Denne artikkelen beskriver to metoder for kort varighet av hele kroppen hypotermi induksjon hos rotter. Den første, raske induksjonsmetoden bruker aktiv kjøling ved hjelp av vifter og etanolspray for en rask temperaturreduksjon. Den andre metoden er en gradvis kjølemetode. Dette oppnås ved hjelp av kombinasjonen av isofluranbedøvelse og reduksjon av temperaturinnstillinger på den homeothermic varmematten. Dette resulterer i en gradvis reduksjon i kjernetemperaturen uten bruk av eksterne kjøleenheter.
Terapeutisk hypotermi (TH) er en kraftig nevrobeskyttende strategi som har gitt robuste bevis for nevrobeskyttelse i prekliniske studier av nevrologiske lidelser. Til tross for sterke prekliniske bevis, har TH ikke vist effekt i kliniske studier av de fleste nevrologiske lidelser. De eneste vellykkede studiene med terapeutisk hypotermi var relatert til hjertestans hos voksne og hypoksisk iskemisk skade hos nyfødte. Videre undersøkelser av parametrene for bruken, og studiedesignsammenligninger mellom prekliniske og kliniske studier, er berettiget. Denne artikkelen demonstrerer to metoder for kort varighet hypotermi induksjon. Den første metoden gir mulighet for rask hypotermiinduksjon hos rotter ved hjelp av etanolspray og vifter. Denne metoden fungerer ved å kjøle huden, som har vært mindre vanlig brukt i kliniske studier og kan ha forskjellige fysiologiske effekter. Kjøling er mye raskere med denne teknikken enn det som kan oppnås hos menneskelige pasienter på grunn av forskjeller i overflateareal til volumforhold. Sammen med dette presenteres også en annen metode, noe som gir en klinisk oppnåelig kjølehastighet for kortvarighetshypotese. Denne metoden er enkel å implementere, reproduserbar og krever ikke aktiv hudkjøling.
TH er praksisen med kjølelegeme eller hjernetemperatur for å bevare organets/systemets levedyktighet og funksjon1,2. Hypotermiens rolle i nevrobeskyttelse har blitt undersøkt og har vist fordeler i en rekke prekliniske modeller av nevrologiske sykdommer som hjerneslag3, subarachnoid blødning4, og traumatisk hjerneskade5. Når det gjelder kliniske anvendelser, har TH vist effekt hos pasienter etter hjertestans og i neonatal hypoksisk-iskemisk skade6.
TH-induksjon oppnås ved hjelp av enten overflate- eller endovaskulære kjølemetoder. De fleste prekliniske hypotermistudier utfører overflatekjøling ved å påføre vann eller etanol på dyrets pels, eller ved å bruke et kjøleteppe for å oppnå måltemperatur1. Hos mennesker oppnås systemisk overflatekjøling ved hjelp av ispakker og kjøletepper7,8. Raskere kjøling har vist seg hos pasienter som bruker endovaskulære metoder, som kombinerer en induksjonsinfusjon av kald saltvann gjennom et intravenøst eller intraarteralt kateter, med plassering av en endovaskulær kjøleenhet i den dårligere vena cava9,10. For eksempel kan en moderat måltemperatur på 33 °C nås i 1,5 timer med endovaskulær kjøling sammenlignet med 3-4 timer med overflatekjøling hos pasienter11. Den endovaskulære tilnærmingen har også blitt mer populær de siste årene fordi det har blitt rapportert å redusere noen av bivirkningene sett i systemisk overflatekjøling, for eksempel skjelving12,13. Den europeiske multisenter, randomiserte fase III kliniske studien av hypotermi for iskemisk slag (EUROHYP-1) brukes for det meste overflatekjøling14. Resultater som nylig ble publisert fra denne studien viste at skjelving var en stor komplikasjon og kan ha begrenset evnen til å oppnå måltemperaturen10. Den skjelvende responsen er kjent for å være primært drevet av hudtemperatur. Noen anstrengelser har blitt gjort for å utvikle en gnager endovaskulær kjølemetode15, men teknikkens svært invasive natur sammenlignet med den som brukes hos mennesker, risikerer å forvirre eventuelle resultater oppnådd fra den modellen.
Temperatur er nøkkelen modulator av biologiske prosesser i kroppen og er tett regulert av homeostase. Derfor kan enhver manipulering av kroppstemperaturen ha forbundet risiko. Kjølevarighet er en faktor som kan ha begrenset suksessen til hypotermi kliniske studier. Disse studiene bruker en langvarig kjølemetode, med mange opprettholdende hypotermi fra 24-72 h11. Denne forlengede varigheten utgjør en risiko for infeksjon under kjøleprotokollen. Lungebetennelse er den vanligste komplikasjonen fra hypotermi, som påvirker mellom 40-50% av pasientene som gjennomgår prosedyren13. Dette er i motsetning til det som normalt ses i dyrestudier av hypotermi der et kortvarig paradigme brukes (1-6 h)3. Suksessen til disse prekliniske dyrestudiene vil sannsynligvis resultere i tilpasning av kortvarig hypotermi for bruk i kliniske studier. Som et resultat er det nødvendig å ha en dyremodell med kort varighet hypotermi som ligner kjølehastighetene til fremtidige kliniske studier. Ytterligere detaljer om andre temperaturparametere og gyldigheten av kortvarighetshypotese har blitt diskutert i flere gjennomgangsartikler1,16,17,18.
Demonstrert her er en gradvis modell for kjøling som er mer klinisk oppnåelig enn dagens eksperimentelle hypotermimodeller. Denne nye metoden har en mye langsommere kjølehastighet, og derfor er tiden for å målrette temperaturen nærmere rekkevidden til de som er sett i kliniske studier av hypotermi11. Det unngår også direkte overflatekjøling, som har spesifikke fysiologiske effekter, og kan derfor være mer sammenlignbar med endovaskulær kjøling, som har vært den mest brukte kjølemetoden i kliniske studier9,12. Denne modellen gjør at dyr kan avkjøles gradvis over 2 timer etterfulgt av en kort periode med vedlikehold ved måltemperatur. I tillegg er den raske kjøling kortvarighetshypotesemetoden19 også demonstrert. Den raske kjølemetoden gjør at måltemperaturen kan oppnås raskt etter hypotermi utbruddet. Selv om denne tilnærmingen ikke er så klinisk relevant som den gradvise kjølemetoden, er den nyttig for studier som tar sikte på å utforske mekanismene for hypotermi nevrobeskyttelse for potensielt å etterligne sine kraftige nevrobeskyttende effekter farmakologisk. Denne metoden har også potensielle anvendelser utenfor nevrovitenskap og kan tilpasses et hvilket som helst antall prekliniske studier. En annen fordel med begge metodene sammenlignet med andre tilnærminger er at de er billige og ikke krever spesialutstyr. Til slutt demonstrerer denne protokollen også implantasjon av temperaturdataloggere, siden postoperativ oppvarming og overvåking derav er viktig for å forhindre utilsiktet postoperativ hypotermi, med potensial til å forvirre studieresultater20.
Prosedyrene beskrevet her er lett implementert, ikke-invasive, og gir pålitelige og reproduserbare reduksjoner i kjerne kroppstemperatur til ønsket måltemperatur.
Det er flere kritiske trinn i den raske kjølemetoden som inkluderer følgende. Ikke overmettet etanolspray – det må tas hensyn til ikke å suge dyret i etanol, da dette vil forstyrre resultatene. Overvåk dyret under hypotermi induksjon- forsiktighet må tas for å nøye overvåke dyrets respons på rask hypotermi induksjon. En nøye klokke med rektal temperatur er viktig for å sikre at temperaturen ikke går under ønsket mål – hvis dette skjer, slå av viftene og la varmelampen forsiktig omvarme dyret tilbake til ønsket mål.
I begge metodene er fysiologisk overvåking viktig for å sikre riktig justering av bedøvelsesdosen. Ved langvarig kjøling kan utilstrekkelig bedøvelsesdose forlenge kjølevarigheten. I dette tilfellet kan isoflurankonsentrasjonen økes til en tilstrekkelig kjølehastighet oppnås. Et annet kritisk trinn er krysskalibrering av temperaturenheter. Når du bruker en temperatursonde regulert varmematte og en datalogger i samme eksperiment, er det best å krysskalibrere dataloggeren med rektal sonde, in vivo, siden det kan være mindre variasjoner i den registrerte temperaturen på de to enhetene.
Disse metodene er egnet for studier som ønsker å utforske bruken av hypotermi som en potensiell behandling for nevrologiske lidelser. Det spesifikke målet med studien bør diktere hvilken metode som brukes. Begge metodene kan klassifiseres som systemisk overflatekjøling, men den andre metoden krever ingen aktiv kjøling. Den gradvise kjølemodellen beskrevet ovenfor har viktige potensielle anvendelser for bruk av hypotermi i iskemisk slagbehandling. Langvarig hypotermi og deres resulterende komplikasjoner utgjør en utfordring for eldre slagpasienter. Videre gjør den skjelvende responsen det vanskelig å oppnå måltemperatur hos noen pasienter10. Mens anti-skjelvende medisinering kan bidra til å redusere den skjelvende responsen, kan gradvis kjøling med kort varighet mer effektivt forbedre problemet. Å ha en kortere kjøleperiode vil også sannsynligvis redusere forekomsten av lungebetennelse som ofte rapporteres i studier. En annen potensiell fordel med denne kortvarige metoden er at hastigheten på omflytting kanskje ikke er like viktig sammenlignet med langvarig kjøling. Svært tidlige kliniske studier av langvarig kjøling hos slagpasienter med store infarkter fant at rask tilbakegang førte til store økninger i intrakranielt trykk (ICP), noe som forverret utfallet og ofte var dødelig. Dette førte til utviklingen av gradvise rewarwarming paradigmer, noe som ytterligere utvidet den totale varigheten av kjøling. Kjøling med kort varighet opprettholder bare måltemperaturen i en kort periode og kan mindre sannsynlig føre til rebound ICP. Tidligere arbeid som har undersøkt hypotermibehandling for ICP-høyde, ved hjelp av en lignende rask kjøle- og omflyttingsprotokoll som de som er beskrevet her, har ikke vist noen rebound ICP-høyde etter omflytting23,24.
Kliniske studier av hypotermi for iskemisk slagbehandling har ikke vært i stand til å oversette fordelene med hypotermi som rapporteres i eksperimentelle studier. Uoverensstemmelsen i kjølehastigheter og varighet mellom eksperimentelle modeller og pasienter er viktige variabler som kan utgjøre dette avviket. Å ha en eksperimentell modell av hypotermi som bedre ligner den kliniske kjølehastigheten, vil tillate en mer informert undersøkelse av fordelene med hypotermi som et behandlingstiltak for slagpasienter.
The authors have nothing to disclose.
Dette prosjektet ble finansiert av 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) Australia.
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 |