Denne artikel beskriver to metoder til helkrops kortvarig hypotermi induktion hos rotter. Den første, hurtige induktionsmetode anvender aktiv køling ved hjælp af ventilatorer og ethanolspray til et hurtigt fald i temperaturen. Den anden metode er en gradvis afkølingsmetode. Dette opnås ved hjælp af kombinationen af isoflurane anæstesi og reduktion af temperaturindstillinger på den hjemmormiske varmemåtte. Dette resulterer i et gradvist fald i kernekropstemperaturen uden brug af eksterne køleanordninger.
Terapeutisk hypotermi (TH) er en stærk neuroprotektiv strategi, der har givet solid dokumentation for neuroprotektion i prækliniske undersøgelser af neurologiske lidelser. På trods af stærke prækliniske beviser har TH ikke vist effekt i kliniske forsøg med de fleste neurologiske lidelser. De eneste vellykkede forsøg med terapeutisk hypotermi var relateret til hjertestop hos voksne og hypoxisk iskæmisk skade hos nyfødte. Yderligere undersøgelser af parametrene for dets anvendelse og sammenligninger af studiedesign mellem prækliniske og kliniske undersøgelser er berettiget. Denne artikel demonstrerer to metoder til kortvarig hypotermi induktion. Den første metode giver mulighed for hurtig hypotermi induktion hos rotter ved hjælp af ethanol spray og fans. Denne metode virker ved afkøling af huden, som har været mindre almindeligt anvendt i kliniske forsøg og kan have forskellige fysiologiske virkninger. Køling er meget hurtigere med denne teknik, end det er opnåeligt hos menneskelige patienter på grund af forskelle i overfladeareal til volumen-forhold. Sammen med dette præsenteres også en anden metode, som giver mulighed for en klinisk opnåelig afkølingshastighed for kort varighed hypotermi. Denne metode er nem at implementere, reproducerbar og kræver ikke aktiv hudkøling.
TH er praksis med afkøling af krops- eller hjernetemperatur for at bevare organets/systemets levedygtighed og funktion1,2. Hypotermiens rolle i neuroprotektion er blevet undersøgt og har vist fordele i en række prækliniske modeller af neurologiske sygdomme som slagtilfælde3, subaraachnoidblødning 4og traumatisk hjerneskade5. Med hensyn til kliniske anvendelser har TH vist effekt hos patienter efter hjertestop og i neonatal hypoxisk-iskæmisk skade6.
TH induktion opnås ved hjælp af enten overflade eller endovaskulære kølemetoder. De fleste prækliniske hypotermiundersøgelser udfører overfladekøling ved at anvende vand eller ethanol på dyrets pels eller ved at bruge et køletæppe for at opnå måltemperatur1. Hos mennesker opnås systemisk overfladekøling ved hjælp af isposer og køletæpper7,8. Hurtigere afkøling er blevet vist hos patienter ved hjælp af endovaskulære metoder, som par en induktion infusion af kold saltvand gennem en intravenøs eller intra-arteriel kateter, med placeringen af en endovaskulær køleanordning inden for ringere vena cava9,10. For eksempel kan en moderat måltemperatur på 33 °C nås i 1,5 timer med endovaskulær køling sammenlignet med 3-4 timer med overfladekøling hos patienter11. Den endovaskulære tilgang er også blevet mere populær i de senere år, fordi det er blevet rapporteret at reducere nogle af de bivirkninger, der ses i systemisk overfladekøling, såsom rystende12,13. Det europæiske kliniske fase III-studie i fase III af hypotermi for iskæmisk slagtilfælde (EUROHYP-1) anvendte for det meste overfladekøling14. Resultater, der for nylig blev offentliggjort fra dette forsøg, viste, at kulderystelser var en stor komplikation og kunne have begrænset evnen til at nå måltemperaturen10. Den rystende respons er kendt for at være primært drevet af hudtemperatur. Der er gjort en vis indsats for at udvikle en gnaver endovaskulær afkølingsmetode15, men den meget invasive karakter af teknikken sammenlignet med den, der anvendes hos mennesker, risikerer at forvirre eventuelle resultater fra denne model.
Temperatur er den vigtigste modulator af biologiske processer i kroppen og er stramt reguleret af homøostase. Derfor kan enhver manipulation af kropstemperaturen have tilknyttede risici. Køling varighed er en faktor, der kan have begrænset succes hypotermi kliniske forsøg. Disse forsøg bruger en langvarig kølemetode, hvor mange opretholder hypotermi fra 24-72 h11. Denne forlængede varighed udgør en risiko for infektion under køleprotokollen. Lungebetændelse er den mest almindelige komplikation fra hypotermi, der påvirker mellem 40-50% af de patienter, der gennemgår proceduren13. Dette er i modsætning til, hvad der normalt ses i dyreforsøg af hypotermi, hvor der anvendes et kort varighedsparadigme (1-6 timer)3. Succesen af disse prækliniske dyreforsøg vil sandsynligvis resultere i tilpasning af korttidshytermi til brug i kliniske forsøg. Som følge heraf er det nødvendigt at have en dyremodel af kort varighed hypotermi, der ligner kølehastighederne i fremtidige kliniske forsøg. Yderligere oplysninger om andre temperaturparametre og gyldigheden af korttidshydmi er blevet drøftet i flererevisionsartikler,16,17,18.
Demonstreret her er en gradvis model for køling, der er mere klinisk opnåelig end de nuværende eksperimentelle hypotermimodeller. Denne nye metode har en meget langsommere afkølingshastighed, og derfor er tiden til at målrette temperaturen tættere på intervallet af dem, der ses i kliniske forsøg med hypotermi11. Det undgår også direkte overfladekøling, som har specifikke fysiologiske virkninger, og kan derfor være mere sammenlignelig med endovaskulær køling, som har været den mest almindeligt anvendte afkølingsmetode i kliniske forsøg9,12. Denne model gør det muligt at afkøle dyr gradvist over 2 timer efterfulgt af en kort vedligeholdelsesperiode ved måltemperatur. Derudover er den hurtige køling korttids hypotermi metode19 også demonstreret. Den hurtige kølemetode gør det muligt at opnå måltemperatur hurtigt efter hypotermi debut. Mens denne tilgang ikke er så klinisk relevant som den gradvise afkølingsmetode, er det nyttigt for undersøgelser, der har til formål at udforske mekanismerne i hypotermi neuroprotection til potentielt at efterligne dens kraftfulde neuroprotektive virkninger farmakologisk. Denne metode har også potentielle anvendelser uden for neurovidenskab og kan tilpasses et vilkårligt antal prækliniske undersøgelser. En anden fordel ved begge metoder i forhold til andre tilgange er, at de er billige og ikke kræver specialudstyr. Endelig viser denne protokol også implantation af temperaturdataloggere, da postoperativ opvarmning og overvågning heraf er vigtige for at forhindre utilsigtet postoperativ hypotermi med potentiale til at forvirre undersøgelsesresultater20.
De procedurer, der er beskrevet her, er let at implementere, ikke-invasive, og giver pålidelige og reproducerbare fald i kernekropstemperaturen til en ønsket måltemperatur.
Der er flere kritiske trin i den hurtige kølemetode, som omfatter følgende. Overmættet ethanol spray – pas på ikke at suge dyret i ethanol, da dette vil forstyrre resultaterne. Monitorer dyret under hypotermi induktion- pleje skal tages for nøje at overvåge dyrs reaktioner på hurtig hypotermi induktion. Et vågent øje med rektal temperatur er vigtigt for at sikre, at temperaturen ikke går under det ønskede mål- hvis dette sker, slukke for ventilatorer og lad varmelampen forsigtigt rewarm dyret tilbage op til det krævede mål.
I begge metoder er fysiologisk overvågning vigtig for at sikre en passende justering af bedøvelsesdosis. Ved langvarig afkøling kan utilstrækkelig bedøvelsesdosis forlænge afkølingsperioden. I dette tilfælde kan isofluranekoncentrationen øges, indtil der opnås en passende kølehastighed. Et andet kritisk skridt er krydskalibrering af temperaturenheder. Når du bruger en temperatursonde reguleret varmemåtte og en datalogger i samme eksperiment, er det bedste praksis at krydskalibrere dataloggeren med rektalsonden, in vivo, da der kan være mindre variationer i den registrerede temperatur på de to enheder.
Disse metoder er velegnede til undersøgelser, der ønsker at udforske brugen af hypotermi som en potentiel behandling for neurologiske lidelser. Det specifikke formål med undersøgelsen bør diktere, hvilken metode der anvendes. Begge metoder kan klassificeres som systemisk overfladekøling, men den anden metode kræver ingen aktiv køling. Den gradvise kølemodel, der er beskrevet ovenfor, har vigtige potentielle anvendelser til brug af hypotermi i iskæmisk slagtilfældebehandling. Langvarig hypotermi og deres deraf følgende komplikationer udgør en udfordring for ældre slagtilfælde patienter. Desuden gør den rystende respons det vanskeligt at opnå måltemperatur hos nogle patienter10. Mens anti-rystende medicin kan bidrage til at reducere rystende respons, kort varighed gradvis køling kunne mere effektivt forbedre problemet. At have en kortere afkølingsperiode vil sandsynligvis også reducere forekomsten af lungebetændelse, der ofte rapporteres i forsøg. En anden potentiel fordel ved denne korttidsmetode er, at hastigheden af rewarming måske ikke er så vigtig sammenlignet med langvarig afkøling. Meget tidlige kliniske undersøgelser af langvarig afkøling hos slagtilfældepatienter med store infarkter viste, at hurtig rewarming førte til store stigninger i intrakranielt tryk (ICP), hvilket forværrede resultatet og ofte var dødeligt. Dette førte til udviklingen af gradvise rewarming paradigmer, som yderligere forlænget den samlede varighed af køling. Kort varighedskøling opretholder kun måltemperaturen i en kort periode og kan mindre sandsynligt resultere i rebound ICP. Tidligere arbejde, der har undersøgt hypotermi behandling for ICP elevation, ved hjælp af en lignende hurtig køling og rewarming protokol som dem, der er beskrevet her, har vist nogen rebound ICP elevation efter rewarming23,24.
Kliniske forsøg med hypotermi for iskæmisk slagtilfælde behandling har ikke været i stand til at oversætte fordelene ved hypotermi, der er rapporteret i eksperimentelle undersøgelser. Misforholdet mellem kølehastigheder og varighed mellem eksperimentelle modeller og patienter er vigtige variabler, der kan tage højde for denne uoverensstemmelse. At have en eksperimentel model af hypotermi, der bedre ligner den kliniske kølehastighed, vil give mulighed for en mere informeret undersøgelse af fordelene ved hypotermi som en behandlingsforanstaltning for slagtilfældepatienter.
The authors have nothing to disclose.
Dette projekt blev finansieret af University of Newcastle, Hunter Medical Research Institute (HMRI) Dalara Early Research Career Researcher Fellowship, NSW Health Early-Mid Career Research Fellowship, og National Health and Medical Research Council (NHMRC) Australien.
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 |