Ein präklinisches Modell des Belastungshitzeinschlags bei Mäusen

Summary

Das Protokoll beschreibt die Entwicklung eines standardisierten, wiederholbaren, präklinischen Modells des Belastungshitzschlags (EHS) bei Mäusen, die frei von nachteiligen äußeren Reizen wie Elektroschocks sind. Das Modell bietet eine Plattform für mechanistische, präventive und therapeutische Studien.

Abstract

Hitzschlag ist die schwerste Manifestation von hitzebedingten Erkrankungen. Klassischer Hitzschlag (CHS), auch bekannt als passiver Hitzschlag, tritt in Ruhe auf, während exertional hitzschlag (EHS) während körperlicher Aktivität auftritt. EHS unterscheidet sich von CHS in Ätiologie, klinischer Präsentation und Folgeerscheinungen von Multiorgan-Dysfunktion. Bis vor kurzem waren nur Modelle von CHS gut etabliert. Dieses Protokoll zielt darauf ab, Richtlinien für ein verfeinertes präklinisches Mausmodell von EHS bereitzustellen, das frei von wichtigen einschränkenden Faktoren wie der Verwendung von Anästhesie, Zurückhaltung, rektalen Sonden oder Elektrischem Schlag ist. Männliche und weibliche C57Bl/6-Mäuse, die mit telemetrischen Kerntemperatursonden (Tc) instrumentiert wurden, wurden in diesem Modell verwendet. Um sich mit dem Laufmodus vertraut zu machen, durchlaufen Mäuse ein 3-wöchiges Training mit freiwilligen und erzwungenen Laufrädern. Danach laufen Mäuse auf einem erzwungenen Rad in einer Klimakammer, die auf 37,5 °C und 40%-50% relative Luftfeuchtigkeit (RH) eingestellt ist, bis sie eine Symptombegrenzung (z. B. Bewusstlosigkeit) bei Tc von 42,1-42,5 °C zeigen, obwohl bei Kammertemperaturen zwischen 34,5-39,5 °C und einer Luftfeuchtigkeit zwischen 30%-90% geeignete Ergebnisse erzielt werden können. Abhängig von der gewünschten Schwere werden Mäuse sofort aus der Kammer entfernt, um sich bei Umgebungstemperatur zu erholen, oder bleiben länger in der beheizten Kammer, was zu einer schwereren Exposition und einer höheren Mortalitätsrate führt. Die Ergebnisse werden mit scheingepassten Übungskontrollen (EXC) und/oder naiven Kontrollen (NC) verglichen. Das Modell spiegelt viele der pathophysiologischen Ergebnisse wider, die bei menschlichen EHS beobachtet wurden, einschließlich Bewusstlosigkeit, schwerer Hyperthermie, Multiorganschäden sowie entzündlicher Zytokinfreisetzung und akuter Phasenreaktionen des Immunsystems. Dieses Modell ist ideal für die hypothesengetriebene Forschung, um präventive und therapeutische Strategien zu testen, die den Beginn von EHS verzögern oder den Multiorganschaden reduzieren können, der diese Manifestation charakterisiert.

Introduction

Hitzschlag ist gekennzeichnet durch dysfunktion des zentralen Nervensystems und nachfolgende Organschäden bei hyperthermen Probanden¹. Es gibt zwei Manifestationen von Hitzschlag. Der klassische Hitzschlag (CHS) betrifft vor allem ältere Bevölkerungsgruppen während Hitzewellen oder Kinder, die an heißen Sommertagen in sonnenexponierten Fahrzeugen zurückgelassen werden¹. Ein Belastungshitzschlag (EHS) tritt auf, wenn es nicht möglich ist, während körperlicher Anstrengung angemessen zu thermoregulieren, typischerweise, aber nicht immer, unter hohen Umgebungstemperaturen, was zu neurologischen Symptomen, Hyperthermie und anschließender Multiorganfunktionsstörung und^-schädigungführt 2 . EHS tritt bei Freizeit- und Spitzensportlern sowie Militärpersonal und bei Arbeitern mit und ohne gleichzeitige Dehydrierung^{auf 3,4}. Tatsächlich ist EHS die dritthäufigste Todesursache bei Sportlern bei körperlicher Aktivität⁵. Es ist äußerst schwierig, EHS beim Menschen zu untersuchen, da die Episode tödlich sein oder zu langfristigen negativen gesundheitlichen Folgen führen kann^6,7. Daher könnte ein zuverlässiges präklinisches Modell von EHS als wertvolles Instrument dienen, um die Einschränkungen retrospektiver und assoziativer klinischer Beobachtungen bei menschlichen EHS-Opfern zu überwinden. Präklinische Modelle von CHS bei Nagetieren und Schweinen wurden gut charakterisiert^8,9,10. Präklinische Modelle von CHS übersetzen sich jedoch aufgrund der einzigartigen Auswirkungen körperlicher Bewegung auf das thermoregulatorische Profil und die angeborene Immunantwort nicht direkt in die EHS-Pathophysiologie¹¹. Darüber hinaus stellten frühere Versuche, präklinische EHS-Modelle bei Nagetieren zu entwickeln, erhebliche Einschränkungen dar, darunter überlagerte Stressreize, die durch elektrischen Schlag induziert wurden, das Einsetzen einer rektalen Sonde und vordefinierte maximale Körperkerntemperaturen mit hohen^{Mortalitätsraten 12,13,14,15,16} die nicht mit den aktuellen epidemiologischen Daten übereinstimmen. Dies stellen erhebliche Einschränkungen dar, die die Dateninterpretation stören und unzuverlässige Biomarker-Indizes liefern können. Daher zielt das Protokoll darauf ab, die Schritte eines standardisierten, hochgradig wiederholbaren und übersetzbaren präklinischen Modells von EHS in Mäusen zu charakterisieren und zu beschreiben, das weitgehend frei von den oben genannten Einschränkungen ist. Anpassungen des Modells, die zu abgestuften physiologischen Ergebnissen von einem mittelschweren bis zu einem tödlichen Hitzschlag führen können, werden beschrieben. Nach Kenntnis der Autoren ist dies das einzige präklinische EHS-Modell mit solchen Eigenschaften, das es ermöglicht, relevante EHS-Forschung hypothesengetrieben zu betreiben^11,17,18.

Protocol

Alle Verfahren wurden von der University of Florida IACUC überprüft und genehmigt. C57BL/6J männliche oder weibliche Mäuse, ~4 Monate alt, mit einem Gewicht von 27-34 g bzw. 20-25 g, werden für die Studie verwendet. 1. Chirurgische Implantation des telemetrischen Temperaturüberwachungssystems Lassen Sie die Tiere bei der Ankunft vom Verkäufer mindestens 1 Woche vor der Operation im Vivarium ruhen, um den Transportstress zu minimieren. Gruppen beherbergen die Mäuse (…

Representative Results

Die typischen thermoregulatorischen Profile während der Gesamtheit des EHS-Protokolls und der frühen Wiederherstellung einer Maus sind in Abbildung 1Adargestellt. Dieses Profil umfasst vier verschiedene Phasen, die als Kammererwärmungsstufe, inkrementelle Übungsstufe, Steady-State-Übungsstufe und Erholungsphase entweder durch eine schnelle Abkühlung (R) oder eine schwere (S) Methode17definiert werden können. Zu den wichtigsten thermoregulatorischen Ergebnissen …

Discussion

Diese technische Überprüfung zielt darauf ab, Richtlinien für die Leistung eines präklinischen Modells von EHS bei Mäusen bereitzustellen. Detaillierte Schritte und Materialien, die für die Ausführung einer reproduzierbaren EHS-Episode mit unterschiedlichem Schweregrad erforderlich sind, werden bereitgestellt. Wichtig ist, dass das Modell weitgehend die Anzeichen, Symptome und Multiorganfunktionsstörungen nachahmt, die bei menschlichen EHS-Opfern beobachtet^{wurden 11,}<sup class="…

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.