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 prosjektet ble finansiert av 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) Australia.

Alle eksperimentelle prosedyrer var i samsvar med australian Code of Practice for the Care and Use of Animals for Scientific Purposes og ble godkjent av Animal Care and Ethics Committee ved University of Newcastle (A-2013-343 og A-2020-003). I tillegg til hypotermiinduksjonsmetodene beskrevet nedenfor, gjøres følgende protokoller rutinemessig i forbindelse med hypotermi: femoral linjekannasjon for å overvåke blodtrykk og hjertefrekvens21, og eksperimentelt slag22.
1. Datalogger implantasjon
MERK: Datalogger-enheten som brukes i denne protokollen var ikke i stand til å gi sanntidsavlesning av kroppstemperatur. Les opp er mulig når dataloggeren er fjernet fra dyret og koblet tilbake til datamaskinen. Som et resultat brukes rektal temperatursonden til å gi sanntidsinformasjon under kjøle- og omflyttingsprosessen. I tillegg er rektal sonde også viktig for denne metoden fordi den kirurgiske varmematten som dyret er plassert på under prosedyren, reguleres av rektalsondesystemet. Dataloggeren tjener også et verdifullt formål med å gi temperaturdata i fritt bevegelige, våkne rotter og er viktig for å sikre at normal kroppstemperatur opprettholdes etter omorganiseringen. Derfor er begge temperaturovervåkingsenhetene viktige for denne protokollen.
<ol><li>Bedøv 10-12 uker gammel mannlig utavlet Wistar-rotte med isofluran (5% for induksjon og 2-2,5% for vedlikehold) i en 50% N2 og 50% O2-blanding.</li>
	<li>Etter induksjon, plasser rotten i utsatt posisjon på en kirurgisk varmematte.</li>
	<li>Plasser rotten slik at nesen sitter i nesekjeglen. Sikre nesen med kirurgisk tape for å sikre at ingen gasser rømmer.</li>
	<li>Barber pelsen fra under høyre underliv og injiser stedet subkutant med lokalbedøvelse, Bupivacaine 0,2 ml, 0,05%.</li>
	<li>Påfør antiseptisk løsning på det nybarberte området.</li>
	<li>Ved hjelp av steriliserte kirurgiske verktøy, gjør et 2 cm langsgående snitt langs høyre bukregion, proksimalt til høyre lår. Gjør snittet dypt nok til å eksponere rommet ved den ventrale lårkroppen.</li>
	<li>Bruk hemostater og tang for å lage en "lomme" under huden som er stor nok til å holde enheten.</li>
	<li>Sett inn temperaturovervåkingsdataloggerenheten i lommen og lukk muskelen og huden ved hjelp av 5-0 silke suturer. Den subkutane metoden som er beskrevet her, foretrekkes fremfor den intraperitoneale metoden, da den er mindre invasiv og gir bedre gjenoppretting etter prosedyren.</li>
	<li>Sørg for at datalogger og rektal sonde er krysskalibrert for temperaturovervåking (se Diskusjon).</li>
	<li>Forsikre deg om at dataloggeren ikke hviler mot dyrets varmematte etter innsetting, da dette vil påvirke temperaturavlesningene.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62325/62325fig01.jpg"> Figur 1: Implantasjon av dataloggerenhet. (A) Paneler fra venstre mot høyre viser et snitt på ca. 2 cm som gjøres på høyre side av rottens underliv. (B) Temperaturovervåkingsdatalogger ble satt subkutant inn i lommeinnsnittet. (C) Snittet ble lukket med nylon suturer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62325/62325fig01large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
2. Induksjon av aktiv (rask) hypotermi for mekanistiske studier
<ol><li>Oppsett for hypotermi (se figur 2). Plasser to retort stativer med klemmer på hver side av rottens kropp.</li>
	<li>Fest en vifte på 60 mm 12 v/130 mA til hvert retort-stativ, slik at viftene er rettet mot rottens nedre bakside. Avstanden mellom klemmen og rotten er ca. 20 cm. Viften som brukes må ha en hastighet på 4000 rpm.</li>
	<li>Ha en dyrevarmelampe klar enten ved siden eller på et tredje retort-stativ.</li>
	<li>Start hypotermi ved å justere dyrevarmematten til ønsket måltemperatur. I dette eksemplet er 32,5 °C måltemperaturen (3,75 på temperaturkontrollenheten).</li>
	<li>Slå på begge viftene og påfør tre til fire sprayer med 70% etanol (standard plastsprayflaske) på baksiden av rotten. Ruffle dyrepels når sprøyting for raskere kjøling induksjon. MERK: Etanol brukes som en foretrukket løsning fremfor vann fordi den har en raskere fordampningshastighet og resulterer derfor i raskere hypotermiinduksjon.</li>
	<li>Pass på at du ikke oversaturate pelsen, siden dette kan bidra til å overskyte måltemperaturen. MERK: Viftene vil akselerere etanolfordampning og kjøleprosessen.</li>
	<li>Tillat korte intervaller mellom etanolapplikasjoner mens du holder øye med rottens rektaltemperatur.</li>
	<li>Avslutt videre påføring av etanol når rektal temperatur når innen 1 °C etter måltemperatur.</li>
	<li>Slå av begge viftene når temperaturen er nådd innen 0,5 °C etter måltemperatur (33 °C i dette tilfellet). MERK: Hvis du slår av viftene før måltemperaturen nås, bidrar du til å forhindre at rotten overkjøler utover ønsket temperatur.</li>
	<li>La temperaturen falle til 32,5 °C.<ol>
<li>Hvis overkjøling oppstår, bruk dyrevarmelampe for å mildt varme dyret tilbake til målet. Assistanse fra en vifte kan brukes til å forhindre en omflytting av overshoot.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Når måltemperaturen er nådd og har stabilisert seg, fortsett å overvåke temperaturen. Temperaturen vil vanligvis forbli svært stabil for resten av hypotermiperioden uten behov for sprøyting, bruk av vifter eller bruk av varmelampe.</li>
	<li>For å rewarm dyret på slutten av hypotermi, juster varmemattetemperaturen tilbake til 37 °C (6 på temperaturkontrollenheten som brukes i dette eksemplet) og la dyret termoregere over en 30 min periode. MERK: Temperaturinnstillingene på temperaturkontrollenheter kan variere, og det kan derfor være nødvendig å bestemme innstillinger for målhytermi og normotermi på individuelle enheter.</li>
</ol>3. Induksjon av klinisk oppnåelig gradvis hypotermi uten aktiv hudkjøling
<ol><li>Oppnå hypotermi ved å redusere temperaturen på kjernetemperaturen regulert homeothermic varmematte i små trinn til ønsket måltemperatur. I det illustrerte eksemplet (Figur 3B) ble det brukt en økning på 1 °C hvert 30.</li>
	<li>Avkjøl dyret for å målrette temperaturen over ønsket periode (2 timer i eksemplet beskrevet). Når den er avkjølt, hold deg på målet for ønsket intervall. Vanligvis er det ikke nødvendig med ytterligere inngrep hvis de opprettholdes på den homeothermic varmematten som er satt for ønsket måltemperatur.</li>
	<li>Ingen ekstern kjøling er nødvendig med denne protokollen, da anestesi forhindrer normal regulering av kjernetemperaturen. MERK: Isofluran-kravene avtar med hypotermi. Hos de fleste dyr kan en start isoflurankonsentrasjon på 2% reduseres i trinn på 0,1% hver 20-30 min til 1,5% for å opprettholde stabil åndedrettsfrekvens (>50 pust / min), hjertefrekvens og blodtrykk, og bevare undertrykkelse av refleksresponser.</li>
	<li>For å rewarm dyret etter hypotermi, juster varmematten slik at dyret kan omvarme over ønsket intervall. I eksemplet ble rewarming med en enkelt justering til 37 °C (6 på FHC-temperaturkontrollenheten som brukes i eksemplet) oppnådd over en periode på 30 minutter.<ol>
<li>For langsiktige studier som krever dyregjenoppretting, hold dyr i et bur som er plassert halvparten over en varmematte for å tillate dyret å termoregulering og unngå utilsiktet postoperativ hypotermi.</li>
		<li>Rektal paracetamol (250 mg/kg) kan administreres for restitusjon og ovrenight smertelindring. Subkutane saltvannsinjeksjoner (2 x 1,5 ml) kan også gis for å forhindre dehydrering fra anestesi og kirurgiske prosedyrer.</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 ingenting å avsløre.

Prosedyrene beskrevet her er lett implementert, ikke-invasive, og gir pålitelige og reproduserbare reduksjoner i kjerne kroppstemperatur til ønsket måltemperatur.
Det er flere kritiske trinn i den raske kjølemetoden som inkluderer følgende. Ikke overmettet etanolspray - det må tas hensyn til ikke å suge dyret i etanol, da dette vil forstyrre resultatene. Overvåk dyret under hypotermi induksjon- forsiktighet må tas for å nøye overvåke dyrets respons på rask hypotermi induksjon. En nøye klokke med rektal temperatur er viktig for å sikre at temperaturen ikke går under ønsket mål - hvis dette skjer, slå av viftene og la varmelampen forsiktig omvarme dyret tilbake til ønsket mål.
I begge metodene er fysiologisk overvåking viktig for å sikre riktig justering av bedøvelsesdosen. Ved langvarig kjøling kan utilstrekkelig bedøvelsesdose forlenge kjølevarigheten. I dette tilfellet kan isoflurankonsentrasjonen økes til en tilstrekkelig kjølehastighet oppnås. Et annet kritisk trinn er krysskalibrering av temperaturenheter. Når du bruker en temperatursonde regulert varmematte og en datalogger i samme eksperiment, er det best å krysskalibrere dataloggeren med rektal sonde, in vivo, siden det kan være mindre variasjoner i den registrerte temperaturen på de to enhetene.
Disse metodene er egnet for studier som ønsker å utforske bruken av hypotermi som en potensiell behandling for nevrologiske lidelser. Det spesifikke målet med studien bør diktere hvilken metode som brukes. Begge metodene kan klassifiseres som systemisk overflatekjøling, men den andre metoden krever ingen aktiv kjøling. Den gradvise kjølemodellen beskrevet ovenfor har viktige potensielle anvendelser for bruk av hypotermi i iskemisk slagbehandling. Langvarig hypotermi og deres resulterende komplikasjoner utgjør en utfordring for eldre slagpasienter. Videre gjør den skjelvende responsen det vanskelig å oppnå måltemperatur hos noen pasienter10. Mens anti-skjelvende medisinering kan bidra til å redusere den skjelvende responsen, kan gradvis kjøling med kort varighet mer effektivt forbedre problemet. Å ha en kortere kjøleperiode vil også sannsynligvis redusere forekomsten av lungebetennelse som ofte rapporteres i studier. En annen potensiell fordel med denne kortvarige metoden er at hastigheten på omflytting kanskje ikke er like viktig sammenlignet med langvarig kjøling. Svært tidlige kliniske studier av langvarig kjøling hos slagpasienter med store infarkter fant at rask tilbakegang førte til store økninger i intrakranielt trykk (ICP), noe som forverret utfallet og ofte var dødelig. Dette førte til utviklingen av gradvise rewarwarming paradigmer, noe som ytterligere utvidet den totale varigheten av kjøling. Kjøling med kort varighet opprettholder bare måltemperaturen i en kort periode og kan mindre sannsynlig føre til rebound ICP. Tidligere arbeid som har undersøkt hypotermibehandling for ICP-høyde, ved hjelp av en lignende rask kjøle- og omflyttingsprotokoll som de som er beskrevet her, har ikke vist noen rebound ICP-høyde etter omflytting23,24.
Kliniske studier av hypotermi for iskemisk slagbehandling har ikke vært i stand til å oversette fordelene med hypotermi som rapporteres i eksperimentelle studier. Uoverensstemmelsen i kjølehastigheter og varighet mellom eksperimentelle modeller og pasienter er viktige variabler som kan utgjøre dette avviket. Å ha en eksperimentell modell av hypotermi som bedre ligner den kliniske kjølehastigheten, vil tillate en mer informert undersøkelse av fordelene med hypotermi som et behandlingstiltak for slagpasienter.

TH er praksisen med kjølelegeme eller hjernetemperatur for å bevare organets/systemets levedyktighet og funksjon1,2. Hypotermiens rolle i nevrobeskyttelse har blitt undersøkt og har vist fordeler i en rekke prekliniske modeller av nevrologiske sykdommer som hjerneslag3, subarachnoid blødning4, og traumatisk hjerneskade5. Når det gjelder kliniske anvendelser, har TH vist effekt hos pasienter etter hjertestans og i neonatal hypoksisk-iskemisk skade6.
TH-induksjon oppnås ved hjelp av enten overflate- eller endovaskulære kjølemetoder. De fleste prekliniske hypotermistudier utfører overflatekjøling ved å påføre vann eller etanol på dyrets pels, eller ved å bruke et kjøleteppe for å oppnå måltemperatur1. Hos mennesker oppnås systemisk overflatekjøling ved hjelp av ispakker og kjøletepper7,8. Raskere kjøling har vist seg hos pasienter som bruker endovaskulære metoder, som kombinerer en induksjonsinfusjon av kald saltvann gjennom et intravenøst eller intraarteralt kateter, med plassering av en endovaskulær kjøleenhet i den dårligere vena cava9,10. For eksempel kan en moderat måltemperatur på 33 °C nås i 1,5 timer med endovaskulær kjøling sammenlignet med 3-4 timer med overflatekjøling hos pasienter11. Den endovaskulære tilnærmingen har også blitt mer populær de siste årene fordi det har blitt rapportert å redusere noen av bivirkningene sett i systemisk overflatekjøling, for eksempel skjelving12,13. Den europeiske multisenter, randomiserte fase III kliniske studien av hypotermi for iskemisk slag (EUROHYP-1) brukes for det meste overflatekjøling14. Resultater som nylig ble publisert fra denne studien viste at skjelving var en stor komplikasjon og kan ha begrenset evnen til å oppnå måltemperaturen10. Den skjelvende responsen er kjent for å være primært drevet av hudtemperatur. Noen anstrengelser har blitt gjort for å utvikle en gnager endovaskulær kjølemetode15, men teknikkens svært invasive natur sammenlignet med den som brukes hos mennesker, risikerer å forvirre eventuelle resultater oppnådd fra den modellen.
Temperatur er nøkkelen modulator av biologiske prosesser i kroppen og er tett regulert av homeostase. Derfor kan enhver manipulering av kroppstemperaturen ha forbundet risiko. Kjølevarighet er en faktor som kan ha begrenset suksessen til hypotermi kliniske studier. Disse studiene bruker en langvarig kjølemetode, med mange opprettholdende hypotermi fra 24-72 h11. Denne forlengede varigheten utgjør en risiko for infeksjon under kjøleprotokollen. Lungebetennelse er den vanligste komplikasjonen fra hypotermi, som påvirker mellom 40-50% av pasientene som gjennomgår prosedyren13. Dette er i motsetning til det som normalt ses i dyrestudier av hypotermi der et kortvarig paradigme brukes (1-6 h)3. Suksessen til disse prekliniske dyrestudiene vil sannsynligvis resultere i tilpasning av kortvarig hypotermi for bruk i kliniske studier. Som et resultat er det nødvendig å ha en dyremodell med kort varighet hypotermi som ligner kjølehastighetene til fremtidige kliniske studier. Ytterligere detaljer om andre temperaturparametere og gyldigheten av kortvarighetshypotese har blitt diskutert i flere gjennomgangsartikler1,16,17,18.
Demonstrert her er en gradvis modell for kjøling som er mer klinisk oppnåelig enn dagens eksperimentelle hypotermimodeller. Denne nye metoden har en mye langsommere kjølehastighet, og derfor er tiden for å målrette temperaturen nærmere rekkevidden til de som er sett i kliniske studier av hypotermi11. Det unngår også direkte overflatekjøling, som har spesifikke fysiologiske effekter, og kan derfor være mer sammenlignbar med endovaskulær kjøling, som har vært den mest brukte kjølemetoden i kliniske studier9,12. Denne modellen gjør at dyr kan avkjøles gradvis over 2 timer etterfulgt av en kort periode med vedlikehold ved måltemperatur. I tillegg er den raske kjøling kortvarighetshypotesemetoden19 også demonstrert. Den raske kjølemetoden gjør at måltemperaturen kan oppnås raskt etter hypotermi utbruddet. Selv om denne tilnærmingen ikke er så klinisk relevant som den gradvise kjølemetoden, er den nyttig for studier som tar sikte på å utforske mekanismene for hypotermi nevrobeskyttelse for potensielt å etterligne sine kraftige nevrobeskyttende effekter farmakologisk. Denne metoden har også potensielle anvendelser utenfor nevrovitenskap og kan tilpasses et hvilket som helst antall prekliniske studier. En annen fordel med begge metodene sammenlignet med andre tilnærminger er at de er billige og ikke krever spesialutstyr. Til slutt demonstrerer denne protokollen også implantasjon av temperaturdataloggere, siden postoperativ oppvarming og overvåking derav er viktig for å forhindre utilsiktet postoperativ hypotermi, med potensial til å forvirre studieresultater20.

<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 kraftig nevrobeskyttende strategi som har gitt robuste bevis for nevrobeskyttelse i prekliniske studier av nevrologiske lidelser. Til tross for sterke prekliniske bevis, har TH ikke vist effekt i kliniske studier av de fleste nevrologiske lidelser. De eneste vellykkede studiene med terapeutisk hypotermi var relatert til hjertestans hos voksne og hypoksisk iskemisk skade hos nyfødte. Videre undersøkelser av parametrene for bruken, og studiedesignsammenligninger mellom prekliniske og kliniske studier, er berettiget. Denne artikkelen demonstrerer to metoder for kort varighet hypotermi induksjon. Den første metoden gir mulighet for rask hypotermiinduksjon hos rotter ved hjelp av etanolspray og vifter. Denne metoden fungerer ved å kjøle huden, som har vært mindre vanlig brukt i kliniske studier og kan ha forskjellige fysiologiske effekter. Kjøling er mye raskere med denne teknikken enn det som kan oppnås hos menneskelige pasienter på grunn av forskjeller i overflateareal til volumforhold. Sammen med dette presenteres også en annen metode, noe som gir en klinisk oppnåelig kjølehastighet for kortvarighetshypotese. Denne metoden er enkel å implementere, reproduserbar og krever ikke aktiv hudkjøling.

Figur 3A er en representasjon av hvordan en Wistar-rotte reagerer på hypotermi ved hjelp av den raske kjølemetoden. Hypotermiinduksjon oppnås ved bruk av vifter og 70% etanolspray. Hypotermi til et mål på 32,5 °C oppnås på 15 minutter. Det må utvises forsiktighet for å sikre et delikat samspill mellom bruk av vifter/ varmelampe og etanolspray for å opprettholde måltemperaturen. Som det fremgår av figur 3A, observeres en liten temperaturovershoot, noe som kan oppstå hvis kjøling ikke opphører fra ca. 0,5 °C over måltemperaturen. Målet opprettholdes og stabiliseres ved 30 min-merket og omvarselet er igangsatt ved 1,5 timer.
Figur 3B viser den gradvise protokollen der måltemperaturen til 33 °C nås ved 2 timer og opprettholdes i 30 minutter før den omvarmes ved 2,5 timer. Her justeres temperaturen i trinn som forlenger varigheten som er nødvendig for å nå måltemperaturen. Loddrette prikkede linjer i begge diagrammene representerer varigheten av kjølingen.
Figur 3A og figur 3B er hentet fra datalogger-enheten. I begynnelsen av eksperimentet er dataloggeren programmert til å starte opptak før implantasjon. På slutten av eksperimentet fjernes dataloggeren fra dyret og kobles til den medfølgende temperaturleseren via USB-port. Programvaren (f.eks. eTemperature) leser og genererer dataene, som deretter kan eksporteres til en regnearkprogramvare.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62325/62325fig02.jpg"> Figur 2: Oppsett av rask kjøleprotokoll. (A) To vifter (svart pil) var plassert over nedre ryggområde på rotten. Ved hypotermiinitiering ble begge viftene slått på og etanolspray ble påført på korsryggen. Kombinasjonen av etanol og viften letter og akselererer hypotermi for raskt å oppnå måltemperatur. (B) En varmelampe (hvit pil) ble brukt til å forhindre hypotermiovershoot. Når måltemperaturen var nådd, ble varmelampen brukt til å forhindre at rottekjernetemperaturen falt lavere. Når målet hadde stabilisert seg, ble varmelampen og/eller den gjenværende viften slått <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62325/62325fig02large.jpg" target="_blank">av. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62325/62325fig03.jpg"> Figur 3: Hypotermiinduksjon ved hjelp av aktive (A) og gradvise (B) metoder. (A) Måltemperaturen ble nådd i 15 min ved hjelp av den aktive kjøleprosessen og ble opprettholdt i 60 minutter i eksemplet ovenfor før dyret ble varslet på nytt. (B) Måltemperaturen ble nådd i 2 timer ved hjelp av den gradvise kjølemetoden og ble opprettholdt i 30 minutter før dyret ble varslet på nytt. Skyggelagte områder i begge grafene representerer tidspunkter der måltemperaturen ble opprettholdt. Prikkede vinkelrette linjer i begge diagrammene refererer til den totale kjølevarigheten. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62325/62325fig03large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</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 artikkelen beskriver to metoder for kort varighet av hele kroppen hypotermi induksjon hos rotter. Den første, raske induksjonsmetoden bruker aktiv kjøling ved hjelp av vifter og etanolspray for en rask temperaturreduksjon. Den andre metoden er en gradvis kjølemetode. Dette oppnås ved hjelp av kombinasjonen av isofluranbedøvelse og reduksjon av temperaturinnstillinger på den homeothermic varmematten. Dette resulterer i en gradvis reduksjon i kjernetemperaturen uten bruk av eksterne kjøleenheter.

Hypotermiinduksjon med kort varighet hos rotter ved hjelp av modeller for studier som undersøker 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 kjøleprotokollen har en lavere kjølehastighet enn dagens eksperimentelle metoder. Denne modellen er klinisk relevant fordi tiden for å målrette temperaturen er nærmere det menneskelige området. Den største fordelen med disse teknikkene er deres enkelhet og billighet.I tillegg krever disse modellene ikke spesialutstyr. Den kliniske kjølehastigheten oppnådd fra den gradvise modellen vil tillate mer informert preklinisk undersøkelse av fordelene med hypotermi som et behandlingstiltak for slagpasienter. Begynn med å plassere en bedøvet rotte på en kirurgisk varmematte i liggende stilling med nesen i en kjegle.Sikre nesen med kirurgisk tape. Barber pelsen fra under høyre underliv og injiser subkutant 200 mikroliter på 0,05% bupivacaine som lokalbedøvelse. Påfør antiseptisk løsning på det nybarberte området.Lag et to centimeter langsgående snitt langs høyre bukregion proksimalt til høyre lår dypt nok til å eksponere plassen ved ventral lårkropp og bruk hemostater og tang for å lage en lomme under huden stor nok til å holde en dataloggerenhet. Sett inn dataloggerenheten for temperaturovervåking i lommen og bruk 5-0 suturer for å lukke muskelen og huden, og sørg for at dataloggeren ikke hviler mot varmematten. For å indusere aktiv hypotermi, førsteplass en retort stativ med en klemme 20 centimeter fra hodet på rotten og 120 centimeter fra underlivet og fest en 60 millimeter 12 volt vifte med minst 4000 rotasjoner per minutt innstilling til hvert stativ med viftene rettet mot nedre baksiden av rotten.Juster varmematten til ønsket måltemperatur for å starte hypotermi og slå på begge viftene. I utsatt posisjon, bruk tre eller fire sprayer på 70% etanol hvert femte minutt på baksiden av rotten mens du ruffling pelsen for raskere kjøling induksjon og mens nøye overvåke rektal temperatur. Stopp etanolapplikasjonen når rektaltemperaturen er innenfor en grad av måltemperaturen.Når temperaturen er innenfor 0,5 grader av målet, slå av viftene slik at temperaturen faller sakte til målet uten overkjøling. Ved overkjøling, erstatt en vifte med en dyrevarmelampe og bruk varmelampen til å mildt varme dyret tilbake til måltemperaturen. Når måltemperaturen er nådd og stabilisert, må du overvåke temperaturen for den gjenværende hypotermiperioden.På slutten av hypotermisk periode, sett varmematten til 37 grader Celsius og la dyret termoregulere over en 30-minutters periode. For å indusere klinisk oppnåelig gradvis hypotermi, reduser temperaturen på kjernetemperaturregulerte hjemmekotermiske varmematter i små trinn for å oppnå hypotermi innen en bestemt forhåndsbestemt tidsperiode. Når måltemperaturen er nådd, opprettholder du måltemperaturen for ønsket intervall uten ekstern kjøling.For å rewarm dyret på slutten av den hypotermiske perioden, juster varmematten slik at rotten kan omvarme til 37 grader Celsius over ønsket tidsintervall. Når en av typene hypotermieksperiment er fullført, fjerner du dataloggeren for å tillate analyse av de registrerte kroppstemperaturene. I denne analysen ble hypotermi oppnådd med rask kjøling til en måltemperatur på 32,5 grader Celsius på 15 minutter som vist.En liten temperaturoverskytning på grunn av manglende stopp av kjølingen fra ca. 0,5 grader Celsius over måltemperaturen kan observeres. Måltemperaturen ble opprettholdt i 30 minutter og omvarslingen ble igangsatt på 1,5 timer. I dette eksperimentet ble den gradvise hypotermiinduksjonsmetoden brukt til å tillate at måltemperaturen på 33 grader Celsius kunne nås om to timer.Måltemperaturen ble opprettholdt i 30 minutter før omflytting på 2,5 timer. Den gradvise kjøleteknikken fører oss til å undersøke om en mer klinisk relevant kjølehastighet vil forhindre intrakraniell trykkforhøyelse etter iskemisk slag 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 av hjerteinfarkt

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

Gen-miljø interaksjonsmodeller for å avdekke følsomhetsmekanismer ved Parkinsons sykdom

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 av Cotton Rat i studier for de prekliniske Evaluering av Onkolytiske virus

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

Metodikk for Sputum induksjon og laboratoriet 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

Prøvetaking strategier og behandling av Biobank fra svin biomedisinsk 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 av nyrefunksjon i musen modeller av Glomerular sykdom

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 Invasiv metode for å indusere hjerteinfarkt hos rotter og vurdering av hjertefunksjon av et isolert arbeidshjertesystem

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 kjemiske skader på hornhinneepitel

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

Transøsofageal atrieutbruddspakking for atrieflimmerinduksjon hos rotter

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