Name: short-duration hypothermia induction in rats using models for studies examining clinical relevance and mechanisms
Uploaded: 2021-03-03T15:00:00
Duration: 5 min
Description: Watch this Scientific Journal Video about Short-Duration Hypothermia Induction in Rats using Models for Studies examining Clinical Relevance and Mechanisms at JoVE.com

Dette projekt blev finansieret af University of Newcastle, Hunter Medical Research Institute (HMRI) Dalara Early Research Career Researcher Fellowship, NSW Health Early-Mid Career Research Fellowship, og National Health and Medical Research Council (NHMRC) Australien.

Alle forsøgsprocedurer var i overensstemmelse med den australske adfærdskodeks for pleje og brug af dyr til videnskabelige formål og blev godkendt af Animal Care and Ethics Committee ved University of Newcastle (A-2013-343 og A-2020-003). Ud over de hypotermi induktion metoder, der er beskrevet nedenfor, følgende protokoller er rutinemæssigt gjort i forbindelse med hypotermi: lårben linje cannulation til at overvåge blodtryk og puls21, og eksperimentel slagtilfælde22.
1. Datalogger implantation
BEMÆRK: Den datalogger enhed, der anvendes i denne protokol var ikke i stand til at give realtid udlæsning af kropstemperaturen. Læs op er muligt, når dataloggeren er blevet fjernet fra dyret og tilsluttet tilbage til computeren. Som følge heraf bruges rektaltemperatursonden til at give realtidsoplysninger under afkølings- og genopvarmningsprocessen. Derudover er rektalsonden også afgørende for denne metode, fordi den kirurgiske varmemåtte, som dyret placeres på under proceduren, reguleres af rektalsondesystemet. Dataloggeren tjener også et værdifuldt formål med at levere temperaturdata i frit bevægende, vågne rotter og er vigtig for at sikre, at normal kropstemperatur opretholdes efter genopvarmning. Derfor er begge temperaturovervågningsenheder vigtige for denne protokol.
<ol><li>Bedøve 10-12-uger gamle mandlige udkonseerede Wistar rotte med isoflurane (5% for induktion og 2-2,5% til vedligeholdelse) i en 50% N2 og 50% O2 blanding.</li>
	<li>Efter induktion skal rotten placeres i den udsatte position på en kirurgisk varmemåtte.</li>
	<li>Placer rotten, så næsen sidder i næsekeglen. Fastgør næsen med kirurgisk tape for at sikre, at der ikke slipper gasser ud.</li>
	<li>Barber pelsen fra nederste højre mave og injicere stedet subkutant med en lokalbedøvelse, Bupivacaine 0,2 mL, 0,05%.</li>
	<li>Påfør antiseptisk opløsning på det nybarbede område.</li>
	<li>Ved hjælp af steriliserede kirurgiske værktøjer, lav en 2 cm langsgående snit langs højre abdominal region, proksimale til højre lår. Gør snittet dybt nok til at udsætte rummet ved ventral låret krølle.</li>
	<li>Brug hæmostats og sammenkrump til at skabe en 'lomme' under huden, der er stor nok til at holde enheden.</li>
	<li>Indsæt temperaturovervågningsdataloggerenheden i lommen og luk muskel og hud ved hjælp af 5-0 silke suturer. Den subkutane metode, der er beskrevet her, foretrækkes frem for den intra-peritoneale metode, da den er mindre invasiv og giver mulighed for bedre genopretning efter proceduren.</li>
	<li>Sørg for, at datalogger og rektalsonde er krydskalibreret til temperaturovervågning (se Diskussion).</li>
	<li>Sørg for, at dataloggeren ikke hviler mod dyrets varmemåtte efter indsættelse, da dette vil påvirke temperaturmålinger.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62325/62325fig01.jpg"> Figur 1: Implantation af datalogger enhed. (A) Paneler fra venstre mod højre viser et snit på ca 2 cm, der foretages på højre side af underlivet af rotten. (B) Temperaturovervågningsdatalogger blev indsat subkutant i lommesnittet. (C) Snittet blev lukket med nylon suturer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62325/62325fig01large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
2. Induktion af aktiv (hurtig) hypotermi til mekanistiske studier
<ol><li>Opsætning for hypotermi (se figur 2). Placer to retortstandere med klemmer på hver side af rottens krop.</li>
	<li>Fastgør en 60 mm 12 v/130 mA ventilator til hver retortstander, der sikrer, at ventilatorerne er rettet mod rottens nederste del af ryggen. Afstanden mellem klemmen og rotten er ca. 20 cm. Ventilatoren skal have en hastighed på 4.000 omdrejninger pr. minut.</li>
	<li>Hav en dyrevarmelampe klar enten ved siden eller på en tredje retortstander.</li>
	<li>Begynd hypotermi ved at justere dyrets varmemåtte til den ønskede måltemperatur. I dette eksempel er 32,5 °C måltemperaturen (3,75 på temperaturstyringsenheden).</li>
	<li>Tænd begge ventilatorer og påfør tre til fire sprays af 70% ethanol (standard plastsprayflaske) på lænden af rotten. Flæse dyrepels, når du sprøjter for hurtigere afkøling induktion. BEMÆRK: Ethanol anvendes som en foretrukken løsning frem for vand, fordi det har en hurtigere fordampningshastighed og derfor resulterer i hurtigere hypotermi induktion.</li>
	<li>Pas på ikke at overmætte pelsen, da dette kan bidrage til at overskride måltemperaturen. BEMÆRK: Ventilatorerne vil fremskynde ethanol fordampning og køleprocessen.</li>
	<li>Tillad korte intervaller mellem ethanol applikationer og samtidig holde et vågent øje med rektal temperatur af rotten.</li>
	<li>Ophør med yderligere anvendelse af ethanol, når rektaltemperaturen når inden for 1 °C af måltemperaturen.</li>
	<li>Sluk begge ventilatorer, når temperaturen er nået inden for 0,5 °C af måltemperaturen (33 °C i dette tilfælde). BEMÆRK: At slukke for ventilatorer, før måltemperaturen er nået, hjælper med at forhindre rotten i at overkøle sig ud over den krævede temperatur.</li>
	<li>Lad temperaturen falde til 32,5 °C.<ol>
<li>Hvis der forekommer overkøling, skal du bruge dyrevarmelampe til at opvarme dyret forsigtigt op til målet. Hjælp fra en fan kan bruges til at forhindre en rewarming overskridelse.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Når måltemperaturen er nået og har stabiliseret sig, skal du fortsætte med at overvåge temperaturen. Temperaturen vil normalt forblive meget stabil i resten af hypotermiperioden uden behov for sprøjtning, brug af ventilatorer eller brug af varmelampe.</li>
	<li>For at omwarme dyret i slutningen af hypotermi, justere varmemåtten temperaturen tilbage til 37 °C (6 på den temperaturkontrolenhed, der anvendes i dette eksempel) og lad dyret termoregulere over en 30 min periode. BEMÆRK: Temperaturindstillingerne på temperaturreguleringsenheder kan variere, og det kan derfor være nødvendigt at bestemme indstillinger for målhypotteri og normandremi på individuelle enheder.</li>
</ol>3. Induktion af klinisk opnåelig gradvis debut hypotermi uden aktiv hudkøling
<ol><li>Opnå hypotermi ved at reducere temperaturen på den kernetemperaturregulerede hjemmemodne varmemåtte i små trin til den krævede måltemperatur. I det illustrerede eksempel (Figur 3B) blev der anvendt en stigning på 1 °C hvert 30. minut.</li>
	<li>Afkøle dyret til at målrette temperaturen i den ønskede periode (2 timer i det beskrevne eksempel). Når afkølet, opretholde på målet for det ønskede interval. Normalt er der ikke behov for yderligere indgriben, hvis de opretholdes på den hjemtermiske varmemåtte, der er indstillet til den ønskede måltemperatur.</li>
	<li>Ingen ekstern køling er nødvendig med denne protokol, da anæstesi forhindrer normal regulering af kernekropstemperaturen. BEMÆRK: Isoflurankravene falder med hypotermi. Hos de fleste dyr kan en begyndende isofluranekoncentration på 2% reduceres i 0,1% trin hver 20-30 min til 1,5% for at opretholde stabil åndedrætsfrekvens (>50 vejrtrækninger / min), puls og blodtryk og bevare undertrykkelse af refleksresponser.</li>
	<li>For at omwarm dyret efter hypotermi, justere varmemåtten for at give dyret mulighed for at rewarm over det ønskede interval. I eksemplet blev der opnået rewarming med en enkelt justering til 37 °C (6 på den FHC-temperaturstyringsenhed, der anvendes i eksemplet) over en periode på 30 minutter.<ol>
<li>For mere langsigtede undersøgelser, der kræver dyreindvinding, holde dyr i et bur, der er placeret halvt over en varmemåtte for at give dyret mulighed for at termoregulere og for at undgå utilsigtet postoperativ hypotermi.</li>
		<li>Rektal paracetamol (250 mg/kg) kan administreres til nyttiggørelse og ovrenight smertelindring. Subkutane saltvandsindsprøjtninger (2 x 1,5 mL) kan også gives for at forhindre dehydrering fra anæstesi og kirurgiske procedurer.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kurisu, K., Yenari, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Therapeutic+hypothermia+for+ischemic+stroke;+pathophysiology+and+future+promise.">Therapeutic hypothermia for ischemic stroke; pathophysiology and future promise.</a> Neuropharmacology. 134, 302-309 (2018).</li><li>Polderman, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induced+hypothermia+and+fever+control+for+prevention+and+treatment+of+neurological+injuries.">Induced hypothermia and fever control for prevention and treatment of neurological injuries.</a> Lancet. 371 (9628), 1955-1969 (2008).</li><li>vander Worp, H. B., Sena, E. S., Donnan, G. A., Howells, D. W., Macleod, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypothermia+in+animal+models+of+acute+ischaemic+stroke:+a+systematic+review+and+meta-analysis.">Hypothermia in animal models of acute ischaemic stroke: a systematic review and meta-analysis.</a> Brain. 130, 3063-3074 (2007).</li><li>Thom&#233;, C., Schubert, G. A., Schilling, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypothermia+as+a+neuroprotective+strategy+in+subarachnoid+hemorrhage:+a+pathophysiological+review+focusing+on+the+acute+phase.">Hypothermia as a neuroprotective strategy in subarachnoid hemorrhage: a pathophysiological review focusing on the acute phase.</a> Neurological Research. 27 (3), 229-237 (2005).</li><li>McIntyre, L. A., Fergusson, D. A., H&#233;bert, P. C., Moher, D., Hutchison, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prolonged+therapeutic+hypothermia+after+traumatic+brain+injury+in+adults:+a+systematic+review.">Prolonged therapeutic hypothermia after traumatic brain injury in adults: a systematic review.</a> Journal of the American Medical Association. 289 (22), 2992-2999 (2003).</li><li>Kuczynski, A. M., Demchuk, A. M., Almekhlafi, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Therapeutic+hypothermia:+Applications+in+adults+with+acute+ischemic+stroke.">Therapeutic hypothermia: Applications in adults with acute ischemic stroke.</a> Brain Circulation. 5 (2), 43-54 (2019).</li><li>Shankaran, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole-body+hypothermia+for+neonates+with+hypoxic-ischemic+encephalopathy.">Whole-body hypothermia for neonates with hypoxic-ischemic encephalopathy.</a> New England Journal of Medicine. 353 (15), 1574-1584 (2005).</li><li>Jacobs, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole-body+hypothermia+for+term+and+near-term+newborns+with+hypoxic-ischemic+encephalopathy:+a+randomized+controlled+trial.">Whole-body hypothermia for term and near-term newborns with hypoxic-ischemic encephalopathy: a randomized controlled trial.</a> Archives of Pediatrics and Adolescent Medicine. 165 (8), 692-700 (2011).</li><li>Lyden, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Results+of+the+ICTuS+2+Trial+(Intravascular+cooling+in+the+treatment+of+stroke+2).">Results of the ICTuS 2 Trial (Intravascular cooling in the treatment of stroke 2).</a> Stroke. 47 (12), 2888-2895 (2016).</li><li>vander Worp, H. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Therapeutic+hypothermia+for+acute+ischaemic+stroke.+Results+of+a+European+multicentre,+randomised,+phase+III+clinical+trial.">Therapeutic hypothermia for acute ischaemic stroke. Results of a European multicentre, randomised, phase III clinical trial.</a> European Stroke Journal. 4 (3), 254-262 (2019).</li><li>Wu, T. C., Grotta, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypothermia+for+acute+ischaemic+stroke.">Hypothermia for acute ischaemic stroke.</a> Lancet Neurology. 12 (3), 275-284 (2013).</li><li>Hemmen, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravenous+thrombolysis+plus+hypothermia+for+acute+treatment+of+ischemic+stroke+(ICTuS-L):+final+results.">Intravenous thrombolysis plus hypothermia for acute treatment of ischemic stroke (ICTuS-L): final results.</a> Stroke. 41 (10), 2265-2270 (2010).</li><li>Lyden, P., Ernstrom, K., Raman, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determinants+of+pneumonia+risk+during+endovascular+hypothermia.">Determinants of pneumonia risk during endovascular hypothermia.</a> Therapeutic Hypothermia and Temperature Management. 3 (1), 24-27 (2013).</li><li>vander Worp, H. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EuroHYP-1:+European+multicenter,+randomized,+phase+III+clinical+trial+of+therapeutic+hypothermia+plus+best+medical+treatment+vs.+best+medical+treatment+alone+for+acute+ischemic+stroke.">EuroHYP-1: European multicenter, randomized, phase III clinical trial of therapeutic hypothermia plus best medical treatment vs. best medical treatment alone for acute ischemic stroke.</a> International Journal of Stroke. 9 (5), 642-645 (2014).</li><li>Lamb, J. A., Rajput, P. S., Lyden, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+method+for+inducing+rapid,+controllable+therapeutic+hypothermia+in+rats+using+a+perivascular+implanted+closed-loop+cooling+circuit.">Novel method for inducing rapid, controllable therapeutic hypothermia in rats using a perivascular implanted closed-loop cooling circuit.</a> Journal of Neuroscience Methods. 267, 55-61 (2016).</li><li>Dumitrascu, O. M., Lamb, J., Lyden, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Still+cooling+after+all+these+years:+Meta-analysis+od+pre-clinical+trials+of+therapeutic+hypothermia+for+acute+ischemic+stroke.">Still cooling after all these years: Meta-analysis od pre-clinical trials of therapeutic hypothermia for acute ischemic stroke.</a> Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 36 (7), 1157-1164 (2016).</li><li>Wu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypothermia+neuroprotection+against+ischemic+stroke:+The+2019+update.">Hypothermia neuroprotection against ischemic stroke: The 2019 update.</a> Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 40 (3), 461-481 (2020).</li><li>Hemmen, T. M., Lyden, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypothermia+after+acute+ischemic+stroke.">Hypothermia after acute ischemic stroke.</a> Journal of Neurotrauma. 26 (3), 387-391 (2009).</li><li>Colbourne, F., Sutherland, G. R., Auer, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+system+for+regulating+brain+temperature+in+awake+and+freely+moving+rodents.">An automated system for regulating brain temperature in awake and freely moving rodents.</a> Journal of Neuroscience Methods. 67 (2), 185-190 (1996).</li><li>Campbell, K., Meloni, B. P., Zhu, H., Knuckey, N. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnesium+treatment+and+spontaneous+mild+hypothermia+after+transient+focal+cerebral+ischemia+in+the+rat.">Magnesium treatment and spontaneous mild hypothermia after transient focal cerebral ischemia in the rat.</a> Brain Research Bulletin. 77 (5), 320-322 (2008).</li><li>Jespersen, B., Knupp, L., Northcott, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Femoral+arterial+and+venous+catheterization+for+blood+sampling,+drug+administration+and+conscious+blood+pressure+and+heart+rate+measurements.">Femoral arterial and venous catheterization for blood sampling, drug administration and conscious blood pressure and heart rate measurements.</a> Journal of Visualized Experiments. (59), e3496 (2012).</li><li>Trotman-Lucas, M., Kelly, M. E., Janus, J., Gibson, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Middle+cerebral+artery+occlusion+allowing+reperfusion+via+common+carotid+artery+repair+in+mice.">Middle cerebral artery occlusion allowing reperfusion via common carotid artery repair in mice.</a> Journal of Visualized Experiments. (143), e58191 (2019).</li><li>Murtha, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short-duration+hypothermia+after+ischemic+stroke+prevents+delayed+intracranial+pressure+rise.">Short-duration hypothermia after ischemic stroke prevents delayed intracranial pressure rise.</a> International Journal of Stroke. 9, 553-559 (2014).</li><li>Murtha, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracranial+pressure+elevation+after+ischemic+stroke+in+rats:+cerebral+edema+is+not+the+only+cause,+and+short-duration+mild+hypothermia+is+a+highly+effective+preventative+therapy.">Intracranial pressure elevation after ischemic stroke in rats: cerebral edema is not the only cause, and short-duration mild hypothermia is a highly effective preventative therapy.</a> Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 35 (4), 592-600 (2015).</li></ol>

Forfatterne har intet at afsløre.

De procedurer, der er beskrevet her, er let at implementere, ikke-invasive, og giver pålidelige og reproducerbare fald i kernekropstemperaturen til en ønsket måltemperatur.
Der er flere kritiske trin i den hurtige kølemetode, som omfatter følgende. Overmættet ethanol spray - pas på ikke at suge dyret i ethanol, da dette vil forstyrre resultaterne. Monitorer dyret under hypotermi induktion- pleje skal tages for nøje at overvåge dyrs reaktioner på hurtig hypotermi induktion. Et vågent øje med rektal temperatur er vigtigt for at sikre, at temperaturen ikke går under det ønskede mål- hvis dette sker, slukke for ventilatorer og lad varmelampen forsigtigt rewarm dyret tilbage op til det krævede mål.
I begge metoder er fysiologisk overvågning vigtig for at sikre en passende justering af bedøvelsesdosis. Ved langvarig afkøling kan utilstrækkelig bedøvelsesdosis forlænge afkølingsperioden. I dette tilfælde kan isofluranekoncentrationen øges, indtil der opnås en passende kølehastighed. Et andet kritisk skridt er krydskalibrering af temperaturenheder. Når du bruger en temperatursonde reguleret varmemåtte og en datalogger i samme eksperiment, er det bedste praksis at krydskalibrere dataloggeren med rektalsonden, in vivo, da der kan være mindre variationer i den registrerede temperatur på de to enheder.
Disse metoder er velegnede til undersøgelser, der ønsker at udforske brugen af hypotermi som en potentiel behandling for neurologiske lidelser. Det specifikke formål med undersøgelsen bør diktere, hvilken metode der anvendes. Begge metoder kan klassificeres som systemisk overfladekøling, men den anden metode kræver ingen aktiv køling. Den gradvise kølemodel, der er beskrevet ovenfor, har vigtige potentielle anvendelser til brug af hypotermi i iskæmisk slagtilfældebehandling. Langvarig hypotermi og deres deraf følgende komplikationer udgør en udfordring for ældre slagtilfælde patienter. Desuden gør den rystende respons det vanskeligt at opnå måltemperatur hos nogle patienter10. Mens anti-rystende medicin kan bidrage til at reducere rystende respons, kort varighed gradvis køling kunne mere effektivt forbedre problemet. At have en kortere afkølingsperiode vil sandsynligvis også reducere forekomsten af lungebetændelse, der ofte rapporteres i forsøg. En anden potentiel fordel ved denne korttidsmetode er, at hastigheden af rewarming måske ikke er så vigtig sammenlignet med langvarig afkøling. Meget tidlige kliniske undersøgelser af langvarig afkøling hos slagtilfældepatienter med store infarkter viste, at hurtig rewarming førte til store stigninger i intrakranielt tryk (ICP), hvilket forværrede resultatet og ofte var dødeligt. Dette førte til udviklingen af gradvise rewarming paradigmer, som yderligere forlænget den samlede varighed af køling. Kort varighedskøling opretholder kun måltemperaturen i en kort periode og kan mindre sandsynligt resultere i rebound ICP. Tidligere arbejde, der har undersøgt hypotermi behandling for ICP elevation, ved hjælp af en lignende hurtig køling og rewarming protokol som dem, der er beskrevet her, har vist nogen rebound ICP elevation efter rewarming23,24.
Kliniske forsøg med hypotermi for iskæmisk slagtilfælde behandling har ikke været i stand til at oversætte fordelene ved hypotermi, der er rapporteret i eksperimentelle undersøgelser. Misforholdet mellem kølehastigheder og varighed mellem eksperimentelle modeller og patienter er vigtige variabler, der kan tage højde for denne uoverensstemmelse. At have en eksperimentel model af hypotermi, der bedre ligner den kliniske kølehastighed, vil give mulighed for en mere informeret undersøgelse af fordelene ved hypotermi som en behandlingsforanstaltning for slagtilfældepatienter.

TH er praksis med afkøling af krops- eller hjernetemperatur for at bevare organets/systemets levedygtighed og funktion1,2. Hypotermiens rolle i neuroprotektion er blevet undersøgt og har vist fordele i en række prækliniske modeller af neurologiske sygdomme som slagtilfælde3, subaraachnoidblødning 4og traumatisk hjerneskade5. Med hensyn til kliniske anvendelser har TH vist effekt hos patienter efter hjertestop og i neonatal hypoxisk-iskæmisk skade6.
TH induktion opnås ved hjælp af enten overflade eller endovaskulære kølemetoder. De fleste prækliniske hypotermiundersøgelser udfører overfladekøling ved at anvende vand eller ethanol på dyrets pels eller ved at bruge et køletæppe for at opnå måltemperatur1. Hos mennesker opnås systemisk overfladekøling ved hjælp af isposer og køletæpper7,8. Hurtigere afkøling er blevet vist hos patienter ved hjælp af endovaskulære metoder, som par en induktion infusion af kold saltvand gennem en intravenøs eller intra-arteriel kateter, med placeringen af en endovaskulær køleanordning inden for ringere vena cava9,10. For eksempel kan en moderat måltemperatur på 33 °C nås i 1,5 timer med endovaskulær køling sammenlignet med 3-4 timer med overfladekøling hos patienter11. Den endovaskulære tilgang er også blevet mere populær i de senere år, fordi det er blevet rapporteret at reducere nogle af de bivirkninger, der ses i systemisk overfladekøling, såsom rystende12,13. Det europæiske kliniske fase III-studie i fase III af hypotermi for iskæmisk slagtilfælde (EUROHYP-1) anvendte for det meste overfladekøling14. Resultater, der for nylig blev offentliggjort fra dette forsøg, viste, at kulderystelser var en stor komplikation og kunne have begrænset evnen til at nå måltemperaturen10. Den rystende respons er kendt for at være primært drevet af hudtemperatur. Der er gjort en vis indsats for at udvikle en gnaver endovaskulær afkølingsmetode15, men den meget invasive karakter af teknikken sammenlignet med den, der anvendes hos mennesker, risikerer at forvirre eventuelle resultater fra denne model.
Temperatur er den vigtigste modulator af biologiske processer i kroppen og er stramt reguleret af homøostase. Derfor kan enhver manipulation af kropstemperaturen have tilknyttede risici. Køling varighed er en faktor, der kan have begrænset succes hypotermi kliniske forsøg. Disse forsøg bruger en langvarig kølemetode, hvor mange opretholder hypotermi fra 24-72 h11. Denne forlængede varighed udgør en risiko for infektion under køleprotokollen. Lungebetændelse er den mest almindelige komplikation fra hypotermi, der påvirker mellem 40-50% af de patienter, der gennemgår proceduren13. Dette er i modsætning til, hvad der normalt ses i dyreforsøg af hypotermi, hvor der anvendes et kort varighedsparadigme (1-6 timer)3. Succesen af disse prækliniske dyreforsøg vil sandsynligvis resultere i tilpasning af korttidshytermi til brug i kliniske forsøg. Som følge heraf er det nødvendigt at have en dyremodel af kort varighed hypotermi, der ligner kølehastighederne i fremtidige kliniske forsøg. Yderligere oplysninger om andre temperaturparametre og gyldigheden af korttidshydmi er blevet drøftet i flererevisionsartikler,16,17,18.
Demonstreret her er en gradvis model for køling, der er mere klinisk opnåelig end de nuværende eksperimentelle hypotermimodeller. Denne nye metode har en meget langsommere afkølingshastighed, og derfor er tiden til at målrette temperaturen tættere på intervallet af dem, der ses i kliniske forsøg med hypotermi11. Det undgår også direkte overfladekøling, som har specifikke fysiologiske virkninger, og kan derfor være mere sammenlignelig med endovaskulær køling, som har været den mest almindeligt anvendte afkølingsmetode i kliniske forsøg9,12. Denne model gør det muligt at afkøle dyr gradvist over 2 timer efterfulgt af en kort vedligeholdelsesperiode ved måltemperatur. Derudover er den hurtige køling korttids hypotermi metode19 også demonstreret. Den hurtige kølemetode gør det muligt at opnå måltemperatur hurtigt efter hypotermi debut. Mens denne tilgang ikke er så klinisk relevant som den gradvise afkølingsmetode, er det nyttigt for undersøgelser, der har til formål at udforske mekanismerne i hypotermi neuroprotection til potentielt at efterligne dens kraftfulde neuroprotektive virkninger farmakologisk. Denne metode har også potentielle anvendelser uden for neurovidenskab og kan tilpasses et vilkårligt antal prækliniske undersøgelser. En anden fordel ved begge metoder i forhold til andre tilgange er, at de er billige og ikke kræver specialudstyr. Endelig viser denne protokol også implantation af temperaturdataloggere, da postoperativ opvarmning og overvågning heraf er vigtige for at forhindre utilsigtet postoperativ hypotermi med potentiale til at forvirre undersøgelsesresultater20.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Absolute ethanol</td>
			<td>ThermoFisher Scientific/ Ajax Finechem</td>
			<td>AJA214-20LPL</td>
			<td>Diluted with deionized water to give 70 % ethanol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antiseptic solution (Chlorhexidine)</td>
			<td>David Craig</td>
			<td>A2957</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anaesthetic (Marcain)</td>
			<td>Aspen</td>
			<td>PS13977</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brushless fan motor</td>
			<td>Sirocco</td>
			<td>YX2505</td>
			<td>2 x 12 V/130 mA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heat lamp</td>
			<td>Reptile One</td>
			<td>AC220</td>
			<td>240 V 50/60 Hz</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heat pad</td>
			<td>FHC, Inc</td>
			<td>40-90-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rectal probe</td>
			<td>FHC, Inc</td>
			<td>40-90-5D-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature controller</td>
			<td>FHC, Inc</td>
			<td>40-90-8D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature Datalogger</td>
			<td>Maxim</td>
			<td>DS1922L-F5</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

short-duration hypothermia induction in rats using models for studies examining clinical relevance and mechanisms

Terapeutisk hypotermi (TH) er en stærk neuroprotektiv strategi, der har givet solid dokumentation for neuroprotektion i prækliniske undersøgelser af neurologiske lidelser. På trods af stærke prækliniske beviser har TH ikke vist effekt i kliniske forsøg med de fleste neurologiske lidelser. De eneste vellykkede forsøg med terapeutisk hypotermi var relateret til hjertestop hos voksne og hypoxisk iskæmisk skade hos nyfødte. Yderligere undersøgelser af parametrene for dets anvendelse og sammenligninger af studiedesign mellem prækliniske og kliniske undersøgelser er berettiget. Denne artikel demonstrerer to metoder til kortvarig hypotermi induktion. Den første metode giver mulighed for hurtig hypotermi induktion hos rotter ved hjælp af ethanol spray og fans. Denne metode virker ved afkøling af huden, som har været mindre almindeligt anvendt i kliniske forsøg og kan have forskellige fysiologiske virkninger. Køling er meget hurtigere med denne teknik, end det er opnåeligt hos menneskelige patienter på grund af forskelle i overfladeareal til volumen-forhold. Sammen med dette præsenteres også en anden metode, som giver mulighed for en klinisk opnåelig afkølingshastighed for kort varighed hypotermi. Denne metode er nem at implementere, reproducerbar og kræver ikke aktiv hudkøling.

Figur 3A er en repræsentation af, hvordan en Wistar rotte reagerer på hypotermi ved hjælp af den hurtige kølemetode. Hypotermi induktion opnås ved brug af ventilatorer og 70% ethanol spray. Hypotermi til et mål på 32,5 °C nås på 15 min. Der skal udvises forsigtighed for at sikre et delikat samspil mellem brugen af ventilatorer/ varmelampe og ethanolspray for at opretholde måltemperaturen. Som det fremgår af figur 3A, observeres en let temperaturoverskridelser, som kan forekomme, hvis afkølingen ikke ophører fra ca. 0,5 °C over måltemperaturen. Målet fastholdes og stabiliseres ved 30 min mærket og rewarming er indledt ved 1,5 h.
Figur 3B viser den gradvise protokol, hvor måltemperaturen til 33 °C nås ved 2 timer og opretholdes i 30 minutter, før den omstoppes ved 2,5 timer. Her justeres temperaturen i trin, der forlænger den varighed, der er nødvendig for at nå måltemperaturen. Lodrette stiplede linjer i begge grafer repræsenterer afkølingens varighed.
Figur 3A og Figur 3B er hentet fra datalogger-enheden. I starten af eksperimentet er dataloggeren programmeret til at starte optagelse før implantation. I slutningen af eksperimentet fjernes dataloggeren fra dyret og tilsluttes den medfølgende temperaturlæser via USB-port. Softwaren (f.eks. eTemperature) læser og genererer dataene, som derefter kan eksporteres til et regnearkssoftware.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62325/62325fig02.jpg"> Figur 2: Opsætning af hurtig køleprotokol. (A) To ventilatorer (sort pil) var placeret over rottens nedre rygregion. Ved hypotermi indledning, begge fans blev tændt og ethanol spray blev anvendt på lænden. Kombinationen af ethanol og ventilatoren letter og accelererer hypotermi for hurtigt at opnå måltemperatur. (B) En varmelampe (hvid pil) blev brugt til at forhindre hypotermi overskridelse. Når måltemperaturen var nået, blev varmelampen brugt til at forhindre rottekernetemperaturen i at falde lavere. Når målet var stabiliseret, blev varmelampen og/eller den resterende ventilator <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62325/62325fig02large.jpg" target="_blank">slukket.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62325/62325fig03.jpg"> Figur 3: Hypotermi induktion ved hjælp af aktive (A) og gradvise (B) metoder. (A) Måltemperaturen blev nået i 15 min ved hjælp af den aktive afkølingsproces og blev opretholdt i 60 minutter i ovenstående eksempel, før dyret blev omwarmed. (B) Måltemperaturen blev nået i 2 timer ved hjælp af den gradvise afkølingsmetode og blev opretholdt i 30 minutter, før dyret blev omlagt. Skraverede områder i begge grafer repræsenterer tidspunkter, hvor måltemperaturen blev opretholdt. Punkterede vinkelrette linjer i begge grafer refererer til den samlede kølevarighed. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62325/62325fig03large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Short-Duration Hypothermia Induction in Rats using Models for Studies examining Clinical Relevance and Mechanisms at JoVE.com

Short-Duration Hypothermia Induction in Rats using Models for Studies examining Clinical Relevance and Mechanisms

Denne artikel beskriver to metoder til helkrops kortvarig hypotermi induktion hos rotter. Den første, hurtige induktionsmetode anvender aktiv køling ved hjælp af ventilatorer og ethanolspray til et hurtigt fald i temperaturen. Den anden metode er en gradvis afkølingsmetode. Dette opnås ved hjælp af kombinationen af isoflurane anæstesi og reduktion af temperaturindstillinger på den hjemmormiske varmemåtte. Dette resulterer i et gradvist fald i kernekropstemperaturen uden brug af eksterne køleanordninger.

Kortvarig hypotermi induktion hos rotter ved hjælp af modeller til undersøgelser, der undersøger klinisk relevans og mekanismer

Therapeutic hypothermia (TH) is a powerful neuroprotective strategy that has provided robust evidence for neuroprotection in pre-clinical studies of ...

Den gradvise køleprotokol har en langsommere afkølingshastighed end de nuværende eksperimentelle metoder. Denne model er klinisk relevant, fordi tiden til at målrette temperaturen er tættere på det menneskelige område. Den største fordel ved disse teknikker er deres enkelhed og billighed.Derudover kræver disse modeller ikke specialudstyr. Den kliniske kølehastighed opnået fra den gradvise model vil muliggøre en mere informeret præklinisk undersøgelse af fordelene ved hypotermi som en behandlingsforanstaltning for slagtilfældepatienter. Begynd med at placere en bedøvet rotte på en kirurgisk varmemåtte i liggende stilling med næsen i en kegle.Fastgør næsen med kirurgisk tape. Barber pelsen fra under højre underliv og subkutant injicere 200 mikroliter af 0,05% bupivacain som en lokalbedøvelse. Påfør antiseptisk opløsning på det nybarbede område.Lav en to centimeter langsgående snit langs højre abdominal region proksimalt til højre lår dybt nok til at udsætte rummet på ventral låret krølle og bruge hæmostats og tvang til at skabe en lomme under huden stor nok til at holde en data logger enhed. Indsæt temperaturovervågningsdataloggerenheden i lommen, og brug 5-0 suturer til at lukke muskler og hud, så dataloggeren ikke hviler mod varmemåtten. For at fremkalde aktiv hypotermi, første sted en retort stå med en klemme 20 centimeter fra hovedet af rotten og 120 centimeter fra underlivet og vedhæfte en 60 millimeter 12 volt fan med en mindst 4.000 rotationer i minuttet indstilling til hver stå med fans rettet mod den nederste del af rotten.Juster varmemåtten til den ønskede måltemperatur for at starte hypotermi og tænd begge ventilatorer. I den udsatte position påføres tre eller fire sprays af 70% ethanol hvert femte minut på rottens nederste del, mens pelsen flæser for hurtigere afkøling af induktion og samtidig nøje overvåger rektaltemperaturen. Stop ethanolapplikationen, når rektaltemperaturen er inden for en grad af måltemperaturen.Når temperaturen er inden for 0,5 grader af målet, skal du slukke for ventilatorerne for at lade temperaturen falde langsomt til målet uden overkøling. I tilfælde af overkøling skal du udskifte en ventilator med en dyrevarmelampe og bruge varmelampen til at opvarme dyret mildt op til måltemperaturen. Når måltemperaturen er nået og stabiliseret, skal du overvåge temperaturen i den resterende hypotermiperiode.I slutningen af hypotermisk periode skal du indstille varmemåtten til 37 grader Celsius og lade dyret termoregulere over en 30-minutters periode. For at fremkalde klinisk opnåelig gradvis debut hypotermi, reducere temperaturen i kernen temperaturreguleret homeothermic varmemåtte i små trin for at opnå hypotermi inden for en bestemt forudbestemt tidsperiode. Når måltemperaturen er nået, skal måltemperaturen for det ønskede interval ikke før, der ikke er nogen ekstern afkøling.For at omwarm dyret i slutningen af hypotermisk periode, justere varmemåtten for at gøre det muligt for rotten at rewarm til 37 grader Celsius over det ønskede tidsinterval. Når begge typer hypotermi eksperiment, fjerne dataloggeren at tillade analyse af de registrerede kropstemperaturer. I denne analyse blev hypotermi opnået med hurtig afkøling til en måltemperatur på 32,5 grader Celsius på 15 minutter som demonstreret.En lille temperaturoverskridning på grund af ikke at stoppe afkølingen fra ca. 0,5 grader Celsius over måltemperaturen kan observeres. Måltemperaturen blev opretholdt i 30 minutter, og rewarming blev indledt på 1,5 timer. I dette eksperiment blev den gradvise hypotermi induktionsmetode brugt til at gøre det muligt at nå måltemperaturen på 33 grader Celsius på to timer.Måltemperaturen blev opretholdt i 30 minutter, før den blev omvarsler på 2,5 timer. Den gradvise køleteknik får os til at undersøge, om en mere klinisk relevant kølehastighed ville forhindre intrakraniel trykhøjde efter iskæmisk slagtilfælde hos rotter.

Research

JoVE Journal

Medicine

Using Visual and Narrative Methods to Achieve Fair Process in Clinical Care

The Institute of Medicine has targeted patient-centeredness as an important area of quality improvement. A major dimension of patient-centeredness is ...

MRI and PET in Mouse Models of Myocardial Infarction

MR og PET i musemodeller af myokardieinfarkt

Myocardial infarction is one of the leading causes of death in the Western world. The similarity of the mouse heart to the human heart has made it an ...

Gene-environment Interaction Models to Unmask Susceptibility Mechanisms in Parkinson's Disease

Gene-miljø Interaktion Modeller til unmask modtagelighed mekanismer i Parkinsons sygdom

Lipoxygenase (LOX) activity has been implicated in neurodegenerative disorders such as Alzheimer&#39;s disease, but its effects in Parkinson&#39;s disease ...

Handling of the Cotton Rat in Studies for the Pre-clinical Evaluation of Oncolytic Viruses

Håndtering af bomuld Rat i Undersøgelser for præklinisk evaluering af onkolytiske Vira

Oncolytic viruses are a novel anticancer therapy with the ability to target tumor cells, while leaving healthy cells intact.  For this strategy to be ...

Methodology for Sputum Induction and Laboratory Processing

Metodologi for Sputum induktion og laboratorium behandling

The technique of sputum induction and processing is a recognized non-invasive method allowing the collection and analysis of cells from the airways, which ...

Sampling Strategies and Processing of Biobank Tissue Samples from Porcine Biomedical Models

Prøvetagningsmetoder og forarbejdning af Biobank vævsprøver fra svin biomedicinsk modeller

In translational medical research, porcine models have steadily become more popular. Considering the high value of individual animals, particularly of ...

Assessment of Kidney Function in Mouse Models of Glomerular Disease

Vurdering af nyrefunktion i musemodeller af glomerulær sygdom

The use of murine models to mimic human kidney disease is becoming increasingly common. Our research is focused on the assessment of glomerular function ...

Semi-Minimal Invasive Method to Induce Myocardial Infarction in Rats and the Assessment of Cardiac Function by an Isolated Working Heart System

Semi-Minimal invasive metode til at fremkalde myokardieinfarkt hos rotter og vurdering af hjertefunktion ved et isoleret arbejdende hjertesystem

Myocardial infarction (MI) remains the main contributor to morbidity and mortality worldwide. Therefore, research on this topic is mandatory. An easily ...

Ex Vivo and In Vivo Animal Models for Mechanical and Chemical Injuries of Corneal Epithelium

Ex Vivo and In Vivo Animal Models for Mechanical and Chemical Injuries of Corneal Epithelium

Ex vivo og in vivo dyremodeller for mekaniske og kemiske skader på hornhindepitel

Corneal injury to the ocular surface, including chemical burn and trauma, may cause severe scarring, symblepharon, corneal limbal stem cells deficiency, ...

Transesophageal Atrial Burst Pacing for Atrial Fibrillation Induction in Rats

Transesophageal Atrial Burst Pacing til atrieflimren induktion hos rotter

Animal studies have brought important insights into our understanding regarding atrial fibrillation (AF) pathophysiology and therapeutic management. ...