Доклиническая модель теплового удара при физической нагрузке у мышей

Summary

Протокол описывает разработку стандартизированной, повторяемой, доклинической модели теплового удара при физической нагрузке (EHS) у мышей, свободных от неблагоприятных внешних раздражителей, таких как поражение электрическим током. Модель обеспечивает платформу для механистических, профилактических и терапевтических исследований.

Abstract

Тепловой удар является наиболее тяжелым проявлением заболеваний, связанных с жарой. Классический тепловой удар (CHS), также известный как пассивный тепловой удар, происходит в состоянии покоя, тогда как тепловой удар при физической нагрузке (EHS) происходит во время физической активности. EHS отличается от CHS этиологией, клинической картиной и последствиями полиорганной дисфункции. До недавнего времени хорошо зарекомендовали себя только модели CHS. Этот протокол направлен на предоставление руководящих принципов для уточненной доклинической мышиной модели EHS, которая свободна от основных ограничивающих факторов, таких как использование анестезии, сдерживания, ректальных зондов или поражения электрическим током. В этой модели использовались самцы и самки мышей C57Bl/6, оснащенные телеметрическими зондами температуры ядра (Tc). Для ознакомления с режимом бега мыши проходят 3 недели тренировок с использованием как добровольных, так и принудительных ходовых колес. После этого мыши бегут на принудительном колесе внутри климатической камеры, установленной при 37,5 °C и относительной влажности 40%-50% (RH) до проявления ограничения симптомов (например, потери сознания) при Tc 42,1-42,5 °C, хотя подходящие результаты могут быть получены при температуре камеры между 34,5-39,5 °C и влажностью между 30%-90%. В зависимости от желаемой тяжести мыши немедленно удаляются из камеры для восстановления температуры окружающей среды или остаются в нагретой камере в течение более длительного времени, вызывая более серьезное воздействие и более высокую частоту смертности. Результаты сравниваются с фиктивным контролем упражнений (EXC) и / или наивным контролем (NC). Модель отражает многие патофизиологические исходы, наблюдаемые при EHS человека, включая потерю сознания, тяжелую гипертермию, повреждение нескольких органов, а также воспалительное высвобождение цитокинов и реакции острой фазы иммунной системы. Эта модель идеально подходит для исследований, основанных на гипотезах, для проверки профилактических и терапевтических стратегий, которые могут задержать начало EHS или уменьшить повреждение нескольких органов, характеризующее это проявление.

Introduction

Тепловой удар характеризуется дисфункцией центральной нервной системы и последующим поражением органов у гипертермических субъектов^1. Выделяют два проявления теплового удара. Классический тепловой удар (CHS) поражает в основном пожилое население во время тепловых волн или детей, оставленных в автомобилях, подвергающихся воздействию солнца в жаркие летние^дни1. Тепловой удар при физической нагрузке (EHS) возникает, когда есть неспособность адекватно терморегулироваться во время физических нагрузок, как правило, но не всегда, при высоких температурах окружающей среды, что приводит к неврологическим симптомам, гипертермии и последующей полиорганной дисфункции и повреждению^2. EHS встречается у рекреационных и элитных спортсменов, а также военнослужащих и у рабочих с сопутствующим обезвоживанием и без него^3,4. Действительно, EHS является третьей по значимости причиной смертности у спортсменов во время физической активности^5. Чрезвычайно сложно изучать EHS у людей, так как эпизод может быть смертельным или привести к долгосрочным негативным последствиям для здоровья^6,7. Таким образом, надежная доклиническая модель EHS может служить ценным инструментом для преодоления ограничений ретроспективных и ассоциативных клинических наблюдений у жертв EHS человека. Доклинические модели CHS у грызунов и свиней были хорошо охарактеризованы^8,9,10. Однако доклинические модели CHS напрямую не переводятся в патофизиологию EHS из-за уникального воздействия физических упражнений на терморегуляторный профиль и врожденный иммунный ответ^11. Кроме того, предыдущие попытки разработать доклинические модели EHS у грызунов накладывали значительные ограничения, включая наложенные стрессовые стимулы, вызванные электрическим током, установку ректального зонда и предопределенные максимальные температуры тела с высокими показателями смертности^{12,13,14,15,16.} которые не соответствуют текущим эпидемиологическим данным. Они представляют собой значительные ограничения, которые могут запутать интерпретацию данных и обеспечить ненадежные индексы биомаркеров. Таким образом, протокол направлен на характеристику и описание этапов стандартизированной, высоковоспроизводимой и транслируемой доклинической модели EHS у мышей, которая в значительной степени свободна от ограничений, упомянутых выше. Описаны корректировки модели, которые могут привести к дифференцированным физиологическим исходам от умеренного до смертельного теплового удара. Насколько известно авторам, это единственная доклиническая модель EHS с такими характеристиками, позволяющая проводить соответствующие исследования EHS на основе гипотез^11,17,18.

Protocol

Все процедуры были рассмотрены и одобрены Университетом Флориды IACUC. Для исследования используются самцы или самки мышей C57BL/6J, возрастом ~4 месяца, весом в диапазоне 27-34 г и 20-25 г соответственно. 1. Хирургическая имплантация телеметрической системы контроля температуры <ol…

Representative Results

Типичные профили терморегуляции в течение всего протокола EHS и раннего восстановления мыши проиллюстрированы на рисунке 1A. Этот профиль содержит четыре различные фазы, которые могут быть определены как стадия нагрева камеры, стадия инкрементного упражнения, стадия ст?…

Discussion

Этот технический обзор направлен на предоставление рекомендаций по производительности доклинической модели EHS у мышей. Приведены подробные шаги и материалы, необходимые для выполнения воспроизводимого эпизода EHS различной степени тяжести. Важно отметить, что модель в значительной ст…

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.