Solunum Yolu Aşırı Düşük Sıcaklıkta Hava Soluma için Bir Fare Modeli Oluşturma

Özet

Soğuk çevresel stimülasyon, çeşitli kronik hastalıkların gelişiminde rol oynamaktadır. Bu nedenle, klinik öncesi araştırmalar için hayvan modelleri oluşturmak çok önemlidir. Bu sistem, patojenik mekanizmalarla ilgili temel araştırma gereksinimlerini karşılayan bir uyaran modeli oluşturan bir cihaz sunarak bu ihtiyacı karşılamaktadır.

Özet

Şu anda, soğuk çevresel stimülasyon için bir fare modeli oluşturmak, soğuk ısı plakaları ve giyilebilir soğutma cihazları kullanmaktadır. Bu yöntemler, fare derisinin veya nöral devrelerin soğuk stimülasyona tepkilerini ve düzenleyici etkilerini incelemek için gereksinimleri kısmen karşılayabilir. Çok sayıda klinik çalışma, düşük sıcaklıktaki ortamlara maruz kalma ile çeşitli hastalıkların gelişimi arasındaki ilişkiyi doğrulamıştır. Son zamanlarda, organlar ve dokular arasında sürekli bilgi alışverişine artan bir vurgu var ve bu da insan vücudunda uzun süredir devam eden sorunların ele alınmasına yeni bir bakış açısı sağlıyor. Bununla birlikte, mevcut tesisler soğuk havayı soluyan fareler için bir model oluşturamamaktadır.

Fareleri soğuk bir ortama yerleştirmek çekici görünse de, önemli sınırlamaları vardır. Fareler soğuk havayı solurken, derileri de soğuk ortam tarafından uyarılır, bu da ortaya çıkan patolojik değişikliklerin uzak organların etkileşimi yoluyla akciğer stimülasyonundan mı yoksa cilt reseptörleri ve nöral sinyal iletiminden mi kaynaklandığını belirsiz hale getirir. Bu, ilgili araştırmalarda önemli bir kafa karışıklığı yaratır. Bu şema, aşırı soğuk hava soluma stimülasyonu için bir fare modeli oluşturmak için yeni bir yaklaşım sunmaktadır. Bu cihaz, farelerin vücutları normal bir sıcaklıkta kalırken son derece düşük sıcaklıktaki gazları solumalarına izin verir. Aşırı ortam sıcaklıklarının fareler üzerindeki uyarıcı etkilerinin simülasyonunu en üst düzeye çıkarır ve aşırı çevresel sıcaklıklar ile ilgili hastalıklar arasındaki ilişkiyi incelemek için araştırma ihtiyaçlarını karşılar.

Giriş

Bu yöntem öncelikle, non-invaziv, standartlaştırılmış, kararlı ve toplu yarı iletken bir soğutma sıcaklığı geri besleme cihazı kullanan farelerde son derece düşük sıcaklıkta bir hava stimülasyon modeli sağlar. Düşük sıcaklıklarla ilgili klinik deneyler, çeşitli hastalıkların insidansı ve prognozu ile yakın bir ilişki olduğunu doğrulamıştır. Çin'deki 272 büyük şehri kapsayan bir zaman serisi çalışması, toplam 1.826.186 kaza dışı ölüm vakası elde etti. Sıcaklık ve ölüm oranı arasındaki ilişki, sürekli olarak ters J şeklinde bir eğriyi gösterir ve soğuğa bağlı yüksek ölüm oranlarının fazı diğer sıcaklıklardan önemli ölçüde daha uzundur. Bu, düşük sıcaklıkların inme ve kardiyovasküler hastalıklar üzerindeki etkisinin soğuk faz için sınırsız olduğunu göstermektedir; Soğuk faz azaldıktan sonraki bir süre boyunca devam eden bir etki vardır.

Kaza dışı ölümlerin %14,33'ü çevresel sıcaklık faktörlerine bağlanabilirken, orta derecede soğuk (-1,4 ila 22,8 °C) ve aşırı soğuk (-6,4 ila -1,4 °C) sırasıyla %10,49 ve %1,14'tür. Ölüm nedenleri arasında %17,48 ile kardiyovasküler ve serebrovasküler hastalıklar, %18,76 ile koroner kalp hastalığı, %14,09 ile iskemik inme, %18,10 ile hemorajik inme, %10,57 ile solunum sistemi hastalıkları ve %12,57 ile kronik obstrüktif akciğer hastalığı yer ^almaktadır1. Çin'de, inme ile ilgili epidemiyolojik çalışmalar, kuzeyden güneye^doğru net bir gradyan olduğunu göstermektedir 2. Kuzeydoğu Çin'in soğuk ikliminde, inme prevalansı güney bölgesine göre 2.36 kat daha yüksektir³. Önemli araştırmalar, düşük sıcaklıktaki ortamların mortalite oranları ve inme insidansı üzerindeki doğrudan etkisini doğrulamıştır ^4,5,6. Sonuç olarak, önemli iklim sıcaklığı farklılıkları, göz ardı edilemeyecek bir çevresel faktörü temsil etmektedir.

Düşük sıcaklıktaki ortamlar ile artan inme oranları ve kalp problemleri arasındaki ilişkiyi açıklayan etkili bilimsel akıl yürütme eksikliği bir araştırma konusu olmaya devam etmektedir. Geleneksel bilgelik, soğuk sıcaklıkların cilt tahrişi ve sempatik uyarılma^yoluyla kan basıncını artırabileceğini öne sürerken7, bireyler tipik olarak kendilerini izole etmek ve soğuk koşullara tepki olarak vücut ısısı dengesini korumak için önlemler alırlar. Modern insanlar, soğuğa maruz kaldıklarında, birincil savunma mekanizması olarak cilt yerine solunum sistemlerine güvenirler. Kalın giysiler cildi dış soğuktan koruyabilirken, soğuk havanın solunum yollarına solunmasını engelleyemez, bu da trakea ve alveolleri yoğun soğuk uyarımına maruz bırakır. Düşük sıcaklık stimülasyonu için hayvan modelleri oluşturmak için mevcut yöntemler temel olarak iki yöne ayrılmıştır. İlk olarak, çok sayıda çalışma, fare derisinin düşük sıcaklık stimülasyonuna tepkisini ve düzenleyici mekanizmalarını keşfetmeye odaklanmıştır. Bir yöntem, soğuk uyaranlara yanıt olarak vücut ısısı düzenlemesinin ve kaçınma davranışının spesifik düzenleyici mekanizmalarını araştırmak için fareleri sıcaklık değişikliklerini (4-25°C) kontrol edebilen bir plakaya yerleştirmeyi içerir ^8,9. Diğer çalışmalar, vücut ısısının düzenlenmesinde nöral devrelerin rolünü araştırmak için farelerin sırtına soğutma cihazları yerleştirmiştir¹⁰.

Tersine, birkaç çalışma fareleri değişken sıcaklıklara (4-30 ° C) sahip küçük odalara yerleştirmiştir. Lal ve meslektaşları ve Qian ve arkadaşları tarafından yapılan araştırmalar, soğuğa bağlı beslenme davranışının nöroendokrin kontrolünü düzenleyen nöral devreyi keşfetmek için bir fare soğuk stimülasyon modeli oluşturmak için bu yöntemi kullandılar^11,12. Bununla birlikte, bahsedilen iki yöntemin sınırlamaları vardır. İlk olarak, en düşük sıcaklık 4 °C'dir ve bu, aşırı düşük sıcaklıktaki hava stimülasyonunu simüle etmek için yetersizdir. Bu yöntem, cilt ve sinir devrelerinin soğuk ortam üzerindeki düzenleyici etkilerini dışlayamaz. Birincil hava değişim bölgesi olan akciğerler aynı zamanda soğuğa duyarlı nöronların yoğunlaştığı organlardır^13,14. Soğuğa duyarlı nöronların çeşitli hastalıklardaki düzenleyici rolü de birçok araştırmacı tarafından doğrulanmıştır 15,16,17. Sonuç olarak, bir solunum yolu düşük sıcaklıklı hayvan modelini istikrarlı, kitlesel ve normatif olarak inşa etmek için acilen bir yönteme ihtiyaç vardır. Aşırı düşük sıcaklıktaki hava stimülasyonu altında çeşitli kronik hastalıklarda akciğerlerin ve soğuğa duyarlı nöronların düzenleyici rolünü anlamak, soğuk bölgelerde inme, koroner kalp hastalığı ve solunum sistemi hastalıklarının önlenmesi ve tedavisi için teorik bir temel sağlamak için gereklidir. Ekibimiz, son iki yılda düşük sıcaklıklı bir cihaz inşa ederek bu kritik boşluğu ele aldı. Bu cihaz, tekrarlanabilirlik, pratiklik, basit yapı ve düşük maliyet ile karakterize edilir ve bu da onu bu tür çalışmalar için uygun hale getirir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protokol

Deney Hayvanları Etik Kurulu, Harbin Tıp Üniversitesi Birinci Bağlı Hastanesi'nde hayvan deneklerle ilgili tüm prosedürleri onaylamıştır.

1. Cihazın montajı

NOT: Cihaz bileşenleri için Şekil 1'e bakın.

1. İki set pirinç kabuğu iki set yarı iletken soğutma çipine sabitlemek için metal konektörler kullanın. Pirinç kabuk ile yarı iletken soğutma çipi arasına termal olarak iletken silikon gres sürün.
2. Pirinç kabuk ile yarı iletken soğutma çipi arasına termal gres sürün.
3. Aşağıdaki yarı iletken soğutma parçasının her birine iki fan grubu bağlayın. Pirinç kabuk, fan, yarı iletken soğutma çipi ve termal olarak iletken silikon gresin eksiksiz bir ünite olarak güvenli bir şekilde bağlandığından emin olun.
4. Cihazı bir bütün olarak gaz toplama kavanozuna ve yuvaların iki kapak plakasına yerleştirin.
5. Plakaları gaz toplama kavanozunun üstüne ve altına yerleştirin.
6. Su giriş borusunu ve su çıkış borularını sırasıyla pirinç kabuğun su girişine ve çıkışına bağlayın.
7. Gaz toplama kavanozunun üstüne ve altına borularla dört grup pirinç kabuk bağlayın.
8. Su pompasını su giriş borusuna bağlayın.
9. Su çıkış borusunu sarnıca yerleştirin.
10. Dört set yarı iletken soğutucu ve su pompasını iki set güç kaynağına (12 V ve 40 A) bağlayın.

2. Hayvanın deney için hazırlanması

NOT: Bu deneyler için 4 haftalık bir C57Bl/6 erkek fare kullandık. Model hazırlığından önce farenin 3-5 gün boyunca fiksatöre uyum sağlamasına izin verilmesi önerilir. Deney ortamı oda sıcaklığında olmalı ve tüm deney boyunca gürültüyü önlemek için sessiz tutulmalıdır.

1. Fareyi fiksatöre sabitleyin: Fareyi, farenin burnunun ön kısmını fiksatörün açıklığına yerleştirerek fiksatöre yerleştirin. Fiksatörün arka kısmını doldurmak ve sabitlemek için uygun bir sünger tapa kullanın ve havalandırma delikleri olduğundan emin olun. Ardından, fare sabitleyiciyi gaz toplama kavanozunun silindirik yuvasına yerleştirin (Şekil 1D).

3. Deneysel işlem akışı

1. Buzlu su karışımı hazırlayın ve sarnıcın içine yerleştirin.
   NOT: Bu adım için, karışımın deney boyunca zamanında eklendiğinden emin olmak için buzlu su karışımının su seviyesinin pompadan daha yüksek olduğundan emin olun. Oda sıcaklığında su kullanılması önerilmez
2. Su pompasını buzlu su karışımının içine yerleştirin ve çıkış hortumunun suya daldırıldığından emin olun.
3. Sıcaklık sensörü probunu gaz toplama kavanozunun sıcaklık ölçüm deliğine yerleştirin.
4. Su pompasını güç kaynağına bağlayın ve açın.
5. Güç kaynağını sıcaklık kontrol cihazına bağlayın, soğutma ünitesinin güç adaptörünü sıcaklık kontrol cihazının elektrik prizine takın ve kontrol cihazında istenen sıcaklık aralığını ayarlayın.
6. Sıcaklık kontrol cihazı sıcaklık aralığını ayarlayın.
7. Deneyden sonra fareyi çıkarın ve tekrar muhafaza ortamına yerleştirin.
8. Sıcaklık kontrol cihazına giden güç kaynağını kapatın.
9. Su pompasını kapatın.

4. Termal görüntüleme

NOT: Farelerin bu aparat içinde normal vücut sıcaklığını korurken son derece düşük sıcaklıktaki havayı soluyabildiğini göstermek ve doğrulamak için, gaz toplama kavanozundaki sıcaklık bir termal görüntüleme kamerası kullanılarak ölçülmüştür (Şekil 2).

1. Hem hava deliğinin hem de gaz toplama kavanozunun sıcaklık ölçüm deliğinin sıcaklıklarını optimum bir mesafeden belirlemek için elde tutulan bir termal görüntüleme kamerası kullanın.
2. Ölçüm konumunu gösteren kırmızı lazer noktasını, belirlenen sıcaklık ölçüm alanının tam ortasına yerleştirin.
3. Aynı metodolojiyi kullanarak, farelerin vücut ısısını yeniden ölçün.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Sonuçlar

Yarı iletken bir soğutma çipi, termal olarak iletken silikon gres, bir gaz toplama kavanozu, bir sıcaklık kontrol cihazı, bir fan, bir su soğutma sirkülasyon sistemi, bir fare fiksatörü ve bir güç adaptörü içeren bu cihazın genel yapısını gözlemleyebiliriz. Tek bir ünite aynı anda 16 fareye kadar modelleme ihtiyaçlarını karşılayabilir (Şekil 1A,B). Gaz toplama haznesi, su soğutma sirkülasyon sistemi, yarı iletk...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Tartışmalar

Düşük sıcaklıkta bir stimülasyon modeli oluştururken, deneyin doğruluğunu ve hayvanların refahını sağlamak için birkaç temel adım ve önlem gereklidir. Deney boyunca soğutma suyunun düşük sıcaklık durumunu korumak için oda sıcaklığında su yerine bir buzlu su karışımı kullanın, bu da son derece düşük sıcaklıktaki ortamları simüle etmeye yardımcı olur. Soğutma sisteminin verimli çalışmasını sağlamak için devridaim soğutma suyu sisteminin en...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
brass shell	Shenzhen Haida high-tech electronic equipment company
cistern	Shenzhen Gongdecheng plastic industry
fan	ChaoJingYin electoronic.,LTD	4010	12 V
Gas collection jar	Shenzhen Gongdecheng plastic industry
intake/outlet pipe	Shanghai Shenchen rubber and plastic products factory
mouse fixator	Lanjieke technology
power	Shenzhen Haida high-tech electronic equipment company		12 V 40 A
Semiconductor cooling chip	Shenzhen Haida high-tech electronic equipment company	TEC2-19006	Double layer refrigeration
Sponge plug	Shenzhen Gongdecheng plastic industry
Stainless steel fastener	Shenzhen Haida high-tech electronic equipment company
thermally conductive silicone grease	Shenzhen Haida high-tech electronic equipment company	DRG102
water pump	Shenzhen Jutai pump Co.,LTD	DC005	12 V
Water pump power adapter	Chaoke power adapter factory	1210	100-240 V 50-60 HZ 12 V