Un modello preclinico di colpo di calore da sforzo nei topi

Summary

Il protocollo descrive lo sviluppo di un modello standardizzato, ripetibile, preclinico di colpo di calore da sforzo (EHS) in topi privi di stimoli esterni avversi come scosse elettriche. Il modello fornisce una piattaforma per studi meccanicistici, preventivi e terapeutici.

Abstract

Il colpo di calore è la manifestazione più grave delle malattie legate al calore. Il colpo di calore classico (CHS), noto anche come colpo di calore passivo, si verifica a riposo, mentre il colpo di calore da sforzo (EHS) si verifica durante l’attività fisica. L’EHS differisce dalla CHS in eziologia, presentazione clinica e sequele di disfunzione multiorgano. Fino a poco tempo fa, solo i modelli di CHS sono stati ben consolidati. Questo protocollo mira a fornire linee guida per un raffinato modello murino preclinico di EHS che sia privo di importanti fattori limitanti come l’uso di anestesia, contenimento, sonde rettali o scosse elettriche. In questo modello sono stati utilizzati topi C57Bl/6 maschi e femmine, strumentati con sonde telemetriche di temperatura interna (Tc). Per familiarizzare con la modalità di corsa, i topi si sottopongono a 3 settimane di allenamento utilizzando ruote da corsa sia volontarie che forzate. Successivamente, i topi corrono su una ruota forzata all’interno di una camera climatica impostata a 37,5 °C e 40%-50% di umidità relativa (RH) fino a mostrare una limitazione dei sintomi (ad esempio, perdita di coscienza) a Tc di 42,1-42,5 °C, sebbene si possano ottenere risultati adeguati a temperature della camera comprese tra 34,5-39,5 °C e umidità tra il 30% e il 90%. A seconda della gravità desiderata, i topi vengono rimossi immediatamente dalla camera per il recupero a temperatura ambiente o rimangono nella camera riscaldata per una durata più lunga, inducendo un’esposizione più grave e una maggiore incidenza di mortalità. I risultati vengono confrontati con controlli di esercizio fittizi (EXC) e /o controlli ingenui (NC). Il modello rispecchia molti dei risultati fisiopatologici osservati nell’EHS umano, tra cui perdita di coscienza, grave ipertermia, danno multiorgano e rilascio di citochine infiammatorie e risposte di fase acuta del sistema immunitario. Questo modello è ideale per la ricerca basata su ipotesi per testare strategie preventive e terapeutiche che possono ritardare l’insorgenza di EHS o ridurre il danno multi-organo che caratterizza questa manifestazione.

Introduction

Il colpo di calore è caratterizzato da disfunzione del sistema nervoso centrale e successivo danno d’organo in soggetti ipertermici¹. Ci sono due manifestazioni di colpo di calore. Il colpo di calore classico (CHS) colpisce soprattutto le popolazioni anziane durante le ondate di calore o i bambini lasciati in veicoli esposti al sole durante le calde giornate^{estive 1}. Il colpo di calore da sforzo (EHS) si verifica quando vi è un’incapacità di termoregolarsi adeguatamente durante lo sforzo fisico, tipicamente, ma non sempre, a temperature ambiente elevate con conseguenti sintomi neurologici, ipertermia e successiva disfunzione e danno multiorgano². L’EHS si verifica negli atleti ricreativi e d’élite, nonché nel personale militare e nei lavoratori con e senza disidratazione concomitante^3,4. Infatti, l’EHS è la terza causa di mortalità negli atleti durante l’attività fisica⁵. È estremamente difficile studiare l’EHS negli esseri umani in quanto l’episodio può essere letale o portare a esiti negativi sulla salute a lungo termine^6,7. Pertanto, un modello preclinico affidabile di EHS potrebbe servire come strumento prezioso per superare i limiti delle osservazioni cliniche retrospettive e associative nelle vittime di EHS umane. I modelli preclinici di CHS in roditori e suini sono stati ben caratterizzati^8,9,10. Tuttavia, i modelli preclinici di CHS non si traducono direttamente in fisiopatologia EHS a causa degli effetti unici dell’esercizio fisico sul profilo termoregolatore e sulla risposta immunitaria innata¹¹. Inoltre, i precedenti tentativi di sviluppare modelli EHS preclinici nei roditori hanno posto restrizioni significative, tra cui stimoli di stress sovrapposti indotti da scosse elettriche, inserimento di una sonda rettale e temperature corporee interne massime predefinite con alti tassi di mortalità^{12,13,14,15,16} che non corrispondono ai dati epidemiologici attuali. Questi rappresentano limitazioni significative che possono confondere l’interpretazione dei dati e fornire indici di biomarcatori inaffidabili. Pertanto, il protocollo mira a caratterizzare e descrivere i passaggi di un modello preclinico standardizzato, altamente ripetibile e traducibile di EHS nei topi che è in gran parte privo delle limitazioni sopra menzionate. Vengono descritti gli aggiustamenti al modello che possono portare a esiti fisiologici graduali da colpo di calore moderato a fatale. Per quanto a conoscenza degli autori, questo è l’unico modello preclinico di EHS con tali caratteristiche, che consente di perseguire la ricerca EHS pertinente in modo basato su ipotesi^11,17,18.

Protocol

Tutte le procedure sono state riviste e approvate dalla IACUC dell’Università della Florida. Per lo studio vengono utilizzati topi maschi o femmine C57BL / 6J, di età compresa tra ~ 4 mesi, di peso compreso tra 27-34 g e 20-25 g, rispettivamente. 1. Impianto chirurgico del sistema di monitoraggio telemetrico della temperatura All’arrivo dal venditore, consentire agli animali di riposare nel vivaio per almeno 1 settimana prima dell’intervento chirurgico per ridurre al minimo lo stre…

Representative Results

I tipici profili termoregolatori durante l’intero protocollo EHS e il recupero precoce di un topo sono illustrati nella Figura 1A. Questo profilo comprende quattro fasi distinte che possono essere definite come la fase di riscaldamento della camera, la fase di esercizio incrementale, la fase di esercizio allo stato stazionario e una fase di recupero mediante un metodo di raffreddamento rapido (R) o severo (S)17. I principali risultati termoregolatori includono il mass…

Discussion

Questa revisione tecnica mira a fornire linee guida per le prestazioni di un modello preclinico di EHS nei topi. Vengono forniti passaggi dettagliati e materiali necessari per l’esecuzione di un episodio EHS riproducibile di gravità variabile. È importante sottolineare che il modello imita in gran parte i segni, i sintomi e la disfunzione multiorgano osservati nelle vittime umane di EHS^11,19. Inoltre, questo modello consente di esaminare il meccanismo alla base…

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.