et al. Whole-body hypothermia for neonates with hypoxic-ischemic encephalopathy. New England Journal of Medicine. 353 (15), 1574-1584 (2005).
- Jacobs, S. E., et al. Whole-body hypothermia for term and near-term newborns with hypoxic-ischemic encephalopathy: a randomized controlled trial. Archives of Pediatrics and Adolescent Medicine. 165 (8), 692-700 (2011).
- Lyden, P., et al. Results of the ICTuS 2 Trial (Intravascular cooling in the treatment of stroke 2). Stroke. 47 (12), 2888-2895 (2016).
- vander Worp, H. B., et al. Therapeutic hypothermia for acute ischaemic stroke. Results of a European multicentre, randomised, phase III clinical trial. European Stroke Journal. 4 (3), 254-262 (2019).
- Wu, T. C., Grotta, J. C. Hypothermia for acute ischaemic stroke. Lancet Neurology. 12 (3), 275-284 (2013).
- Hemmen, T. M., et al. Intravenous thrombolysis plus hypothermia for acute treatment of ischemic stroke (ICTuS-L): final results. Stroke. 41 (10), 2265-2270 (2010).
- Lyden, P., Ernstrom, K., Raman, R. Determinants of pneumonia risk during endovascular hypothermia. Therapeutic Hypothermia and Temperature Management. 3 (1), 24-27 (2013).
- vander Worp, H. B., et al. EuroHYP-1: European multicenter, randomized, phase III clinical trial of therapeutic hypothermia plus best medical treatment vs. best medical treatment alone for acute ischemic stroke. International Journal of Stroke. 9 (5), 642-645 (2014).
- Lamb, J. A., Rajput, P. S., Lyden, P. D. Novel method for inducing rapid, controllable therapeutic hypothermia in rats using a perivascular implanted closed-loop cooling circuit. Journal of Neuroscience Methods. 267, 55-61 (2016).
- Dumitrascu, O. M., Lamb, J., Lyden, P. D. Still cooling after all these years: Meta-analysis od pre-clinical trials of therapeutic hypothermia for acute ischemic stroke. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 36 (7), 1157-1164 (2016).
- Wu, L., et al. Hypothermia neuroprotection against ischemic stroke: The 2019 update. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 40 (3), 461-481 (2020).
- Hemmen, T. M., Lyden, P. D. Hypothermia after acute ischemic stroke. Journal of Neurotrauma. 26 (3), 387-391 (2009).
- Colbourne, F., Sutherland, G. R., Auer, R. N. An automated system for regulating brain temperature in awake and freely moving rodents. Journal of Neuroscience Methods. 67 (2), 185-190 (1996).
- Campbell, K., Meloni, B. P., Zhu, H., Knuckey, N. W. Magnesium treatment and spontaneous mild hypothermia after transient focal cerebral ischemia in the rat. Brain Research Bulletin. 77 (5), 320-322 (2008).
- Jespersen, B., Knupp, L., Northcott, C. A. Femoral arterial and venous catheterization for blood sampling, drug administration and conscious blood pressure and heart rate measurements. Journal of Visualized Experiments. (59), e3496 (2012).
- Trotman-Lucas, M., Kelly, M. E., Janus, J., Gibson, C. L. Middle cerebral artery occlusion allowing reperfusion via common carotid artery repair in mice. Journal of Visualized Experiments. (143), e58191 (2019).
- Murtha, L. A., et al. Short-duration hypothermia after ischemic stroke prevents delayed intracranial pressure rise. International Journal of Stroke. 9, 553-559 (2014).
- Murtha, L. A., et al. Intracranial pressure elevation after ischemic stroke in rats: cerebral edema is not the only cause, and short-duration mild hypothermia is a highly effective preventative therapy. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 35 (4), 592-600 (2015).
