Summary
이 프로토콜은 감전과 같은 불리한 외부 자극으로부터 자유로운 마우스에서 표준화되고 반복 가능한 전임상 모델인 편성 열사병(EHS)의 개발을 설명합니다. 이 모델은 기계론, 예방 및 치료 연구를 위한 플랫폼을 제공합니다.
Abstract
열사병은 열 관련 질병의 가장 심각한 표현입니다. 수동 열사병으로도 알려진 고전적인 열사병 (CHS)은 신체 활동 중에 운동 열사병 (EHS)이 발생하는 반면, 휴식시 발생합니다. EHS는 병인학, 임상 프리젠 테이션 및 다기관 기능 장애의 후유증에 있는 CHS와 다릅니다. 최근까지 CHS의 모델만 잘 구축되었습니다. 이 프로토콜은 마취, 구속, 직장 프로브 또는 감전의 사용과 같은 주요 제한 요인에서 자유로운 EHS의 정제 된 전임상 마우스 모델에 대한 지침을 제공하는 것을 목표로합니다. 코어 온도(Tc) 텔레메트릭 프로브로 계측된 수컷 및 암컷 C57Bl/6 마우스가 이 모델에서 활용되었다. 달리기 모드에 익숙해지기 위해 마우스는 자발적 및 강제 주행 휠을 사용하여 3주간의 훈련을 받습니다. 그 후, 마우스는 37.5°C및 40%-50%의 상대 습도(RH)로 설정된 기후 챔버 내부의 강제 휠에서 42.1-42.5°C의 Tc에서 증상 제한(예: 의식 상실)을 표시할 때까지 실행되지만, 적절한 결과는 34.5~39°C 사이의 챔버 온도에서 얻을 수 있지만 34.5~39.5°C 사이의 챔버 온도에서 적절한 결과를 얻을 수 있다. 원하는 심각도에 따라 마우스는 주변 온도에서 회복을 위해 즉시 챔버에서 제거되거나 더 긴 기간 동안 가열 된 챔버에 남아 더 심한 노출과 사망률의 더 높은 발생률을 유도합니다. 결과는 가짜 일치 운동 컨트롤 (EXC) 및 / 또는 순진한 컨트롤 (NC)와 비교됩니다. 이 모델은 의식 상실, 심한 고온증, 다기관 손상, 염증성 사이토카인 방출, 면역 계통의 급성 상 반응을 포함하여 인간 EHS에서 관찰되는 많은 병리학적 결과를 반영합니다. 이 모델은 EHS의 발병을 지연하거나 이 증상을 특징짓는 다기관 손상을 줄일 수 있는 예방 및 치료 전략을 테스트하기 위한 가설 중심연구에 이상적입니다.
Introduction
일사병은 중추 신경계 기능 장애 및 고신도 피험자 1의 후속 장기 손상을특징으로한다. 열사병의 두 가지 징후가 있습니다. 고전적인 열사병 (CHS)은 더운 여름 날1동안 열파 또는 태양 노출 차량에 남아있는 어린이 중 주로 노인 인구에 영향을 미친다. 운동 열사병(EHS)은 육체적 인 노력 중에 적절하게 열조절할 수 없는 경우 발생하며, 전형적으로는 아니지만 항상 신경학적 증상, 고온증 및 후속 다기관 기능 장애 및 손상2의결과로 높은 주변 온도하에서 발생한다. EHS는 레크리에이션 및 엘리트 운동선수뿐만 아니라 군인및 수반되는탈수3,4의유무에 관계없이 노동자에서 발생합니다. 실제로, EHS는 신체 활동 동안 운동 선수에 사망률의 세 번째 주요원인입니다 5. 에피소드가 치명적이거나 장기적인 부정적인 건강 결과6,7로이어질 수 있기 때문에 인간에서 EHS를 공부하는 것은 매우 어렵습니다. 따라서, EHS의 신뢰할 수 있는 전임상 모델은 인간 EHS 피해자에 있는 회고및 연관임상 관측의 한계를 극복하기 위하여 귀중한 공구역할을 할 수 있었습니다. 설치류및 돼지에서 CHS의 전임상 모델은8,9,10을잘 특성화하고 있다. 그러나, CHS의 전임상 모델은 열조절 프로파일 및 타고난 면역반응(11)에대한 신체 운동의 독특한 효과로 인해 EHS 병리생리학으로 직접 변환되지 않는다. 또한, 설치류에서 전임상 EHS 모델을 개발하려는 이전의 시도는 감전, 직장 프로브 삽입, 높은 사망률12,13,14,15,16으로 미리 정의된 최대 코어 체온에 의해 유도된 중첩된 응력 자극을 포함하여 상당한 제한을 제기했습니다. 이는 현재 역학 데이터와 일치하지 않습니다. 이는 데이터 해석을 혼동하고 신뢰할 수 없는 바이오마커 인덱스를 제공할 수 있는 중요한 한계를 나타냅니다. 따라서, 이 프로토콜은 위에서 언급한 한계로부터 크게 자유로운 마우스내 EHS의 표준화되고, 반복가능하며, 번역가능한 전임상 모델의 단계를 특성화하고 설명하는 것을 목표로 한다. 중간에서 치명적인 열사병까지 등급이 매겨진 생리적 결과를 초래할 수 있는 모델에 대한 조정이 설명되어 있습니다. 저자의 지식에, 이것은 이러한 특성을 가진 EHS의 유일한 전임상 모델입니다, 가설 중심의 방식으로 관련 EHS 연구를 추구 할 수 있도록11,17,18.
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Protocol
모든 절차는 검토 및 플로리다 IACUC 의 대학에 의해 승인되었습니다. C57BL/6J 남성 또는 여성 마우스는 ~ 4개월 된, 각각 27-34g 및 20-25 g범위 내에서 계량하여 연구에 사용된다.
1. 텔레메트릭 온도 모니터링 시스템의 외과 이식
- 공급 업체에서 도착하면, 동물이 교통의 스트레스를 최소화하기 위해 수술 전에 적어도 1 주 동안 vivarium에서 휴식을 취할 수 있습니다.
- 군은 온도 텔레메트릭 장치 이식수술을 받을 때까지 마우스(현지 IACUC 지침에 따라 케이지당 최대 5개)를 수용합니다. 옥수수 침구가 들어 있는 표준 7.25"(W) x 11.75"(L) x 5"(H) 케이지에 보관하십시오. 12 x 12 광 사이클에서 라이트 사이클을 유지합니다(켜: 오전 7시, 끄기: 오후 7시). 하우징 온도를 20-22°C로 유지하고 상대 습도(RH)를 30%-60%로 유지한다. EHS 프로토콜까지 표준 차우 식이 요법과 물 광고 리비툼을 제공합니다.
참고: 개별 하우징의 근거는 남성 C57bl/6J 마우스에서 잦은 전투 부상을 피하고 각 마우스에 대한 자발적인 휠 실행에 충분한 기회를 제공하는 것입니다. - 원격 분석 장치의 배치를 위해 유도 챔버에서 이소플루란 (4%, 0.4-0.6 L/min)으로 마우스를 마취한다. 이어서, 마우스를 코 콘(1.5%, 0.6 L/분)을 통해 연속 마취 하에 놓는다.
- 수의사 연고와 같은 눈 윤활유를 사용하여 수술 중 동물의 눈이 손상되거나 손상되지 않도록 보호하십시오.
- 수술 부위를 준비하려면 작은 동물 털 클리퍼로 하복부를 면도하거나 시판되는 모발 리무버를 사용하십시오. 이 기간 동안 피하 부프레노르핀 (0.1 mg/kg)의 첫 번째 복용량을 투여하십시오.
- 포비단 요오드 (또는 유사한 germicidal 스크럽)의 세 가지 세척으로 영역을 스크럽한 다음 70 % 이소 프로필 알코올 헹구기 (또는 현지 수의 학적 요구 사항에 따라 멸균 식염수). 그런 다음 마우스를 수술 부위로 옮기.
- 접착제 드레이프를 사용하여 마우스의 수술 부위를 분리합니다. 멸균 기기와 무균 기술을 사용하여, 코나 알바를 따라 중간선에 ~ 1cm 절개를, 비용 마진에서 약 0.5cm. 그런 다음, 근육 층에서 피부를 분리하고 대장 이나 내부 장기를 손상 하지 않도록주의, 리나 알바에 약간 작은 절개를 합니다.
- 근육층이 열리면 멸균 텔레미터(소형 재사용 가능한 배터리 없는 방사선 분석 장치, 16.5 x 6.5mm)를 코달 동맥과 정맥 앞의 복리동맥 과 등쪽 구멍에 배치하여 소화기관에 자유롭게 떠있게 합니다.
참고: 모든 텔레미터는 비누와 물로 세척되며, 사용량 사이에 에틸렌 산화물로 철저히 헹구고 가스를 살균합니다. 가스 살균을 사용할 수 없는 경우, 멸균 솔루션(희석 및 침수 시간에 대한 제조업체의 권장 사항에 따라)에 침지하여 텔레미터를 소독하고 살균할 수 있습니다. - 멸균 5-0 흡수성 봉합사로 복부 개구부를 닫고 5-0 프린팅 봉합사로 간단한 중단 스티치를 사용하여 피부를 닫습니다.
참고: 텔레미터가 복벽에 묶지 않고 복구에 떠있는 것을 허용하는 것(제조업체가 권장하는 방법)은 치유 중 복벽의 과도한 장력을 제거하기 위해 저자가 성공하고 선호하는 것으로 입증되었다. 또한, 이것은 방사체로부터 신호를 얻는 수신기의 능력에 영향을 미치지 않습니다. - 마우스를 케이지 아래에 휴대용 난방 패드가 있는 깨끗한 케이지에 놓습니다. 마취에서 회복의 첫번째 시간 도중 마우스를 매 15 분마다 감시하고, 동물 하우징 시설로 돌아갑니다.
- 회수 기간 동안 48 시간 마다 피하 부프레노르핀 주사를 마우스에게 제공하고 고통의 징후를 계속 모니터링하십시오. 사용 가능한 경우, 48 h에 대 한 모든 24 시간 (1 mg/kg) 피하 슬로우 릴리스 buprenorphine를 제공. 마우스가 자발적인 바퀴 를 실행소개하기 전에 수술 후 ~ 2 주 동안 회복 할 수 있습니다.
2. 친숙하기: 자발적이고 강제적인 휠 실행
- 수술에서 회복 한 후, 바퀴에 무료로 액세스 할 수 있도록 케이지에 자발적 실행 바퀴를 배치합니다. 다른 러닝 휠 선택은 똑같이 효과적일 수 있지만 제한된 케이지 크기에 맞는지 확인합니다.
참고: 실행 중인 휠은 표준 케이지에 맞게 치수로 약간 줄여야 했습니다. - 마우스를 케이지의 자발적 인 바퀴에 2 주 동안 적응시십시오. 일단 적응하면 마우스는 강제 주행 휠에 대한 친숙한 절차를 학습할 준비가 되어 있습니다.
- 실온(~25°C, 상대 습도 30%)에서 환경 챔버에서 4개의 훈련 세션(1/일)을 수행한다.
참고: 이것은 이상적이지만, 마우스는 또한 성공적으로 챔버 외부 동일한 강제 실행 바퀴에서 훈련되었다. 몇몇 마우스는 그 때 챔버의 사용을 방해하지 않고 동시에 훈련될 수 있습니다. - 첫 번째 훈련 세션을 시작하려면 마우스가 모터 드라이브 벨트를 제거하거나 느슨하게하여 15분 동안 수정된 러닝 휠에서 휠을 해제하여 마우스가 휠의 속도를 결정하고 스트레스가 없는 방식으로 적응할 수 있도록 합니다.
참고: 프로토콜은 러닝 휠 제조업체에서 제공하는 소프트웨어 및 하드웨어로 실행하거나 휠 모터에 직접 연결되는 외부 프로그래밍 가능한 전원 공급 장치로 대체될 수 있으며, 이는 증분 운동 프로토콜의 자동화를 가능하게 합니다. - 각 러닝 휠의 시스템을 보정하여 각 휠의 전원 공급 장치 전압과 미터/분(m/min) 사이의 관계를 결정합니다.
참고: 강제 주행 휠은 모터를 15cm 높이게 하고, 휠을 주행하는 풀리를 원격 측정 수신기 플랫폼 위로 5cm로 이동하도록 수정되었습니다. 이를 통해 수신기 플랫폼은 모터의 간섭 없이 실행 프로토콜 중에 정확한 원격 분석 데이터를 얻을 수 있었습니다. - 짧은 휴식 기간(<5분)이 지나면 강제 러닝 휠 프로토콜을 시작합니다. 2.5m/min에서 휠을 시작하고 실제 EHS 시험의 첫 번째 시간을 모방하기 위해 총 10 분마다 0.3 m / min을 증가시지만 실온에서. 마우스를 홈 케이지로 반환하고 24 시간 복구를 허용합니다. 후속 세 번의 강제 실행 세션을 연속일에 동일한 방식으로 수행합니다. 1일 후, 프리 휠링 적응부는 불필요합니다.
- 마우스를 2-3일 동안 강제 러닝 휠 연습의 스트레스로부터 씻어내거나 회복할 수 있도록 허용하지만, 마우스가 홈 케이지 자발적 휠에 무료로 접근할 수 있도록 한다. 이제 마우스가 EHS 프로토콜을 수행할 준비가 되었습니다.
3. EHS 프로토콜
- EHS 프로토콜 전날 밤, 챔버에 적응하기 위해 실온(~25°C, 상대 습도 ≈30%)에서 환경 챔버에 마우스를 배치한다.
- 데이터 수집 시스템을 사용하여 하룻밤 사이에 평균 30s 간격을 초과한 연속 Tc를 수집합니다.
- EHS 프로토콜의 아침에, 마우스가 챔버 온도를 높이기 전에 보통 온도 범위(즉, 36-37.5°C)에 있거나 아래에 있는지 확인하십시오. 이것은 마우스가 발열이 없고 이 기간 도중 과도한 스트레스를 경험하지 않았다는 것을 보장합니다.
- 마우스가 안정적이고 정상적인 휴식 코어 온도 범위 내에 있으면 음식과 물을 제거하고 동물의 무게를 측정합니다. 챔버 도어를 닫고 챔버 온도를 37.5°C 및 상대 습도 40%-50%로 또는 원하는 환경 온도 및습도(19)로증가시한다. 보정된 온도 및 습도 모니터로 챔버 온도 및 습도를 확인합니다.
- 프로토콜 중에 빛과 교란을 최소화하기 위해 블랙 아웃 커튼으로 챔버를 둘러싸십시오. 원격 IR 조명 카메라를 통해 프로토콜 중에 마우스를 지속적으로 모니터링합니다. 두 번째 카메라를 러닝 휠 에 가깝게 배치한 온도 및 습도 모니터에 초점을 맞춥니다. 동물 근처의 정확한 온도 판독값을 보장하기 위해 환경 챔버 세트 포인트에 대한 컨트롤러를 조정하십시오.
- 챔버가 온도 모니터의 두 번째 카메라로 측정한 대로 목표 온도에 도달하면(이 경우 ~ 30분이 걸릴 수 있음), 챔버 도어를 빠르게 열고 마우스를 강제 러닝 휠에 놓습니다.
- 2.5m/min의 속도로 강제 달리기 휠 프로토콜을 시작하고 마우스가 41 °C의 Tc에 도달 할 때까지 10 분마다 0.3 m / min의 속도를 증가시킵니다. 마우스가 이 코어 온도에 도달하면, 증상 제한, 명백한 의식 상실, 후진 낙하 또는 실신, 휠을 계속 실행하거나 붙지 못하는 것을 특징으로 하는 속도는 일정하게 유지되도록 합니다. 마우스가 물리적 반응의 흔적없이 바퀴에 세 개의 뒤로 회전이있을 때이 시간 점을 확인합니다. 또는, 로컬 IACUC 규칙에 따라 인도적인 엔드포인트를 식별하여 프로토콜을 중지할 시기를 결정합니다(예: Tc ~43°C). 이 끝점은 본질적으로 모든 마우스의 증상 제한보다 약간 높은 것입니다.
- 빠른 냉각 프로토콜(R)을 수행하려면 마우스가 증상 제한에 도달하면 휠을 중지하고 강제 실행 휠에서 즉시 제거합니다. 마우스의 무게를 측정하고 실온에서 복구하기 위해 홈 케이지에 다시 배치합니다. 이 시간 동안 챔버 도어를 열어 놓고 인큐베이터 세트 포인트를 실온으로 돌려 보내 챔버가 빠르게 냉각되도록 하십시오. 이 절차는 >99% 장기 생존결과.
- 더 심한 (S) EHS 노출을 수행하려면 EHS 프로토콜 동안 37.5 °C 챔버 내에서 동물의 홈 케이지를 유지하십시오. 동물이 증상 제한에 도달하면 원격 카메라 (~5-9 분)에서 관찰 한 대로 의식으로 돌아갈 때까지 실행 휠에 남아 있게하십시오.
- 그런 다음 빠르게 실행 휠에서 마우스를 제거하고 매우 느린 냉각 프로파일(도 1A,빨간색 파선)을 초래하기 위해 미리 따뜻하게 된 케이지로 직접 반환하여 EHS 저체온 상을 제거합니다. 이 시간 동안 케이지에서 필터 상단을 제거하여 챔버와의 평형을 향상시킵니다.
- 실온으로 미리 냉각된 회수 케이지를 사용하여 저체온상억제를 초래하는 덜 가혹한 대체 절차를 수행하지만 100%생존율(20)을갖는다.
- S 프로토콜의 경우 복구 중에 마우스를 주의 깊게 모니터링하고 인도적 끝점을 지속적으로 확인합니다. 일반적으로 사용되는 인간 종점(예: 오른쪽 반사)에 대해 원격으로 테스트하기는 어렵지만, 그루밍, 정상적인 호흡, 핥기 등과 같은 회복 중에 정상적인 움직임을 위해 마우스를 원격으로 관찰합니다. 이 시간 동안 Tc를 모니터링합니다.
- 마우스는 그들의 핵심 온도가 복구 단계 도중 방향을 반전하는 경우에 복구할 가능성이, 결국 40°C를 초과합니다; 이때 실험을 종료하고 표준 휴먼 엔드포인트에 대한 마우스를 평가한다.
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Representative Results
EHS 프로토콜 전체 와 마우스의 조기 복구 중 전형적인 열 조절 프로파일은 도 1A에도시된다. 이러한 프로파일은 챔버 가열 단계, 증분 운동 단계, 정상 상태 운동 단계 및 신속한 냉각(R) 또는 중증(S)방법(17)에의해 회복 단계로 정의될 수 있는 4개의 뚜렷한 단계를 포함한다. 주요 열 조절 결과는 달성 된 최대 Tc (Tc, 최대)와 Tc, 최대에 도달하는 데 필요한 시간을 포함한다. 오름차순 열 영역은 온도>39.5 °C21 및 저체온증 깊이 (Tc, min)에 효과적인 노출을 결정할 수 있습니다. 여러 연구에서 요약된 이러한 변수에 대한 일반적인 값은 표 1에표시됩니다. 정기적으로 측정된 다른 결과 변수에는 EHS 프로토콜 동안 손실된 총 거리 실행, 최대 속도 및 백분율 가중치(탈수에 대한 대리 측정)가 포함됩니다. 다시 말하지만 표 1에서일반적인 값을 관찰할 수 있습니다. 여성 마우스는 이 모형에 있는 열사병에 더 저항하고 도 1B에 괄약하게 예시되고 표 1에서수치로 요약된 바와 같이, 남성 마우스17보다는 거의 2 배 더 긴 거리를 실행합니다.
말단 실험은 19일~30일11일,17일,22일붕괴 직전부터 30일까지 EHS 이후의 다양한 시점에서 수행되었다. 이 모델은 장, 신장 및간(19)에대한 조직학적 손상을 일관되게 입증한다. 다른 예상 된 결과 스트레스 또는 면역반응성의일반적인 바이오 마커 포함11,17,(표 2),뿐만 아니라 간 (알라닌 트랜스 아미나아제), 근육 (크레아틴 키나아제), 장 (지방산 결합 단백질 2), 신장 (크레아틴 : 혈액 우레아 질소 비율) 표에 표시된 바와 같이19. 미래 조사는 조직 손상 또는 산화 스트레스의 다른 마커를 측정 고려할 수 있습니다.
R 전임상 모델에서는 동물의 >99%가 샘플 수집까지 생존합니다. 그러나, S 모델에서, 전술한 바와 같이, 사망률은 >30%로 증가한다(N=32, P < 0.003). S 모델의 전형적인 복구 온도 프로파일은 Tc가 2h 복구 기간 동안 37°C 이상으로 유지되는 도 1A(대시 레드 라인)에 도시되어 있습니다. EHS 프로토콜 및 복구의 각 단계에서 EHS 복구 기간의 분할은 고전적인 모델과 S 모델 사이의 그림 2에서 비교됩니다. 흥미롭게도, 두 모델에서 39.5°C로 회복하는 데 필요한 시간에차이가 없다. 그러나, 환경 온도(37.5°C, 정상 체온 이상으로)까지 냉각하는 시간은 크게 연장되었다(P< 0.0001).
그림 1: EHS 프로토콜 전체 및 마우스의 조기 복구 중에 열 조절 프로파일. (A)수직 축에서 프로토콜을 겪고 있는 C57Bl6 마우스의 전형적인 코어 온도 프로파일입니다. 수평 축에서, 시간이 챔버 가열 (-50)에서 프로토콜의 증분 부분의 시작부분으로 진행됨에 따라. 마우스가 41°C에 도달하면 증상 제한에 도달할 때까지 정상 상태 단계에서 속도가 일정하게 유지됩니다. 복구 하는 동안, 코어 온도 심한 (빨간 파선) 및 빠른 냉각 (단선) 모델에 대 한 다른 속도로 드롭. (B)코어 온도 및 지속 시간에서 관찰된 성차이의 회로도 표현. 대시 라인은 남성이며, 고선은 여성입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 마우스의 코어 온도가 급속 냉각 (R) 및 느린 냉각 (S) 프로토콜에 대한 >39.5 °C를 유지되는 기간. Tc, 최대 37.5°C 및 Tc, 최대 Tc, 최소 세그먼트에 상당한 차이가 있습니다. 데이터는 표준 편차에 ± 의미합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 남성 | 여성 | EXC | |
| Tc, 최대 (°C) | 42.1 ± 0.2 | 42.3 (42.2–42.4) | 38.5 ± 0.2 |
| Tc까지의 시간(최소) | 123 ± 11 | 208 (152–252) | 113 ± 10 |
| EHS의 %체중 감소 | 8.1 ± 2.1 | 6.0 (5.1–7.6 | 4.5% ± 1.0% |
| 저체온증 깊이 (°C) | 33.0 ± 1.1 | 31.7 (30.7–33.1) | n/a |
| 오름차순 열 면적(°C >39.5 • S) | 96.5 ± 14.7 | 240 (202–285) | n/a |
| 총 거리(m) | 444.9 ± 89.3 | 623 (424–797) | 일치 |
| 최대 속도(m/분) | 5.3 ± 0.6 | 8.1 (7.1–9.2) | 5.2 |
표 1: 운동 열사병의 급속한 냉각 모델을 사용하여 예상 온도 및 운동 반응. 환경 온도의 모든 데이터 = 37.5°C, 30%-40% 상대 습도. 수단 ± SD에서 요약 킹 외. 201519,가르시아 외. 201817,가르시아 외. 202018.
Tc, 최대 = 최대 코어 온도가 운동 열사병(EHS) 동안 증상 제한 또는 근로에 적용됩니다.
% 체중 감소 = EHS 직전과 이후의 %체중 차이. 오름차순 열 영역 = 열 하중의 표시기. EHS 프로토콜 동안 39.5°C의 시간 x 온도 > 제품입니다.
| 남성 | 여성 | |||||||
| 남성 | EXC | 30분 | 3 시간 | 24 h | EXC | 30분 | 3 시간 | 24 h |
| 코르티코스테론 (ng/mL) | 50 ± 10 | 175 ± 42 | 152 ± 28 | 46 ± 26 | 72 ± 11 | 219 ± 78 | 259 ± 36 | 95 ± 24 |
| IL-6 (pg/mL) | 3.8 ± 0 | 58.0 ± 50.0 | 37.0 ± 43 | 5.1 ± 4.0 | 3.7 ± 0.3 | 97.0 ± 48 | 10.4 ± 16.0 | 5.0 ± 4.2 |
| GCS-F (pg/mL) | 34.2 ± 16.4 | 573 ± 462 | 1080 ± 52 | 87.8 ± 40.5 | 44.2 ± 20.0 | 238 ± 194 | 1712 ± 1700 | 208.4 ± 193 |
표 2: 운동 열사병의 급속한 냉각 모델에서 스트레스 호르몬/사이토카인 반응의 바이오마커.
데이터는 sD ±, 환경 온도에서 얻은 모든 데이터 = 37.5°C, 30%-40%를 상대한다는 것을 의미합니다.
습도. 요약 에서 가르시아 외 201817.
| 시간 지점 | EXC | 30분 | 3 시간 | 24 h |
| 크레아틴 키나제 (IU/L) | 215 ± 108 | 309 ± 145 | 1392 ± 1797 | 344 ± 196 |
| 혈액 우레아 질소 (mg/dL) | 23 ± 2.7 | 66 ± 2.6 | 34 ± 8.5 | 17.2 ± 0.4 |
| 크레아티닌:BUN 비율 | 131 ± 70.0 | 210.7 ± 22.8 | 268.6 ± 118 | 52.3 ± 14 |
| 알라닌 트랜스아미나아제 | 25 ± 3.7 | 367 ± 744 | 123 ± 167 | 207 ± 236 |
| FABP-2 (ng/mL) | 2.3 ± 1.0 | 10.2 ± 1.0 | 2.6 ± 3.1 | 1.2 ± 0.5 |
표 3: 운동 열사병의 급속한 냉각 모델에서 회복하는 동안 남성 마우스에서 장기 상해의 바이오마커.
데이터는 SD를 ± 의미합니다. 환경 온도 = 37.5 °C의 모든 데이터. 킹 외. 201519.
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Discussion
이 기술 검토는 마우스에 있는 EHS의 전임상 모형의 성과에 대한 지침을 제공하는 것을 목표로 합니다. 변수 단절의 재현 가능한 EHS 에피소드의 실행에 필요한 자세한 단계와 자료가 제공됩니다. 중요한 것은, 이 모형은 인간 EHS 피해자11,19에서관찰된 표시, 현상 및 다기관 기능 장애를 주로 모방합니다. 더욱이, 이 모델은 단기 및 장기 EHS 복구19,20,22,23의 근본적인 메커니즘을 검사할 수 있으며, 열내의 성능 측정, 뇌졸중 후 온도 감소 속도, 다기관 기능 장애 및 복구 기능 테스트의 지표에 대한 개입의 효과를 갖는다. 이 모델을 사용하면 조사관이 악성 고열증 또는 횡모염24,25,26을설명하는 것과 같은 비교와 관련이있을 수있는 다른 모델 간의 비교를 그릴 수 있습니다.
이 전임상 모델은 전기 자극, 직장 프로브, 마취 또는 미리 결정된 Tc 컷오프의 사용과 같은 불필요한 스트레스를 제거합니다. 또한, 그것은 EHS에 섹스 차이와 타고난 관용을 강조. 그러나 준수해야 하는 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 예를 들어, 상대 습도의 경미한 고도는 마우스가 스스로 냉각하기 위해 수증기의 응축을 사용할 수 있기 때문에 프로토콜의 지속 시간을 연장할 수 있다(인간에서 습도의 영향과 는 반대)19. 또한 S 모드를 사용할 때는 테스트 기간 내내 빈 케이지를 챔버 내부에 보관해야 합니다. 케이지가 챔버 외부에 남아 있는 경우 실온에 노출되어 가열된챔버(20)로빠르게 반환되더라도 마우스를 냉각하기에 충분한 그라데이션이 생성됩니다. 프로토콜의 고유하지만 반드시 필요한 기능은 작고 강제 실행 휠 (직경 17.1cm)을 사용하는 것입니다. 이 직경은 속도가 증가함에 따라 상부 몸통을 들어 올려 휠의 속도를 따라가며 휠의 넓게 간격이 있는 횡선에서 단계별로 상당한 조정을 받아야 합니다. 따라서 이러한 휠을 이용한 효율, 속도 및 성능은 마우스가 러닝머신 과 같은 평평한 표면에서 주행할 때와 훨씬 더 큰 직경의 바퀴를 사용할 수 있는 것과 크게 다릅니다. 서로 다른 직경 의 바퀴를 사용하는 경우 여기에 표시된 예제 데이터가 대표될 가능성은 낮습니다. 작은 휠에서 실행 활동이 더 복잡하다는 점을 감안할 때, 그 사용은 단순히 평평한 표면에서 실행되는 것이 아니라 다양한 활동의 일반적인 열에서 복잡한 모터 활동을 적절하게 시뮬레이션 할 수 있습니다.
냉각 속도를 조정하여 심각도를 선택하는 기능은 이 모델의 또 다른 이점입니다. EHS의 부정적인 결과에 대응하는 데 효과적인 것으로 알려진 주요 치료 개입은 40°C27이하의 즉각적인 냉각이다. 따라서 R 모델에 설명된 빠른 냉각 접근 방식은 EHS 에피소드를 냉각 스테이션을 쉽게 사용할 수 있는 운동 설정으로 역변환하려는 사용자에게 권장됩니다. 그러나 원격 설정에서 열리는 군사 시나리오 나 스포츠 이벤트와 같은 다른 많은 경우, 피해자는 종종 열, 붕괴 후, 의료 지원이 가능 할 때까지 몇 시간 동안 남아 있습니다. 이렇게 하면 느린 냉각(S)이 보다 심각한 결과를 위해 유효한 모델에 접근할 수 있습니다. 아마도 이 방법은 광범위한 결과의 심각도를 제공하고 냉각 프로토콜을 테스트하기 위해 추가로 수정될 수 있습니다.
아마도이 절차에서 가장 중요한 단계는 텔레메트릭 온도 장치의 적절한 이식을 보장하고 수술 후 충분한 회복을 허용하는 것입니다. 감염 및 염증이 EHS 동안 열 조절 반응에 영향을 미치는 것으로 나타났기 때문에 회복에 관여하는 후속 염증 과정은 EHS 프로토콜에 호의적으로 반응하는 마우스의 능력을 크게 변화시킬 수 있다3,27. 적절한 봉합은 수술의 성공과 적절한 상처 치유를 촉진하기위한 필수적입니다. 근육 층이 피부 층과 별도로 봉합되었는지 확인하는 것이 중요합니다. 근육 층은 또한 불필요한 혈액 손실및 근육에 손상을 보장하기 위해 리나 알바를 따라 절단해야합니다. 적절한 시기에 진통제를 투여하고 동물이 케이지 실행 휠을 도입하기 전에 수술에서 완전히 회복 할 수있는 충분한 시간을 제공하는 것이 필수적입니다. 마우스는 고민과 체중 감소의 징후와 증상에 대한 복구 중에 모니터링해야합니다.
이 프로토콜의 개발 을 통해, 성공적인 수정의 다양한 테스트. 첫 번째 수정에는 훈련이 수행된 속도와 적응 중에 프리 휠링 부분을 제거하는 것이 포함되었습니다. 장비 제한으로 인해 동일한 프로토콜을 활용하여 훈련을 실시했지만 60 분 동안 10 분마다 0.5 m / 분의 속도가 증가했습니다. 프리 휠링은 초기 훈련 세션에서 활용되지 않았습니다. 이러한 작은 변경 사항은 마우스의 전체 결과 또는 교육 상태에 영향을 주지 않았습니다. 시험된 두 번째 수정은 환경 챔버 온도의 증가 동안 마우스의 배치였다. 프로토콜에 따르면 대상 환경 온도에 도달할 때까지 마우스가 홈 케이지에 있어야 합니다. 그러나, 대상 온도에서 챔버 도어의 개구부를 제거하기 위해, 마우스는 챔버가 목표 온도에 도달하는 동안 휴식을 강제 실행 휠에 배치했다. 마우스의 Tc 및 활성은 마우스가 이 기간 동안 바퀴 또는 홈 케이지에서 쉬고 있는지 여부에 크게 다르지 않았다. 마지막으로, 37.5~39.5°C에서 30%-90% RH19로다양한 환경 조건을 시험하였다. Tc, 최대 및 운동 기간이 다른 동안 전반적인 패턴은 유사하게 유지되었습니다. 따라서 목표 온도 및 습도를 조작하면 개별 연구 목표에 맞게 조정할 수 있습니다.
이 프로토콜에 대해 염두에 두어야 할 몇 가지 추가 제한 사항이 있습니다. 예를 들어 프로토콜이 증상제한이므로 마우스가 붕괴 지점을 넘어 실행되지 않으므로 운동 강도에 따라 더 심각한 모델을 만들기가 어려워집니다. 그러나 수정된 냉각 프로토콜은 이러한 제한을 수정합니다. 또 다른 제한은 EHS 프로토콜 전후에 모든 미래의 치료 또는 개입을 원격으로 투여해야한다는 것입니다. 동물이 치료 관리를 위해 중단되어야한다면 Tc는 즉시 떨어질 것이고 열 조절 프로파일은 변경됩니다.
이러한 제한은 몇 가지 물류 문제를 제시하지만,이 모델은 스트레스 자극이나 침습 장비를 사용 한 다른 모델에 비해 유리한 기능을 표시합니다. 미래에, 이 모형은 EHS의 개시를 연기하거나 계속되는 다기관 기능 장애를 방지할 수 있는 기초EHS의 기계장치를 발견하고 새로운 내정간섭을 시험하기 위하여 이용될 수 있습니다. 요약하자면, 이 프로토콜은 마우스에서 EHS의 신뢰할 수 있는 전임상 모델의 실행을 위한 지침을 수립하고 다른 환경 및 향후 조사에서 이 접근법을 재현할 때 피할 수 있는 잠재적인 함정을 식별합니다.
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Disclosures
저자는 공개 할 이해 상충이 없습니다. 이 프로젝트에 대한 모든 지원은 플로리다 대학에서 수행되었으며 모든 지원이 생성되었습니다.
Acknowledgments
이 작업은 국방부 W81XWH-15-2-0038 (TLC) 및 BA180078 (TLC) 및 BK 및 베티 스티븐스 엔다우먼트 (TLC)에 의해 지원되었다. JMA는 사우디 아라비아 왕국의 재정 지원을 받았습니다. 미셸 킹은 이 연구가 수행될 당시 플로리다 대학교와 함께 있었습니다. 그녀는 현재 펩시코 R&D 사업부인 게토레이 스포츠 과학 연구소에서 일하고 있습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1080P HD 4 Security Cameras 4CH Home Video Security Camera System w/ 1TB HDD 2MP Night View Cameras CCTV Surveillance Kit | LaView | ||
| 5-0 Coated Vicryl Violet Braided | Ethicon | ||
| 5-0 Ethilon Nylon suture Black Monofilament | Ethicon | ||
| Adhesive Surgical Drape with Povidone 12x18 | Jorgensen Labset al. | ||
| BK Precision Multi-Range Programmable DC Power Supplies Model 9201 | BK Precision | ||
| DR Instruments Medical Student Comprehensive Anatomy Dissection Kit | DR Instruments | ||
| Energizer Power Supply | Starr Life Sciences | ||
| G2 Emitteret al. | Starr Life Sciences | ||
| Layfayette Motorized Wheel Model #80840B | Layfayette | ||
| Patterson Veterinary Isoflurane | Patterson Veterinary | ||
| Platform receiveret al. | Starr Life Sciences | ||
| Scientific Environmental Chamber Model 3911 | ThermoForma | ||
| Training Wheels | Columbus Inst. |
References
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