Un modelo preclínico de golpe de calor por esfuerzo en ratones

Summary

El protocolo describe el desarrollo de un modelo preclínico estandarizado, repetible y de golpe de calor por esfuerzo (EHS) en ratones libres de estímulos externos adversos como la descarga eléctrica. El modelo proporciona una plataforma para estudios mecanicistas, preventivos y terapéuticos.

Abstract

El golpe de calor es la manifestación más grave de las enfermedades relacionadas con el calor. El golpe de calor clásico (CHS), también conocido como golpe de calor pasivo, ocurre en reposo, mientras que el golpe de calor por esfuerzo (EHS) ocurre durante la actividad física. EhS difiere de CHS en etiología, presentación clínica y secuelas de disfunción multiorgánica. Hasta hace poco, solo los modelos de CHS han sido bien establecidos. Este protocolo tiene como objetivo proporcionar pautas para un modelo de ratón preclínico refinado de EHS que esté libre de factores limitantes importantes como el uso de anestesia, restricción, sondas rectales o descargas eléctricas. En este modelo se utilizaron ratones machos y hembras C57Bl/6, instrumentados con sondas telemétricas de temperatura central (Tc). Para familiarizarse con el modo de carrera, los ratones se someten a 3 semanas de entrenamiento utilizando ruedas de carrera voluntarias y forzadas. A partir de entonces, los ratones corren en una rueda forzada dentro de una cámara climática establecida a 37.5 ° C y 40% -50% de humedad relativa (HR) hasta mostrar limitación de síntomas (por ejemplo, pérdida de conciencia) a Tc de 42.1-42.5 ° C, aunque se pueden obtener resultados adecuados a temperaturas de cámara entre 34.5-39.5 ° C y humedad entre 30% -90%. Dependiendo de la gravedad deseada, los ratones se retiran de la cámara inmediatamente para su recuperación a temperatura ambiente o permanecen en la cámara calentada durante más tiempo, lo que induce una exposición más grave y una mayor incidencia de mortalidad. Los resultados se comparan con los controles de ejercicio simulados (EXC) y/o los controles ingenuos (NC). El modelo refleja muchos de los resultados fisiopatológicos observados en el EHS humano, incluida la pérdida de conciencia, la hipertermia grave, el daño multiorgánico, así como la liberación de citoquinas inflamatorias y las respuestas de fase aguda del sistema inmunológico. Este modelo es ideal para la investigación basada en hipótesis para probar estrategias preventivas y terapéuticas que pueden retrasar la aparición de EHS o reducir el daño multiorgánico que caracteriza esta manifestación.

Introduction

El golpe de calor se caracteriza por disfunción del sistema nervioso central y daño subsiguiente de los órganos en sujetos hipertérmicos¹. Hay dos manifestaciones de golpe de calor. El golpe de calor clásico (CHS) afecta principalmente a las poblaciones de edad avanzada durante las olas de calor o a los niños abandonados en vehículos expuestos al sol durante los calurosos días de verano¹. El golpe de calor por esfuerzo (EHS) ocurre cuando hay una incapacidad para termorregular adecuadamente durante el esfuerzo físico, típicamente, pero no siempre, bajo altas temperaturas ambientales que resultan en síntomas neurológicos, hipertermia y posterior disfunción y daño multiorgánico². EhS ocurre en atletas recreativos y de élite, así como en personal militar y en trabajadores con y sin deshidratación concomitante^3,4. De hecho, ehS es la tercera causa de mortalidad en atletas durante la actividad física⁵. Es extremadamente difícil estudiar ehS en humanos, ya que el episodio puede ser letal o conducir a resultados de salud negativos a largo plazo^6,7. Por lo tanto, un modelo preclínico confiable de EHS podría servir como una herramienta valiosa para superar las limitaciones de las observaciones clínicas retrospectivas y asociativas en víctimas humanas de EHS. Los modelos preclínicos de CHS en roedores y cerdos han sido bien caracterizados^8,9,10. Sin embargo, los modelos preclínicos de CHS no se traducen directamente en fisiopatología de EHS debido a los efectos únicos del ejercicio físico sobre el perfil termorregulador y la respuesta inmune innata¹¹. Además, los intentos anteriores de desarrollar modelos preclínicos de EHS en roedores plantearon restricciones significativas, incluidos estímulos de estrés superpuestos inducidos por descarga eléctrica, inserción de una sonda rectal y temperaturas corporales centrales máximas predefinidas con altas tasas de mortalidad^{12,13,14,15,16} que no coinciden con los datos epidemiológicos actuales. Estos representan limitaciones significativas que pueden confundir la interpretación de los datos y proporcionar índices de biomarcadores poco confiables. Por lo tanto, el protocolo tiene como objetivo caracterizar y describir los pasos de un modelo preclínico estandarizado, altamente repetible y traducible de EHS en ratones que está en gran medida libre de las limitaciones mencionadas anteriormente. Se describen los ajustes al modelo que pueden resultar en resultados fisiológicos graduales de golpe de calor moderado a fatal. Según el conocimiento de los autores, este es el único modelo preclínico de EHS con tales características, lo que permite llevar a cabo investigaciones relevantes de EHS de una manera basada en hipótesis^11,17,18.

Protocol

Todos los procedimientos han sido revisados y aprobados por la Universidad de Florida IACUC. Para el estudio se utilizan ratones machos o hembras C57BL / 6J, de ~ 4 meses de edad, con un peso dentro de un rango de 27-34 g y 20-25 g, respectivamente. 1. Implantación quirúrgica del sistema telemétrico de monitorización de temperatura A su llegada del vendedor, permita que los animales descansen en el vivero durante al menos 1 semana antes de la cirugía para minimizar el estrés de…

Representative Results

Los perfiles termorreguladores típicos durante la totalidad del protocolo EHS y la recuperación temprana de un ratón se ilustran en la Figura 1A. Este perfil comprende cuatro fases distintas que se pueden definir como la etapa de calentamiento de la cámara, la etapa de ejercicio incremental, la etapa de ejercicio en estado estacionario y una etapa de recuperación mediante un método de enfriamiento rápido (R) o severo (S)17. Los principales resultados termorregu…

Discussion

Esta revisión técnica tiene como objetivo proporcionar pautas para el rendimiento de un modelo preclínico de EHS en ratones. Se proporcionan pasos detallados y materiales necesarios para la ejecución de un episodio de EHS reproducible de gravedad variable. Es importante destacar que el modelo imita en gran medida los signos, síntomas y disfunción multiorgánica observados en víctimas humanas de EHS^11,19. Además, este modelo permite examinar el mecanismo s…

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.