مقالة بحثية

وسادة تسخين منزلية تعمل بالبطارية للحفاظ على درجة الحرارة الأساسية في الفئران والجرذان

DOI:

10.3791/69074

⸱

أكتوبر 10, 2025

 ,  , 
1Department of Physiology & Biophysics, Miller School of Medicine, University of Miami, 2Department of Otolaryngology, Miller School of Medicine, University of Miami

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف هذا التقرير بناء واستخدام وسادة تسخين محمولة منخفضة التكلفة وسهلة التجميع لاستخدامها في الثدييات الصغيرة المخدرة.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقلل التخدير من درجة حرارة الجسم الأساسية وهذا يضر بشكل خطير بالوضع الفسيولوجي لحيوان التجريب. الأهم من ذلك ، أن انخفاض حرارة الجسم يغير العديد من جوانب الوظيفة العصبية. عند تسجيل نشاط الجهاز العصبي في المخدرة ، يجب تثبيت درجة الحرارة الأساسية للحيوان. على الرغم من أن وسادات التدفئة التجارية للحيوانات الصغيرة متوفرة بسهولة ، إلا أنها عادة ما تكون باهظة الثمن وضخمة إلى حد ما وتتطلب أسلاك طاقة ومصدرا 120/240 فولت. وبالتالي ، فإن نقل مخدر من مكان (على سبيل المثال ، جناح جراحي) إلى آخر (على سبيل المثال ، جهاز التصوير) ينطوي على تحريك أسلاك الطاقة. علاوة على ذلك ، لا تتوافق الأجهزة التجارية دائما مع إطارات التجسيم المخصصة أو مراحل المجهر أو صناديق الحمل. يصف هذا التقرير وسادة تسخين منخفضة التكلفة تعمل بالبطارية ويتم التحكم في درجة حرارتها للفئران والجرذان ويوثق صلاحيتها وفائدتها. يراقب الجهاز درجة حرارة الأساسية بشكل مستمر ويضبط وسادة التدفئة تلقائيا للحفاظ على الحرارة الطبيعية. يمكن بناؤه في أقل من 30 دقيقة ، والمكونات متاحة بسهولة ، والتكلفة أقل من 100 دولار. الجهاز محمول ، مما يجعله مناسبا للباحثين الذين يجرون إجراءات مثل الاستعدادات الجراحية في مكان واحد وينقلون المخدر إلى مكان آخر للتسجيلات التجريبية. يمكن للجهاز الحفاظ على فأر مخدر طبيعي ±0.7 درجة لأكثر من 6 ساعات دون دفء إضافي (على سبيل المثال ، مصباح حراري) ، على الرغم من الفرق >15 درجة بين درجة حرارة الغرفة المحيطة ودرجة حرارة الجسم الأساسية. يوضح هذا التقرير كيف يمكن استخدام وسادة الاحترار للتصوير في الجسم الحي للنشاط العصبي لفترة طويلة في الفئران.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تستخدم الطرق الحالية للتحقيق في النشاط العصبي في الجسم الحي في أدمغة الفئران والجرذان تقنيات التصوير الوظيفي المتطورة و / أو المصفوفات متعددة الأقطابالكهربائية 1،2،3،4. في العديد من هذه الدراسات ، يتم تخدير التجربة بعمق أو في طائرة جراحية للتخدير. ومع ذلك ، فمن المعروف جيدا أن التخدير يعطل التنظيم الحراري في. تنخفض درجة الحرارة الأساسية للحيوان المخدر بسرعة. على سبيل المثال ، في الفئران والفئران ، يؤدي الحقن داخل الصفاق لمخدر شائع الاستخدام ، الكيتامين ، بسرعة إلى انخفاض حرارة الجسم5،6،7. في الواقع ، يؤدي انخفاض حرارة الجسم إلى تعقيد التخدير العام لدى البشر والقوارض على حد سواء8،9،10،11. وبالتالي ، فإن جهاز للحفاظ على درجة حرارة جسم الأساسية مطلوب لمجموعة واسعة من التجارب على المخدرة12،13،14،15،16،17،18.

انخفاض حرارة الجسم هو مشكلة خاصة في علم الأعصاب. تؤثر درجة الحرارة المنخفضة على وظيفة المخ والخلايا العصبية بعدة طرق. انخفاض حرارة الجسم الخفيف أثناء التخدير يقوي الحاجز الدموي الدماغي ضد الإهانات التجريبية مثل التروية بمحاليل فرط الأسمولية19; يؤدي انخفاض حرارة الجسم الأكثر حدة إلى تعطيل الحاجز الدمويالدماغي 20. يقلل انخفاض حرارة الجسم من سرعة التوصيل العصبي في الأعصابالمركزية 21 والمحيطية22 ويغير العديد من جوانب الانتقال المشبكي23،24 (راجع ذوات الدمالبارد 25). من الواضح أن الحفاظ على درجة حرارة الجسم الأساسية لحيوان التجربة أمر بالغ الأهمية عند دراسة النشاط العصبي ، مع التأكيد على أهمية شكل من أشكال جهاز الاحترار ، خاصة بالنسبة للحيوانات المخدرة.

هناك العديد من منصات الاحترار المتاحة تجاريا للحيوانات الصغيرة ، والعديد منها يشتمل على وحدات تحكم مع ردود فعل مسبار درجة الحرارة للحفاظ على عند درجة حرارة أساسيةثابتة 26،27،28،29،30،31،32. هذه الأجهزة التجارية يمكن الاعتماد عليها ومستقرة ، ولكنها غالبا ما تكون ضخمة ومكلفة. تم وصف وحدات تسخين حرارية منزلية أخرى أكثر تخصصا للقوارض ولكن قابلية التطبيق لها محدودة للاستخدام العام33،34،35،36،37. علاوة على ذلك ، تحتوي أجهزة التدفئة الحرارية المنزلية المتوفرة بشكل شائع على مصادر طاقة يجب توصيلها بمأخذ 120 فولت أو 240 فولت. يمكن أن تكون هذه العوامل محدودة. يمكن أن تكون متطلبات طاقة 120/240 فولت مزعجة بشكل خاص إذا تم إعداد جراحيا للتجريب في موقع مختلف عن مكان التسجيل الفعلي. يتطلب نقل المستحضر ، حتى لو كان لمسافة قصيرة ، تحريك وحدة تحكم / مصدر طاقة وسلك طاقة. علاوة على ذلك ، يمكن لإمدادات الطاقة / وحدات التحكم في وسادات الاحترار إدخال ضوضاء في التسجيلات الفيزيولوجية الكهربية.

في الدراسات التي تستخدم التصوير الوظيفي في الجسم الحي لنشاط الخلايا العصبية الحسية في الفئران ، تم التغلب على هذه التفاقم من خلال تصميم وسادة احترار حرارية منزلية غير مكلفة للغاية وسهلة البناء ومحمولة للغاية. يتم تشغيل وسادة الاحترار هذه بواسطة بطارية ليثيوم بوليمر صغيرة (LiPo) ، مثل تلك المستخدمة لتشغيل الطائرات بدون طيار. يتطلب هذا الجهاز الحد الأدنى من المهارات للبناء. جميع الأجزاء هي عناصر جاهزة ، ومتاحة بسهولة عن طريق الطلب عبر الإنترنت. الأدوات الوحيدة المطلوبة هي مفك براغي صغير ، ومكواة لحام ، وقاطع / متجرد سلكي. التكلفة الإجمالية أقل بكثير من 100 دولار ، ويستغرق البناء بأكمله أقل من 30 دقيقة. الحجم الصغير والترتيب المرن لمكوناتها يجعل وسادة الاحترار الحرارية المنزلية قابلة للتكيف بسهولة مع إطار تجسيمي مخصص ، أو منصات تسجيل ، أو أقفاص مراقبة ، أو ، كما في هذا التقرير ، مرحلة مجهر متحد البؤر منتصب.

على الرغم من أن وسادة الاحترار المنزلية هذه قد استخدمت على نطاق واسع لتصوير الكالسيوم في الجسم الحي للنشاط العصبي في العقد الحسية القحفية المكشوفة جراحيا38،39 ، فإن أي دراسات تستخدم القوارض الصغيرة المخدرة أو المخدرة ستستفيد من هذا الجهاز. أظهرت التجربة أنه عند تشغيلها ببطاريات LiPo مشحونة بالكامل ، تحافظ وسادة التسخين على درجة حرارة الجسم الأساسية للماوس المخدر مستقرة لأكثر من 6 ساعات.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

جميع العناصر اللازمة لبناء وسادة التدفئة متوفرة تجاريا. تمت الموافقة على استخدام الفئران وجميع الإجراءات الحيوانية الموصوفة للتحقق من صحة هذا البروتوكول من قبل لجنة رعاية واستخدام المؤسسية بجامعة ميامي (IACUC) ، IPROTO202200000139. كانت المستخدمة لاختبار هذا الجهاز والتحقق من صحته هي فئران C57BL / 6 ، 18-30 جم من كلا الجنسين. كانت الفئران المخصصة لتصوير الكالسيوم عبارة عن فئران معدلة وراثيا تعبر عن GCaMP6s في الخلايا العصبية الحسية. يتم سرد الكواشف والمعدات المستخدمة في جدول المواد.

1. أدوات التجميع

تتكون الأدوات المطلوبة من مفك براغي صغير مشقوق (على سبيل المثال ، رأس 2 مم) ، ومكواة لحام ، وقاطع / متجرد سلك.

2. تجميع وسادة التدفئة

تم وضع العناصر اللازمة للبناء (الشكل 1). وشملت هذه (أ) وسادة تسخين سيليكون 12 فولت 15 واط 50 مم × 100 مم (50 مم × 100 مم كان حجما مناسبا للفئران ، في حين أن وسادات التسخين الأكبر حجما من مطاط السيليكون أكثر ملاءمة للفئران) ؛ (ب) ثرمستور الخرزة. (ج) JST-XH 2 دبوس توازن التوصيل الرصاص المقبس موصل ذكر ؛ (د) موصل قابس JST 2 دبوس ذكر مع 20 خيوط AWG ؛ (ه) بطارية LiPo 7.4 فولت 1200 مللي أمبير في الساعة ؛ (F) دائرة التحكم في درجة الحرارة ؛ و (G) طول قصير يبلغ 20 سلك توصيل AWG.

figure-protocol-1
الشكل 1: تخطيط الأجزاء لبناء وسادة التدفئة الحرارية الهوائية. وشملت هذه (أ) وسادة تسخين سيليكون 12 فولت 15 واط 50 مم × 100 مم (50 مم × 100 مم كان حجما مناسبا للفئران ، في حين أن وسادات التسخين الأكبر حجما من مطاط السيليكون أكثر ملاءمة للفئران) ؛ (ب) ثرمستور الخرزة. (ج) JST-XH 2 دبوس توازن التوصيل الرصاص مقبس موصل ذكر ؛ (د) موصل قابس JST 2 دبوس ذكر مع 20 خيوط AWG ؛ (ه) بطارية LiPo 7.4 فولت 1200 مللي أمبير في الساعة ؛ (F) دائرة التحكم في درجة الحرارة ؛ و (G) طول قصير يبلغ 20 سلك توصيل AWG. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تم إدخال الخيوط من وسادة التسخين المصنوعة من السيليكون في الطرفين # 2 و # 4 من دائرة التحكم في درجة الحرارة ، وتم شد البراغي الطرفية كما هو موضح في الشكل 2. تم تعليب الخيوط قبل توصيلها بمحطة لوحة التحكم.

figure-protocol-2
الشكل 2: وسادة التسخين المصنوعة من السيليكون متصلة بدائرة التحكم في درجة الحرارة. يظهر هنا مسبار الثرمستور الذي يأتي مع دائرة التحكم في درجة الحرارة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ثم تم توصيل الخيوط من قابس JST ذو 2 دبوس بدائرة التحكم في درجة الحرارة كما هو موضح في الشكل 3. تم توصيل الرصاص الأحمر (الموجب) بالطرف # 1 والرصاص الأسود (السلبي) بالطرف # 2. تمت إضافة وصلة سلك قصيرة 20 Ga بين المحطاتين # 1 و # 3 (الشكل 3). تم إنقاذ قطعة قصيرة من سلك التوصيل من خيوط وسادة التدفئة. على النحو الوارد أعلاه ، تم تعليب الخيوط قبل تثبيتها في محطة لوحة التحكم.

figure-protocol-3
الشكل 3: يتم توصيل الخيوط من قابس JST بالمحطتين 1 و 2 من دائرة التحكم في درجة الحرارة. يجب توصيل السلك الأحمر (الموجب) بطرف الطرف 1 والرصاص الأسود (السالب) بالطرف 2. يتم توصيل المحطتين 1 و 3 بسلك توصيل قصير. من أجل الوضوح ، لا يتم عرض وصلات وسادة التسخين المصنوعة من السيليكون (الشكل 2). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. إعداد الثرمستور والتحقيق

تم لحام الخيوط من قابس JST-XH بثرمستور الخرزة.  الأهم من ذلك ، تم عزل خيوط الثرمستور ومفاصل اللحام بعناية بأنابيب الانكماش لتجنب قصر الثرمستور. تم فصل مسبار الثرمستور الذي تم شحنه مع وحدة التحكم في درجة الحرارة وإزالته واستبداله بمسبار ثرمستور الخرزة ، كما هو موضح في الشكل 4. كان ثرمستور الخرزة بمثابة مسبار حراري للمستقيم لمراقبة درجة الحرارة الأساسية للفأر أو الفئران.

figure-protocol-4
الشكل 4: تحضير المسبار الحراري للمستقيم. (أ) قابس JST-HX ملحوم بثرمستور الخرزة. (ب) تتم إزالة مسبار الثرمستور الذي يأتي مع وحدة التحكم في درجة الحرارة. (ج) يتم توصيل سلك ثرمستور الخرزة بوحدة التحكم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4. التكامل النهائي والتركيب

تم الانتهاء من البناء ( الشكل 5). كان الجهاز جاهزا للاستخدام ويمكن تركيبه على منصة مناسبة للتجريب. تم توصيل بطارية LiPo بقابس JST لتوفير الطاقة لوحدة التحكم. يظهر مثال على الوحدة العاملة بكامل طاقتها في الشكل 5. في بعض الحالات ، تم تركيب دائرة التحكم في درجة الحرارة على فواصل طويلة (على سبيل المثال ، مسامير نايلون مقاس 1 بوصة # 6) مثبتة في زواياها الأربع. بهذه الطريقة ، تتناسب بطارية LiPo 7.4 V بدقة وسهولة مع دائرة التحكم في درجة الحرارة.

figure-protocol-5
الشكل 5: جهاز وسادة تسخين حرارية منزلية مكتمل بالكامل ، يعمل في غرفة بدرجة حرارة محيطة تبلغ 22 درجة مئوية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

5. تشغيل الجهاز واستخدامه

لتشغيل وسادة التسخين الحرارية المثلية ، تم وضع كمية صغيرة من الفازلين على ثرمستور الخرزة ، والذي تم إدخاله برفق في مستقيم فأر مخدر أو مخدر. في هذا التقرير ، تم تخدير 18-30 جراما من الفئران بالكيتامين / الزيلازين (80 مجم / كجم من الكيتامين و 10 مجم / كغ زيلازين) مع جرعات معززة لاحقة من الكيتامين للحفاظ على مستوى التخدير الجراحي. تم لصق خيوط الثرمستور على ذيل لمنع المسبار من الإزاحة. تم وضع منبطحا على وسادة تسخين السيليكون. تم تشغيل الجهاز عن طريق توصيل بطارية LiPo 7.4 فولت. تم الضغط على زر الضبط في وحدة التحكم في منظم الحرارة. ظهر "H" (التدفئة) بجوار درجة الحرارة المحددة. تم الضغط على زر الضبط مرة أخرى لتنشيط إعداد درجة الحرارة. تم الضغط على الزر لأعلى أو لأسفل لتغيير درجة الحرارة المحددة إلى المواصفات المطلوبة. على سبيل المثال ، تم استخدام درجة حرارة محددة تبلغ 37 درجة. تم الضغط على زر الضبط لمدة 3 ثوان (أو لم يتم الضغط على أي زر لمدة 6 ثوان) ، ثم أصبح الجهاز يعمل بكامل طاقته. تم تضمين تعليمات ضبط درجة الحرارة أيضا في ورقة المواصفات التي تأتي مع دائرة التحكم في درجة الحرارة.

عندما كانت درجة حرارة الأساسية أقل من درجة الحرارة المحددة (على سبيل المثال ، 37 درجة) ، يتم إغلاق المرحل الذي يعمل على تشغيل وسادة التسخين المصنوعة من السيليكون. تم توصيل التيار إلى وسادة التسخين المصنوعة من السيليكون ، وظهر الضوء الأحمر ، وبدأت وسادة السيليكون في التسخين حتى تجاوز مسبار المستقيم درجة الحرارة المحددة بمقدار محدد ("التباطؤ" ؛ كان إعداد المصنع 0.5 درجة). عندما تجاوز المسبار المستقيمي درجة الحرارة المحددة بالإضافة إلى التباطؤ (في هذا المثال ، 37.5 درجة) ، تم فتح المرحل ، وانطفأ الضوء الأحمر ، وانقطعت الطاقة عن وسادة التسخين المصنوعة من السيليكون ، وبدأت وسادة التدفئة في التبريد (بافتراض أن درجة حرارة الغرفة المحيطة < 37.5 درجة). عندما انخفض مسبار المستقيم إلى درجة الحرارة المحددة مطروحا منها التباطؤ (على سبيل المثال ، 36.5 درجة) ، أغلق المرحل ، وتم توصيل الطاقة مرة أخرى إلى وسادة تسخين السيليكون لتدفئة. يمكن ضبط التباطؤ بالضغط على زر الضبط ثلاث مرات واستخدام الأزرار لأعلى أو لأسفل . تم توفير تعليمات أكثر تفصيلا لتشغيل وحدة التحكم في درجة الحرارة مع الجهاز ، بما في ذلك التحكم في الواجهة التسلسلية ، إذا كان ذلك يهم المستخدمين.

6. إجراءات المتابعة

عند نهاية التجارب الموضحة في هذا التقرير ، تم القتل الرحيم للفئران بشكل إنساني بجرعة زائدة من الكيتامين ، وثاني أكسيد الكربون2 ، وخلع عنق الرحم. على وجه التحديد ، تم حقن بجرعة 2x من الكيتامين ، تليها ثاني أكسيد الكربون2 من أسطوانة مضغوطة يتم تسليمها عند 10 قدم مكعب قياسي في الساعة) ، وأخيرا خلع عنق الرحم.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تقييم طريقتين والتحقق من صحة وسادة التدفئة الحرارية المثلية.

أولا ، في اختبار تحليلي حاسم للجهاز ، تم الحفاظ على فأر ذكر صغير (18.5 جم) تحت التخدير العميق لمدة 6 ساعات على وسادة الاحترار في بيئة باردة نسبيا. على وجه التحديد ، تم حقن الفأر بمزيج من الكيتامين / الزيلازين (80 مجم / كجم كيتامين و 10 مجم / كجم زيلازين) واحتفظ به على وسادة التدفئة في العراء ، بدون غطاء ، في غرفة مكيفة (درجة الحرارة المحيطة ، 20.3 درجة). تم إعطاء الحقن المعززة للكيتامين حسب الضرورة للحفاظ على الفأر في طائرة جراحية للتخدير. حافظ الفأر على معدل تنفس طبيعي لمدة 6 ساعات بأكملها ، ويتراوح من انخفاض يقدر ب 110 / دقيقة إلى أعلى مستوى يبلغ 215 / دقيقة ، اعتمادا على الوقت المنقضي بعد حقن معزز الكيتامين (بما يتفق مع تأثير الكيتامين المعروف على التنفس). تمت مراقبة درجة حرارة قلب باستخدام مسبار ثرمستور الخرزة الخاص بالجهاز ، وبشكل مستقل ، باستخدام مسبار مستقيم تجاري RET-4 (Physitemp) تم إدخاله بالتوازي مع مسبار ثرمستور الخرز. علاوة على ذلك ، تم الاحتفاظ بسجل لدرجة حرارة سطح وسادة التسخين المصنوعة من مطاط السيليكون مباشرة تحت الماوس المخدر. تم ضبط وحدة التحكم على 35 درجة. تشير البيانات إلى أن درجة الحرارة الأساسية للماوس اختلفت أقل من 1.3 درجة خلال 6 ساعات ، على الرغم من الفرق 15 درجة بين درجة حرارة الغرفة المحيطة (20 درجة) مقابل درجة الحرارة الأساسية المحددة (35 درجة) (الشكل 6). الأهم من ذلك ، ظلت درجة الحرارة الأساسية للماوس عند 35±0.6 درجة دون أي جهاز تسخين إضافي (مصباح حراري ، بطانية ، إلخ). تم تغيير بطارية LiPo مرة واحدة خلال فترة 6 ساعات.

figure-results-1
الشكل 6: التحقق من صحة وسادة التدفئة الحرارية الهوائية. تم الاحتفاظ بفأر مخدر على منصة في غرفة مفتوحة (درجة الحرارة المحيطة ، 20 درجة مئوية) دون أي مصدر آخر للحرارة لمدة 6 ساعات. تم ضبط الجهاز للحفاظ على درجة الحرارة الأساسية للماوس عند 35 درجة مئوية. (ب) درجات الحرارة المسجلة بواسطة مسبار ثرمستور حبة المستقيم للجهاز (ممثلة بنقاط حمراء) ؛ بواسطة مسبار مستقيم مستقل RET-4 (Physitemp) (ممثلة بنقاط أرجوانية) ؛ وبواسطة مسبار درجة حرارة منفصل يوضع على وسادة تسخين السيليكون أسفل الماوس (ممثلة بنقاط دوائر سوداء). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ثانيا ، تستخدم وسادة الاحترار التي تعمل بالبطارية على نطاق واسع لتصوير الكالسيوم متحد البؤر في الجسم الحي لنشاط العقدة الحسية في الفئران المعدلة وراثيا التي تعبر عن GCaMP6s في الخلايا العصبية الحسية38،39. تستمر التجارب عادة 6 ساعات أو أكثر ، مع بقاء الفأر في مستوى جراحي للتخدير طوال المدة. أظهرت التجربة أن الحفاظ على درجة الحرارة الأساسية للماوس عند 31.5 درجة مئوية أثناء التحضير الجراحي والتصوير هو الأمثل. يتكون التحضير الجراحي من تعريض العقد ثلاثية التوائم و / أو الركبية من جانب واحد في الفئران المخدرة بعمق. يتم إجراء هذه الجراحة في غرفة منفصلة عن مكان التصوير ، مما يتطلب نقل الفأر المخدر المثبت على جهاز تجسيم مصمم خصيصا مع وسادة الاحترار المرفقة لمسافة حوالي 40 مترا. تتراوح درجات حرارة الغرفة المحيطة من 20-24 درجة مئوية. ظلت درجة الحرارة الأساسية للماوس ، كما تم قياسها بواسطة مسبار درجة حرارة المستقيم للجهاز (ثرمستور الخرز) ، ثابتة باستمرار وظل في حالة فسيولوجية مستقرة طوال الساعة 6+ بأكملها دون أي تسخين إضافي. ظل النشاط العصبي قويا (الشكل 7) ، مما يتحقق من موثوقية وسادة الاحترار التي تعمل بالبطارية للحفاظ على طبيعي حراري.

figure-results-2
الشكل 7: وسادة الاحترار المستخدمة أثناء التصوير في الجسم الحي لنشاط الخلايا العصبية. تحافظ وسادة الاحترار على ثبات درجة الحرارة الأساسية للفأر المخدر وتدعم التسجيلات القوية والموثوقة لنشاط الخلايا العصبية لعدة ساعات. (أ) منظر يظهر الماوس الموضوع على وسادة الاحترار ، ورأسه مثبت بحامل مصنوع حسب الطلب تحت هدف المسافات الطويلة 20x لمجهر متحد البؤر. كما هو موضح هنا ، يتم الاحتفاظ بدرجة حرارة قلب الماوس عند 31.5 درجة مئوية للتصوير. يضيء ليزر المسح الضوئي (488 نانومتر) العقدة الركبية المكشوفة جراحيا ويصور النشاط المستحث بالذوق في الخلايا العصبية الحسية الذوقية التي تعبر عن المراسل الحساس للكالسيوم ، GCaMP6s. يوجه المشعب الأبيض الكبير (أسفل اليمين) محفزات التذوق إلى تجويف الفم. (ب) أمثلة تمثيلية من 5 خلايا عصبية عقدية ركبية تظهر استجابات مستحثة من الذوق (تغيير في مضان GCaMP6s ، ΔF / F) بعد عرض 5 ثوان لمحلول السكروز 300 ملي مولار في تجويف الفم. تم تصوير هذه الردود في بداية التجربة. تشير العلامات الموجودة على الخط الأحمر إلى تسليم التحفيز. (ج) أمثلة على الاستجابات من 5 خلايا عصبية عقدية مختلفة تم تسجيلها بعد 6 ساعات. تم الحفاظ على الفأر على وسادة الاحترار في طائرة جراحية للتخدير طوال الوقت. تتشابه السعة والمدد وزمن الوصول للاستجابات التي يثيرها الذوق بشكل ملحوظ مع تلك المسجلة قبل عدة ساعات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تتحقق هذه الاختبارات من صحة وحدة التحكم في الحرارة المنزلية وتثبت بقوة قدرة جهاز وسادة التسخين على الحفاظ على قوارض مخدرة عند درجة حرارة أساسية ثابتة لفترات طويلة.

توافر البيانات:

يتم تضمين جداول البيانات الكاملة للشكل 6 والشكل 7 في الملف التكميلي 1.

الملف التكميلي 1: جداول البيانات للشكل 6 والشكل 7. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وصف هذا التقرير وسادة تسخين حرارية منزلية صغيرة محمولة تعمل بالبطارية للحفاظ على الحرارة الطبيعية في الفئران والجرذان المخدرة. حافظ هذا الجهاز على درجة حرارة الجسم الأساسية للفئران المخدرة بعمق مستقرة لعدة ساعات دون أي مصدر تسخين إضافي ، على الرغم من الفرق الكبير بين درجة حرارة الغرفة ودرجة حرارة الجسم الأساسية. تم توضيح فائدة وسادة التسخين هذه للتصوير متحد البؤر في الجسم الحي لنشاط العقدة القحفية في الفئران.

جميع مكونات الجهاز متوفرة عبر الإنترنت. التكلفة الإجمالية لجميع المكونات أقل من 100 دولار. تستخدم الأدوات المتاحة بشكل شائع لبناء الوحدة. لا توجد مهارات متخصصة مطلوبة ، بصرف النظر عن اللحام البدائي ، لبناء الجهاز. يتم تشغيل وسادة الاحترار بواسطة بطارية LiPo عالية السعة ، والتي يشيع استخدامها للطائرات بدون طيار. أخيرا ، يمكن تجميع الجهاز بأكمله في أقل من 30 دقيقة عندما يتم وضع الأجزاء كما هو موضح. تعتبر وسادة التسخين المنزلية الصغيرة التي تعمل بالبطارية مفيدة بشكل خاص في المواقف التجريبية حيث يتم تحضير المخدرة في موقع واحد (مثل جناح جراحي) ونقلها إلى موقع آخر (مثل جهاز التصوير) للإجراءات التجريبية. نظرا لأن الجهاز يعمل بالبطارية ، فلا توجد كبلات طاقة لفصلها ولا توجد وحدة تحكم حراري منفصلة للتحرك. علاوة على ذلك ، نظرا لكونه يعمل بالبطارية ، فإنه لا يولد ضوضاء كهربائية للتسجيلات الفيزيولوجية الكهربية ، وهي مشكلة مزعجة مع الأجهزة التجارية التي تعمل بجهد 120/240 فولت. أخيرا ، يمكن تكييف وسادة التدفئة بسهولة مع إطارات التجسيم المصممة خصيصا ، أو صناديق الحمل ، أو أقفاص ، أو المواقف الأخرى.

القيد الرئيسي لوسادة التسخين الحراري هو أن شحن بطارية LiPo قد لا يستمر طوال مدة التجربة. عادة ما تعمل بطارية 1200 مللي أمبير مشحونة بالكامل على تشغيل الوحدة لمدة 4-6 ساعات ، اعتمادا على فرق درجة الحرارة بين والغرفة. الحل البسيط هو أن يكون لديك بطارية احتياطية جاهزة ، و / أو استخدام بطارية LiPo بسعة أكبر 2200 مللي أمبير في الساعة.

على الرغم من سهولة بنائه وراحته ، إلا أن هناك مزالق تحيط بهذا الجهاز. يمكن أن تكون بطاريات LiPo مثل تلك المستخدمة لتشغيل وسادة التدفئة خطيرة 40,41. على الرغم من أنها تستخدم بشكل شائع لتشغيل الطائرات بدون طيار والألعاب ، إلا أن بطاريات LiPo تنطوي على مخاطر معينة. والجدير بالذكر أن الشحن الزائد لبطاريات LiPo يمثل خطرا خطيراللحريق 42. يتم تحذير المستخدمين من ترك بطارية LiPo قيد الشحن طوال الليل أو لفترة أطول. مصدر قلق آخر هو إمكانية حدوث ماس كهربائي للبطارية عن طريق الخطأ أثناء البناء عن طريق توصيل المحطتين 1 و 2 عن غير قصد بسلك التوصيل القصير (الشكل 3). أيضا ، من الأهمية بمكان الحفاظ على القطبية الصحيحة على أسلاك موصل البطارية بحيث يتم توصيل السلك الأحمر (الموجب) بالطرف 1 ويتم توصيل السلك الأسود (السلبي) بالطرف 2 (الشكل 3) من دائرة التحكم في درجة الحرارة. قد يؤدي عكس القطبية إلى تدمير الدائرة الكهربائية. أخيرا ، يتم حث المستخدمين على قصدير أسلاك الأسلاك قبل إدخالها في دائرة التحكم في درجة الحرارة. سيساعد ذلك في منع الأسلاك من الانسحاب عن طريق الخطأ أثناء الاستخدام.

باختصار ، ستفيد وسادة التدفئة التي تعمل بالبطاريات المنزلية الموضحة هنا بشكل كبير الدراسات التي تستخدم الفئران أو الفئران المخدرة.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للمنح الصحية أرقام DC018733 و DC017303

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
متحكم منظم الحرارة الإلكترونيدروكhttps://www.droking.com/Digital-Temperature-Controller-DC6.0-30V-Adjustable-Temperature-with-Heating-and-Cooling-Mode-Tester?search=Temperature%20Controller& وصف=true9.50 دولار لكل واحد
موصل JST Plug ذو دبوسين ذكر مع 20 أسلاك AWGeBoothttps://www.amazon.com/dp/B01M5AHF0Z?ref_=ppx_hzsearch_conn_dt_b_fed_asin_title_17.19 دولار،   10 نقاط
JST-XH 2.54مم 1S 2 دبوس، قابس ميزان ومقبس رصاص، موصل ذكر و...إليتشوكhttps://www.amazon.com/dp/B07YKHV46N?psc=1& ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details7.99 دولار،   5 نقاط
بطارية LiPo، 7.4 فولت 1200mAh أورجينكسhttps://urgenexrc.com/products/7-4v-1200mah-rc-car-battery-rechargeable-lipo-battery-with-jst-plug-1200mah-30c?srsltid=AfmBOoowx-Bx8OfWtBPB78OfJoyADUDFV9hm7fh9msRGAvQKkKuJWGOj 26.99 دولار لكل واحد
NTC BEAD Thermistor 10KOhm 3380K NXFT15XH103FA2B025موراتاhttps://www.mouser.com/ProductDetail/Murata-Electronics/NXFT15XH103FA2B025?qs=MY6wChARw2wvHNDuqPRh8A%3D%3D& utm_id=22515856461& utm_source=جوجل & utm_medium=CPC& utm_marketing_tactic=أمريكورب & gad_source=1& gad_campaignid=22525919680& gbraid=0AAAAADn_wf0gqCND-9aGWrXUwlVMWV3Hk& gclid=Cj0KCQjwjdTCBhCLARIsAEu8bpJw9wURxCTvI_-xRP9WEQMbL9_vz9zB83t2Oan7POSJAM64i_GaFE4aAkRtEALw_wcB0.60 دولار لكل واحد
وسادة تسخين سيليكونية، 12 فولت 15 واط 50 مم × 100 مم ديرنوردhttps://www.amazon.com/DERNORD-Silicone-Heating-Rubber-Flexible/dp/B0BDYBTNCD?ref_=ast_sto_dp& th=115.99 دولار،   4/بيكغ

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ye, Z., et al. Ultra-high density electrodes improve detection, yield, and cell type identification in neuronal recordings. bioRxiv. , (2024).
  2. Jun, J. J., et al. Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity. Nature. 551 (7679), 232-236 (2017).
  3. Grienberger, C., Giovannucci, A., Zeiger, W., Portera-Cailliau, C. Two-photon calcium imaging of neuronal activity. Nat Re. Methods Primers. 2 (1), 1-67 (2022).
  4. Yamada, S., Wang, Y., Monai, H. Transcranial cortex-wide Ca2+ imaging for the functional mapping of cortical dynamics. Front Neurosci. 17, 1-10 (2023).
  5. Lin, M. T., Chen, C. F., Pang, I. H. Effect of Ketamine on thermoregulation in rats. Can J Physiol Pharmacol. 56 (6), 963-967 (1978).
  6. Fahim, I., Ismail, M., Osman, O. H. Role of 5-hydroxytryptamine in ketamine-induced hypothermia in the rat. Br J Pharmacol. 48 (4), 570-576 (1973).
  7. Murphy, T. J., Murnane, K. S. The serotonin 2c receptor agonist WAY-163909 attenuates ketamine-induced hypothermia in mice. Eur J Pharmacol. 842, 255-261 (2019).
  8. Wu, J., et al. Central neural circuits orchestrating thermogenesis, sleep-wakefulness states and general anesthesia states. Curr Neuropharmacol. 20 (1), 223-253 (2022).
  9. Simegn, G. D., Bayable, S. D., Fetene, M. B. Prevention and management of perioperative hypothermia in adult elective surgical patients: a systematic review. Ann Med Surg (Lond.). 72, 1-7 (2021).
  10. Lenhardt, R. Body temperature regulation and anesthesia. Handb Clin Neurol. 157, 635-644 (2018).
  11. Gargiulo, S., et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, part I: Anesthetic considerations in preclinical research. ILAR J. 53 (1), E55-E69 (2012).
  12. Lu, J., Wang, W., Liu, H., Liu, H., Wu, H. Cisplatin induces calcium ion accumulation and hearing loss by causing functional alterations in calcium channels and exocytosis. Am J Transl Res. 11 (11), 6877-6889 (2019).
  13. De Diego-Garcia, L., Sebastian-Serrano, A., Bianchi, C., Di Lauro, C., Diaz-Hernandez, M. ATP measurement in cerebrospinal fluid using a microplate reader. Methods Mol Biol. 2041, 233-241 (2020).
  14. Lavon, H., et al. Dexmedetomidine promotes metastasis in rodent models of breast, lung, and colon cancers. Br J Anaesth. 120 (1), 188-196 (2018).
  15. Zhang, E. Q., Knight, C. G., Pang, D. S. Heating pad performance and efficacy of 2 durations of warming after isoflurane anesthesia of Sprague-Dawley rats (Rattus norvegicus). J Am Assoc Lab Anim Sci. 56 (6), 786-791 (2017).
  16. Poorman, M. E., et al. Open-source, small-animal magnetic resonance-guided focused ultrasound system. J. Ther Ultrasound. 4 (1), 22-28 (2016).
  17. Roehl, A. B., et al. Accidental renal injury by an external heating device during surgery in rats. Lab Anim. 45 (1), 45-49 (2011).
  18. Taylor, D. K. Study of two devices used to maintain normothermia in rats and mice during general anesthesia. J Am Assoc Lab Anim Sci. 46 (5), 37-41 (2007).
  19. Chi, O. Z., Liu, X., Weiss, H. R. Effects of mild hypothermia on blood-brain barrier disruption during isoflurane or pentobarbital anesthesia. Anesthesiology. 95 (4), 933-938 (2001).
  20. Kiyatkin, E. A., Sharma, H. S. Permeability of the blood-brain barrier depends on brain temperature. Neuroscience. 161 (3), 926-939 (2009).
  21. Dibaj, P., Schomburg, E. D. In vivo recording of nerve conduction velocity of spinal CNS fibers in the mouse. Physiol Res. 66 (3), 545-548 (2017).
  22. Stecker, M. M., Baylor, K. Peripheral nerve at extreme low temperatures 1: effects of temperature on the action potential. Cryobiology. 59 (1), 1-11 (2009).
  23. Kochs, E. Electrophysiological monitoring and mild hypothermia. J Neurosurg Anesthesiol. 7 (3), 222-228 (1995).
  24. Urits, I., et al. A comprehensive update of current anesthesia perspectives on therapeutic hypothermia. Adv Ther. 36 (9), 2223-2232 (2019).
  25. Montgomery, J. C., Macdonald, J. A. Effects of temperature on nervous system: implications for behavioral performance. Am J Physiol. 259 (2 Pt 2), R191-R196 (1990).
  26. Homeothermic monitoring system - temperature controller thermostar. , Conductscience. Available at: https://conductscience.com/lab/homeothermic-monitoring-system-temperature-controller-thermostar/ (2025).
  27. Small animal heating pads & warming systems. , Kentscientific. Available at: https://www.kentscientific.com/products/warming/ (2025).
  28. Heating devices. , E-Zsystems. Available at: https://www.ezsystemsinc.com/product-category/heating-devices/ (2005).
  29. Rodent warmer x1. , Braintreescientific. Available at: https://www.braintreesci.com/temperature-measurement-control/rodent-warmer/rodent-warmer-x1/ (2025).
  30. Thermostar homeothermic monitoring system. , Bioseblab. Available at: https://www.bioseblab.com/en/bioseblab-equipment/883-1931-thermostar-homeothermic-monitoring-system.html#/664-size-s_7cm_x_10cm (2025).
  31. Stoelting warming systems. , Stoelting. Available from: https://stoeltingco.com/Neuroscience/Stoelting-Warming-Systems~10631 (2025).
  32. Animal temperature heating pad w/pid controller. , Medilumine. Available at: https://medilumine.com/product/animal-temperature-heating-pad-w-pid-controller (2025).
  33. Gilchrist, S., et al. An MRI-compatible high frequency AC resistive heating system for homeothermic maintenance in small animals. PLoS One. 11 (11), e0164920(2016).
  34. Beale, C. N., et al. Use of air-activated thermal devices during recovery after surgery in mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 57 (4), 392-400 (2018).
  35. Zarndt, B. S., et al. Use of a far-infrared active warming device in guinea pigs (Cavia porcellus). J Am Assoc Lab Anim Sci. 54 (6), 779-782 (2015).
  36. Chan, C. E., Hare, M. T., Martin, G. W., Gordon, C. J., Swoap, S. J. The heat is on: A device that reduces cold stress-induced tachycardia in laboratory mice. J Therm Biol. 79, 149-154 (2019).
  37. Kersemans, V., et al. A carbon-fiber sheet resistor for MR-, CT-, SPECT-, and PET-compatible temperature maintenance in small animals. Tomography. 5 (2), 274-281 (2019).
  38. Leijon, S., et al. Oral thermosensing by murine trigeminal neurons: Modulation by capsaicin, menthol and mustard oil. J Physiol. 597 (7), 2045-2061 (2019).
  39. Asencor, A. I., Dvoryanchikov, G., Makhoul, V., Tsoulfas, P., Chaudhari, N. Selectively imaging cranial sensory ganglion neurons using AAV-PHP.S. eNeuro. 9 (3), 1-14 (2022).
  40. Safety and robustness. , Anonymous. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_polymer_battery#Safety (2025).
  41. Mikolajczak, C., Kahn, M., White, K., Long, R. T. Lithium-ion batteries hazard and use assessment. , Springer Science & Business Media. (2012).
  42. Ouyang, D., Liu, J., Chen, M., Wang, J. Investigation into the fire hazards of lithium-ion batteries under overcharging. Appl Sci. 7 (12), 1314(2017).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة