نموذج ما قبل السريرية من السكتة الدماغية الحرارة مجهود في الفئران
Summary
يصف البروتوكول تطوير نموذج موحد وقابل للتكرار قبل السريري لسكتة الحرارة المجهودية (EHS) في الفئران الخالية من المحفزات الخارجية السلبية مثل الصدمة الكهربائية. يوفر النموذج منصة للدراسات الميكانيكية والوقائية والعلاجية.
Abstract
السكتة الدماغية الحرارة هو أشد مظهر من مظاهر الأمراض المرتبطة بالحرارة. السكتة الدماغية الحرارية الكلاسيكية (CHS)، والمعروفة أيضا باسم السكتة الدماغية الحرارة السلبية، يحدث في بقية، في حين أن السكتة الدماغية الحرارة المجهودية (EHS) يحدث أثناء النشاط البدني. يختلف EHS عن CHS في المسببات والعرض السريري وتتمة الخلل الوظيفي متعدد الأعضاء. وحتى وقت قريب، لم تكن هناك سوى نماذج من CHS راسخة. يهدف هذا البروتوكول إلى توفير إرشادات لنموذج الماوس قبل السريري المكرر من EHS الخالي من العوامل الرئيسية المقيدة مثل استخدام التخدير أو ضبط النفس أو مسابير المستقيم أو الصدمة الكهربائية. وقد استخدمت في هذا النموذج فئران C57Bl/6 من الذكور والإناث، مزودة بمسابير قياس عن بعد لدرجة الحرارة الأساسية(Tc). للتعرف على وضع الجري ، تخضع الفئران ل 3 أسابيع من التدريب باستخدام عجلات الجري الطوعية والقسرية. بعد ذلك، تعمل الفئران على عجلة قسرية داخل غرفة مناخية تحدد ب 37.5 درجة مئوية ورطوبة نسبية بنسبة 40٪ -50٪ (RH) حتى تظهر عليها قيود الأعراض (على سبيل المثال، فقدان الوعي) في TC من 42.1-42.5 درجة مئوية، على الرغم من أنه يمكن الحصول على نتائج مناسبة في درجات حرارة الغرفة بين 34.5-39.5 درجة مئوية والرطوبة بين 30٪-90٪. اعتمادا على الخطورة المطلوبة ، يتم إزالة الفئران من الغرفة على الفور للتعافي في درجة الحرارة المحيطة أو البقاء في الغرفة الساخنة لفترة أطول ، مما يؤدي إلى تعرض أكثر حدة وحدوث وفيات أعلى. تتم مقارنة النتائج مع ضوابط ممارسة مماثلة صورية (EXC) و / أو الضوابط السذاجة (NC). يعكس النموذج العديد من النتائج المرضية الفسيولوجية التي لوحظت في EHS البشرية ، بما في ذلك فقدان الوعي ، وارتفاع الحرارة الشديد ، وتلف الأعضاء المتعددة ، وكذلك إطلاق السيتوكين الالتهابي ، واستجابات المرحلة الحادة للجهاز المناعي. هذا النموذج مثالي للبحوث التي تحركها الفرضية لاختبار الاستراتيجيات الوقائية والعلاجية التي قد تؤخر ظهور EHS أو تقلل من الضرر متعدد الأعضاء الذي يميز هذا المظهر.
Introduction
وتتميز السكتة الدماغية الحرارة من قبل خلل في الجهاز العصبي المركزي وتلف الجهاز اللاحقة في المواضيع hyperthermic1. هناك مظهران من مظاهر ضربة الحرارة. السكتة الدماغية الحرارية الكلاسيكية (CHS) يؤثر على السكان المسنين في الغالب خلال موجات الحرارة أو الأطفال الذين تركوا في المركبات المعرضة لأشعة الشمس خلال أيام الصيفالحارة 1. السكتة الدماغية الحرارة الجهد (EHS) يحدث عندما يكون هناك عدم القدرة على تنظيم الحرارة بشكل كاف أثناء المجهود البدني، عادة، ولكن ليس دائما، تحت درجات الحرارة المحيطة العالية مما أدى إلى أعراض عصبية، وارتفاع الحرارة، والخلل الوظيفي متعدد الأعضاء اللاحقة والضرر2. يحدث EHS في الرياضيين الترفيهية والنخبة وكذلك الأفراد العسكريين والعمال مع وبدون الجفاف المصاحب3،4. في الواقع، EHS هو السبب الرئيسي الثالث للوفيات في الرياضيين أثناء النشاط البدني5. من الصعب للغاية دراسة EHS في البشر حيث يمكن أن تكون الحلقة قاتلة أو تؤدي إلى نتائج صحية سلبية على المدى الطويل6،7. ولذلك، يمكن لنموذج موثوق به قبل السريرية من EHS بمثابة أداة قيمة للتغلب على القيود المفروضة على الملاحظات السريرية بأثر رجعي واتكال في ضحايا EHS الإنسان. وقد تمتاز نماذج ما قبل السريرية من CHS في القوارض والخنازير بشكل جيد8،9،10. ومع ذلك ، فإن النماذج ما قبل السريرية من CHS لا تترجم مباشرة إلى الفيزيولوجيا المرضية EHS بسبب الآثار الفريدة للممارسة البدنية على الملف التنظيمي الحراري والاستجابة المناعية الفطرية11. بالإضافة إلى ذلك ، شكلت المحاولات السابقة لتطوير نماذج EHS قبل السريرية في القوارض قيودا كبيرة ، بما في ذلك محفزات الإجهاد المركبة الناجمة عن الصدمة الكهربائية ، وإدخال مسبار المستقيم ، ودرجات حرارة الجسم الأساسية القصوى المحددة مسبقا مع ارتفاع معدلات الوفيات12و13و14و15و16 التي لا تتطابق مع البيانات الوبائية الحالية. وهذه تمثل قيودا كبيرة قد تخلط بين تفسير البيانات وتوفر فهارس علامات بيولوجية لا يمكن الاعتماد عليها. لذلك، يهدف البروتوكول إلى توصيف ووصف خطوات نموذج ما قبل السريرية الموحد والتكرار والترجمة للغاية ل EHS في الفئران الخالي إلى حد كبير من القيود المذكورة أعلاه. يتم وصف التعديلات على النموذج التي يمكن أن تؤدي إلى نتائج فسيولوجية متدرج من السكتة الدماغية الحرارية المعتدلة إلى القاتلة. على حد علم المؤلفين ، وهذا هو النموذج الوحيد قبل السريرية من EHS مع مثل هذه الخصائص ، مما يجعل من الممكن لمتابعة البحوث EHS ذات الصلة بطريقة تستند إلى فرضية11،17،18.
Protocol
Representative Results
Discussion
يهدف هذا الاستعراض التقني إلى توفير مبادئ توجيهية لأداء نموذج ما قبل السريرية من EHS في الفئران. يتم توفير الخطوات التفصيلية والمواد اللازمة لتنفيذ حلقة EHS القابلة للاستنساخ من الخطورة المتغيرة. الأهم من ذلك، نموذج يحاكي إلى حد كبير علامات وأعراض، والخلل متعدد الأعضاء لوحظ في ضحايا EHS الإن?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا العمل من قبل وزارة الدفاع W81XWH-15-2-0038 (TLC) وBA180078 (TLC) و BK وبيتي ستيفنز الوقف (TLC). وقد تم دعم JMA من خلال المساعدات المالية من المملكة العربية السعودية. ميشيل كينغ كانت مع جامعة فلوريدا في الوقت الذي أجريت فيه هذه الدراسة. وهي تعمل حاليا في معهد جاتوراد للعلوم الرياضية، وهو قسم تابع لشركة بيبسي كولا للبحث والتطوير.
Materials
| 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 12×18 | 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. |
Riferimenti
- Leon, L. R., Bouchama, A. Heat stroke. Comprehensive Physiology. 5 (2), 611-647 (2015).
- Laitano, O., Leon, L. R., Roberts, W. O., Sawka, M. N. Controversies in exertional heat stroke diagnosis, prevention, and treatment. Journal of Applied Physiology. 127 (5), 1338-1348 (2019).
- King, M. A., et al. Influence of prior illness on exertional heat stroke presentation and outcome. PLOS One. 14 (8), 0221329 (2019).
- Carter, R., et al. Epidemiology of hospitalizations and deaths from heat illness in soldiers. Medicine and Science in Sports and Exercise. 37 (8), 1338-1344 (2005).
- Howe, A. S., Boden, B. P. Heat-related illness in athletes. The American Journal of Sports Medicine. 35 (8), 1384-1395 (2007).
- Wallace, R. F., Kriebel, D., Punnett, L., Wegman, D. H., Amoroso, P. J. Prior heat illness hospitalization and risk of early death. Environmental Research. 104 (2), 290-295 (2007).
- Wang, J. -. C., et al. The association between heat stroke and subsequent cardiovascular diseases. PLOS One. 14 (2), 0211386 (2019).
- Leon, L. R., Blaha, M. D., DuBose, D. A. Time course of cytokine, corticosterone, and tissue injury responses in mice during heat strain recovery. Journal of Applied Physiology. 100 (4), 1400-1409 (2006).
- Leon, L. R., DuBose, D. A., Mason, C. W. Heat stress induces a biphasic thermoregulatory response in mice. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 288 (1), 197-204 (2005).
- Leon, L. R., Gordon, C. J., Helwig, B. G., Rufolo, D. M., Blaha, M. D. Thermoregulatory, behavioral, and metabolic responses to heatstroke in a conscious mouse model. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 299 (1), 241-248 (2010).
- King, M. A., Leon, L. R., Morse, D. A., Clanton, T. L. Unique cytokine and chemokine responses to exertional heat stroke in mice. Journal of Applied Physiology. 122 (2), 296-306 (2016).
- Costa, K. A., et al. l-Arginine supplementation prevents increases in intestinal permeability and bacterial translocation in Male Swiss mice subjected to physical exercise under environmental heat stress. The Journal of Nutrition. 144 (2), 218-223 (2014).
- Hubbard, R. W. Effects of exercise in the heat on predisposition to heatstroke. Medicine and Science in Sports. 11 (1), 66-71 (1979).
- Hubbard, R. W., et al. Rat model of acute heatstroke mortality. Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 42 (6), 809-816 (1977).
- Hubbard, R. W., et al. Diagnostic significance of selected serum enzymes in a rat heatstroke model. Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 46 (2), 334-339 (1979).
- Hubbard, R. W., et al. Role of physical effort in the etiology of rat heatstroke injury and mortality. Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 45 (3), 463-468 (1978).
- Garcia, C. K., et al. Sex-dependent responses to exertional heat stroke in mice. Journal of Applied Physiology. 125 (3), 841-849 (2018).
- Garcia, C. K., et al. Effects of Ibuprofen during Exertional Heat Stroke in Mice. Medicine and Science in Sports and Exercise. 52 (9), 1870-1878 (2020).
- King, M. A., Leon, L. R., Mustico, D. L., Haines, J. M., Clanton, T. L. Biomarkers of multi-organ injury in a pre-clinical model of exertional heat stroke. Journal of Applied Physiology. 118 (10), (2015).
- Murray, K. O., et al. Exertional heat stroke leads to concurrent long-term epigenetic memory, immunosuppression and altered heat shock response in female mice. The Journal of Physiology. 599 (1), 119-141 (2021).
- Leon, L. R., DuBose, D. A., Mason, C. W. Heat stress induces a biphasic thermoregulatory response in mice. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 288, 197-204 (2005).
- Laitano, O., et al. Delayed metabolic dysfunction in myocardium following exertional heat stroke in mice. The Journal of Physiology. 598 (5), 967-985 (2020).
- Iwaniec, J., et al. Acute phase response to exertional heat stroke in mice. Experimental Physiology. 106 (1), 222-232 (2020).
- He, S. -. X., et al. Optimization of a rhabdomyolysis model in mice with exertional heat stroke mouse model of EHS-rhabdomyolysis. Frontiers in Physiology. 11, (2020).
- Lopez, J. R., Kaura, V., Diggle, C. P., Hopkins, P. M., Allen, P. D. Malignant hyperthermia, environmental heat stress, and intracellular calcium dysregulation in a mouse model expressing the p.G2435R variant of RYR1. British Journal of Anaesthesia. 121 (4), 953-961 (2018).
- Laitano, O., Murray, K. O., Leon, L. R. Overlapping mechanisms of exertional heat stroke and malignant hyperthermia: evidence vs. conjecture. Sports Medicine. 50 (9), 115-123 (2020).
- Casa, D. J., Armstrong, L. E., Kenny, G. P., O’Connor, F. G., Huggins, R. A. Exertional heat stroke: new concepts regarding cause and care. Current Sports Medicine Reports. 11 (3), 115-123 (2012).
