הקמת מודל עכבר לשאיפת אוויר קיצונית בדרכי הנשימה בטמפרטורה נמוכה

סיכום

גירוי סביבתי קר היה מעורב בהתפתחות מחלות כרוניות שונות. לכן, ביסוס מודלים של בעלי חיים למחקר פרה-קליני הוא קריטי. מערכת זו עונה על צורך זה על ידי הצעת מכשיר היוצר מודל גירוי, העונה על הדרישות למחקר בסיסי על מנגנונים פתוגניים.

תקציר

נכון לעכשיו, בניית מודל עכבר לגירוי סביבתי קר משתמשת בלוחות חום קר ומכשירי קירור לבישים. שיטות אלו יכולות למלא חלקית את הדרישות לחקר התגובות וההשפעות הרגולטוריות של עור עכבר או מעגלים עצביים לגירוי קר. מחקרים קליניים רבים איששו את הקשר בין חשיפה לסביבות בטמפרטורה נמוכה לבין התפתחות מחלות שונות. לאחרונה הושם דגש הולך וגובר על חילופי מידע מתמשכים בין איברים ורקמות, המספקים נקודת מבט חדשה על טיפול בבעיות ארוכות שנים בגוף האדם. עם זאת, מתקנים קיימים אינם מסוגלים לבנות מודל לעכברים השואפים אוויר קר.

למרות שהצבת עכברים בסביבה קרה נראית אטרקטיבית, יש לה מגבלות ניכרות. בעוד שעכברים שואפים אוויר קר, העור שלהם מגורה גם על ידי הסביבה הקרה, מה שלא ברור אם השינויים הפתולוגיים הנובעים מכך נובעים מגירוי ריאות באמצעות אינטראקציה של איברים מרוחקים או עקב קולטני העור והעברת אותות עצביים. זה יוצר בלבול ניכר במחקר קשור. תוכנית זו מציגה גישה חדשה לבניית מודל עכבר לגירוי שאיפת אוויר קר קיצוני. מכשיר זה מאפשר לעכברים לשאוף גזים בטמפרטורה נמוכה במיוחד בזמן שגופם נשאר בטמפרטורה רגילה. הוא ממקסם את הסימולציה של ההשפעות המעוררות של טמפרטורות סביבה קיצוניות על עכברים ועונה על צורכי המחקר לחקר הקשר בין טמפרטורות סביבתיות קיצוניות למחלות קשורות.

מבוא

שיטה זו מספקת בעיקר מודל גירוי אוויר בטמפרטורה נמוכה במיוחד בעכברים באמצעות מכשיר משוב טמפרטורת קירור מוליכים למחצה לא פולשני, סטנדרטי, יציב ואצווה. ניסויים קליניים הקשורים לטמפרטורות נמוכות אישרו קשר הדוק עם שכיחות ופרוגנוזה של מחלות שונות. מחקר סדרות זמן שכלל 272 ערים גדולות בסין השיג בסך הכל 1,826,186 מקרים של מקרי מוות לא מקריים. הקשר בין טמפרטורה לתמותה מצביע באופן עקבי על עקומה הפוכה בצורת J, כאשר השלב של שיעורי תמותה גבוהים עקב קור ארוך משמעותית מטמפרטורות אחרות. זה מצביע על כך שההשפעה של טמפרטורות נמוכות על שבץ מוחי ומחלות לב וכלי דם היא בלתי מוגבלת לשלב הקר; יש השפעה מתמשכת בתקופה שלאחר שוך השלב הקר.

מבין מקרי המוות הלא מקריים, ניתן לייחס 14.33% לגורמי טמפרטורת הסביבה, כאשר קור בינוני (-1.4 עד 22.8 מעלות צלזיוס) וקור קיצוני (-6.4 עד -1.4 מעלות צלזיוס) מהווים 10.49% ו-1.14%, בהתאמה. סיבות המוות כוללות מחלות לב וכלי דם במוח ב-17.48%, מחלות לב כליליות ב-18.76%, שבץ איסכמי ב-14.09%, שבץ דימומי ב-18.10%, מחלות מערכת הנשימה ב-10.57% ומחלת ריאות חסימתית כרונית ב-12.57%¹. בסין, מחקרים אפידמיולוגיים של שבץ מוחי מצביעים על שיפוע ברור מצפון לדרום². באקלים הקפוא של צפון מזרח סין, שכיחות השבץ גבוהה פי 2.36 בהשוואה לאזור הדרומי³. מחקר משמעותי אישר את ההשפעה הישירה של סביבות בטמפרטורה נמוכה על שיעורי התמותה ושכיחות שבץ ^{מוחי 4,5,6}. כתוצאה מכך, הבדלי טמפרטורת האקלים המשמעותיים מייצגים גורם סביבתי שאי אפשר להתעלם ממנו.

היעדר חשיבה מדעית יעילה המסבירה את המתאם בין סביבות בטמפרטורה נמוכה לבין שיעורים מוגברים של שבץ ובעיות לב נותר נושא לחקירה. בעוד שהחוכמה המקובלת גורסת כי טמפרטורות קרות עלולות להעלות את לחץ הדם באמצעות גירוי בעור ועירור סימפתטי⁷, אנשים בדרך כלל נוקטים באמצעים כדי לבודד את עצמם ולשמור על שיווי משקל בטמפרטורת הגוף בתגובה לתנאי קור. כאשר הם נחשפים לטמפרטורות נמוכות, בני האדם המודרניים מסתמכים על מערכת הנשימה שלהם במקום על העור כמנגנון ההגנה העיקרי. בעוד שבגדים עבים יכולים להגן על העור מפני קור חיצוני, הם אינם יכולים למנוע שאיפת אוויר קר לדרכי הנשימה, וחושפים את קנה הנשימה והנאדיות לגירוי קור עז. השיטות הנוכחיות לבניית מודלים של בעלי חיים לגירוי בטמפרטורה נמוכה מחולקות בעיקר לשני היבטים. ראשית, מחקרים רבים התמקדו בחקר התגובה ומנגנוני הבקרה של עור העכבר לגירוי בטמפרטורה נמוכה. שיטה אחת כוללת הנחת עכברים על צלחת שיכולה לשלוט בשינויי טמפרטורה (4-25 מעלות צלזיוס) כדי לחקור את מנגנוני הוויסות הספציפיים של ויסות טמפרטורת הגוף והתנהגות הימנעות בתגובה לגירוי קור ^8,9. מחקרים אחרים הציבו מכשירי קירור על גבם של עכברים כדי לחקור את תפקידם של מעגלים עצביים בוויסות טמפרטורת הגוף¹⁰.

לעומת זאת, מספר מחקרים הציבו עכברים בתאים קטנים עם טמפרטורות משתנות (4-30 מעלות צלזיוס). מחקר של לאל ועמיתיו וצ'יאן ואחרים השתמשו בשיטה זו כדי לבנות מודל עכבר של גירוי קר כדי לחקור את המעגלים העצביים המווסתים את השליטה הנוירואנדוקרינית בהתנהגות האכלה הנגרמת על ידי קור^11,12. עם זאת, לשתי השיטות שהוזכרו יש מגבלות. ראשית, הטמפרטורה הנמוכה ביותר היא 4 מעלות צלזיוס, וזה לא מספיק כדי לדמות גירוי אוויר קיצוני בטמפרטורה נמוכה. שיטה זו אינה יכולה לשלול את ההשפעות הרגולטוריות של העור והמעגלים העצביים על הסביבה הקרה. כאתר העיקרי של חילופי האוויר, הריאות הן גם איברים שבהם מרוכזים נוירונים רגישים לקור^13,14. התפקיד הרגולטורי של נוירונים רגישים לקור במחלות שונות אושר גם על ידי מספר חוקרים 15,16,17. כתוצאה מכך, יש צורך בדחיפות בשיטה לבנייה יציבה, מסיבית ונורמטיבית של מודל בעלי חיים בטמפרטורה נמוכה בדרכי הנשימה. הבנת התפקיד הרגולטורי של הריאות והנוירונים הרגישים לקור במחלות כרוניות שונות תחת גירוי אוויר בטמפרטורה נמוכה קיצונית חיונית כדי לספק בסיס תיאורטי למניעה וטיפול בשבץ מוחי, מחלות לב כליליות ומחלות מערכת הנשימה באזורים קרים. הצוות שלנו טיפל בפער הקריטי הזה על ידי בניית מכשיר בטמפרטורה נמוכה במהלך השנתיים האחרונות. מכשיר זה מאופיין בחזרתיות, פרקטיות, מבנה פשוט ועלות נמוכה, מה שהופך אותו למתאים למחקרים כאלה.

פרוטוקול

ועדת האתיקה של בעלי חיים ניסיוניים אישרה את כל ההליכים הקשורים לנבדקים בבעלי חיים בבית החולים המסונף הראשון של האוניברסיטה הרפואית חרבין.

1. הרכבת מכשיר

הערה: ראה איור 1 לרכיבי המכשיר.

1. השתמש במחברי מתכת כדי לאבטח שתי קבוצות של מעטפות פליז לשתי קבוצות של שבבי קירור מוליכים-למחצה. מרחו גריז סיליקון מוליך תרמי בין מעטפת הפליז לשבב הקירור של המוליכים למחצה.
2. מרחו גריז תרמי בין מעטפת הפליז לשבב הקירור של המוליכים למחצה.
3. חבר שתי קבוצות מאווררים בכל פיסת קירור מוליכים למחצה למטה. ודא שמעטפת הפליז, המאוורר, שבב הקירור של מוליכים למחצה ושומן הסיליקון המוליך תרמית מחוברים היטב כיחידה שלמה.
4. הנח את המכשיר בכללותו בצנצנת איסוף הגז ובשתי צלחות כיסוי של החריצים.
5. התקן את הלוחות מעל ומתחת לצנצנת איסוף הגז.
6. חבר את צינור כניסת המים ואת צינורות יציאת המים לכניסת ויציאת המים של מעטפת הפליז, בהתאמה.
7. חבר ארבע קבוצות של קליפות פליז לחלק העליון והתחתון של צנצנת איסוף הגז בעזרת צינורות.
8. חבר את משאבת המים לצינור כניסת המים.
9. הנח את צינור יציאת המים בבור המים.
10. חבר ארבע סטים של מצנני מוליכים למחצה ומשאבות מים לשני סטים של ספקי כוח (12 וולט ו-40 A).

2. הכנת החיה לניסוי

הערה: השתמשנו בעכבר זכר C57Bl/6 בן 4 שבועות לניסויים אלה. מומלץ לאפשר לעכבר להסתגל לקיבוע למשך 3-5 ימים לפני הכנת הדגם. סביבת הניסוי צריכה להיות בטמפרטורת החדר ולשמור עליה שקטה כדי למנוע רעש במהלך כל הניסוי.

1. אבטח את העכבר במקבע: הנח את העכבר במקבע, מקם את החלק הקדמי של אף העכבר בפתח המקבע. השתמש בתקע ספוג תואם כדי למלא ולאבטח את החלק האחורי של המקבע, וודא שיש לו חורי אוורור. לאחר מכן, הניחו את מקבע העכבר לתוך החריץ הגלילי של צנצנת איסוף הגז (איור 1D).

3. זרימת פעולה ניסויית

1. מכינים תערובת מי קרח ומניחים אותה בבור.
   הערה: לשלב זה, ודא שמפלס המים של תערובת מי הקרח גבוה מהמשאבה כדי להבטיח שהתערובת תתווסף בזמן לאורך כל הניסוי. לא מומלץ להשתמש במים בטמפרטורת החדר
2. מקם את משאבת המים בתוך תערובת מי הקרח וודא שצינור היציאה שקוע.
3. הנח את בדיקת חיישן הטמפרטורה בתוך חור מדידת הטמפרטורה של צנצנת איסוף הגז.
4. חבר את משאבת המים למקור החשמל שלה והפעל אותה.
5. חבר את ספק הכוח לבקר הטמפרטורה, חבר את מתאם החשמל של יחידת הקירור לשקע החשמל של בקר הטמפרטורה והגדר את טווח הטמפרטורות הרצוי בבקר.
6. הגדר את טווח הטמפרטורות של בקר הטמפרטורה.
7. לאחר הניסוי, הסר את העכבר והנח אותו בחזרה לסביבת הדיור שלו.
8. כבה את אספקת החשמל לבקר הטמפרטורה.
9. כבה את משאבת המים.

4. הדמיה תרמית

הערה: כדי להדגים ולוודא שהעכברים יכולים לשאוף אוויר בטמפרטורה נמוכה במיוחד תוך שמירה על טמפרטורת גוף תקינה בתוך מכשיר זה, הטמפרטורה בצנצנת איסוף הגז נמדדה באמצעות מצלמת הדמיה תרמית (איור 2).

1. השתמש במצלמת הדמיה תרמית ידנית כדי לברר את הטמפרטורות הן של חור האוויר והן של חור מדידת הטמפרטורה של צנצנת איסוף הגז ממרחק אופטימלי.
2. מקם את נקודת הלייזר האדומה, המציינת את מיקום המדידה, בדיוק במרכז אזור מדידת הטמפרטורה המיועד.
3. תוך שימוש באותה מתודולוגיה, מדוד מחדש את טמפרטורת הגוף של העכברים.

תוצאות

אנו יכולים לצפות בבנייה הכוללת של מכשיר זה, הכולל שבב קירור מוליכים למחצה, שומן סיליקון מוליך תרמית, צנצנת איסוף גז, בקר טמפרטורה, מאוורר, מערכת זרימת קירור מים, מקבע עכבר ומתאם מתח. יחידה אחת יכולה להכיל בו-זמנית את צרכי המידול של עד 16 עכברים (איור 1A,B). צנצנת איסוף הגז, מערכת סירקולציה לקירור מים, שבב קירור מוליכים-למחצה, מאוורר ומקבע עכבר מהווים את הגוף העיקרי של המכשיר (איור 1C). בתוך הגוף הראשי של המכשיר, ניתן להכניס את הקצה הקדמי של מקבע...

דיון

בבניית מודל גירוי בטמפרטורה נמוכה, יש צורך במספר צעדים מרכזיים ואמצעי זהירות כדי להבטיח את דיוק הניסוי ואת רווחת בעלי החיים. השתמש בתערובת מי קרח במקום מים בטמפרטורת החדר כדי לשמור על מצב טמפרטורה נמוכה של מי הקירור לאורך כל הניסוי, מה שמסייע לדמות סביבות בטמפרטורה נמוכה במיוחד. ודא שמערכת מי הקירור המחזורית אינה חסומה כדי להבטיח פעולה יעילה של מערכת הקירור. בעת הכנת תערובת מי קרח, שקול את הנקודות הבאות: (1) תערובת מי קרח פירושה קרח מוצק מתחת ומים מעל הקרח המוצק; (2) התבוננו בזהירות בתהל...

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
מעטפת פליז	שנזן היידה היי-טק ציוד אלקטרוני חברה
בור מים	שנזן Gongdecheng מאוורר תעשיית
	ChaoJingYin electoronic., LTD	4010	12 V
צנצנת איסוף גז	שנזן Gongdecheng תעשיית
פלסטיק כניסה/יציאה צינור	שנחאי Shenchen גומי ופלסטיק מקבע עכבר מפעל
מוצרים	טכנולוגיית Lanjieke
כוח	שנזן היידה היי-טק ציוד אלקטרוני חברה		12 V 40 A
שבב קירור מוליכים למחצה	שנזן היידה היי-טק ציוד אלקטרוני	חברת TEC2-19006	קירור שכבה כפולה
תקע ספוג	שנזן Gongdecheng תעשיית
פלסטיק אטב נירוסטה	שנזן היידה ציוד אלקטרוני היי-טק החברה
מוליך תרמי סיליקון גריז	שנזן היידה היי-טק ציוד אלקטרוני החברה	DRG102
משאבת מים	שנזן Jutai משאבת ושות', בע"מ	DC005	12 V
משאבת מים מתאם מתח	Chaoke מתאם מתח מפעל	1210	100-240 V 50-60 HZ 12 V

הפלסטיק