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

Detta projekt finansierades av University of Newcastle, Hunter Medical Research Institute (HMRI) Dalara Early Research Career Researcher Fellowship, NSW Health Early-Mid Career Research Fellowship och National Health and Medical Research Council (NHMRC) Australia.

Alla experimentella förfaranden var i enlighet med australiensiska uppförandekoden för vård och användning av djur för vetenskapliga ändamål och godkändes av Animal Care and Ethics Committee vid University of Newcastle (A-2013-343 och A-2020-003). Förutom hypotermi induktionsmetoder som beskrivs nedan, görs följande protokoll rutinmässigt tillsammans med hypotermi: femoral linje cannulation för att övervaka blodtryck och hjärtfrekvens21, och experimentell stroke22.
1. Datalogger implantation
OBS: Datalogger-enheten som används i detta protokoll kunde inte ge realtidsavläsning av kroppstemperatur. Läs ut är möjligt när dataloggern har tagits bort från djuret och anslutits tillbaka till datorn. Som ett resultat används rektaltemperatursonden för att ge realtidsinformation under kylnings- och omvärmningsprocessen. Dessutom är rektalsonden också avgörande för denna metod eftersom den kirurgiska värmemattan som djuret placeras på under proceduren regleras av rektalsondsystemet. Dataloggern tjänar också ett värdefullt syfte att tillhandahålla temperaturdata i fritt rörliga, vakna råttor och är viktig för att säkerställa att normal kroppstemperatur upprätthålls efter omvarning. Därför är båda temperaturövervakningsanordningarna viktiga för detta protokoll.
<ol><li>Söv 10-12 veckor gammal manlig utrasad Wistar råtta med isofluran (5% för induktion och 2-2,5% för underhåll) i en 50% N2 och 50% O2 blandning.</li>
	<li>Efter induktion, placera råttan i benägen position på en kirurgisk värmematta.</li>
	<li>Placera råttan så att näsan sitter i näskonen. Säkra näsan med kirurgisk tejp för att säkerställa att inga gaser läcker ut.</li>
	<li>Raka pälsen från nedre högra buken och injicera platsen subkutant med en lokal bedövningsmedel, Bupivacaine 0,2 ml, 0,05%.</li>
	<li>Applicera antiseptisk lösning på den nyrakade regionen.</li>
	<li>Använd steriliserade kirurgiska verktyg, gör ett 2 cm längsgående snitt längs rätt bukregion, proximalt till höger lår. Gör snittet tillräckligt djupt för att exponera utrymmet vid ventrala lårvecket.</li>
	<li>Använd hemostater och tång för att skapa en "ficka" under huden som är tillräckligt stor för att hålla enheten.</li>
	<li>Sätt in temperaturövervakningsdataloggerenheten i fickan och stäng muskeln och huden med 5-0 silkessuturer. Den subkutana metoden som beskrivs här föredras framför metoden intra-peritoneal eftersom den är mindre invasiv och möjliggör bättre återhämtning efter förfarandet.</li>
	<li>Se till att datalogger och rektalsond korskalibreras för temperaturövervakning (se Diskussion).</li>
	<li>Se till att dataloggern inte vilar mot djurets värmematta efter insättning, eftersom detta kommer att påverka temperaturavläsningarna.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62325/62325fig01.jpg"> Bild 1:Implantation av dataloggeranordning. (A) Paneler från vänster till höger visar ett snitt på cirka 2 cm som görs på höger sida av råttans underliv. B)Temperaturövervakningsdatalogger sattes in subkutant i ficksnittet. ( C) Snittet avslutades med nylon suturer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62325/62325fig01large.jpg" target="_blank">Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.</a>
2. Induktion av aktiv (snabb) hypotermi för mekanistiska studier
<ol><li>Konfigurerad för hypotermi (se figur 2). Placera två svarsstativ med klämmor på vardera sidan av råttans kropp.</li>
	<li>Fäst en 60 mm 12 v/130 mA fläkt på varje retortställ så att fläktarna är riktade mot råttans nedre rygg. Avståndet mellan klämman och råttan är ca 20 cm. Fläkten som används måste ha en hastighet på 4 000 varv/min.</li>
	<li>Ha en djurvärmelampa redo antingen vid sidan eller på ett tredje retortställ.</li>
	<li>Börja hypotermi genom att justera djurvärmemattan till önskad måltemperatur. I det här exemplet är 32,5 °C måltemperaturen (3,75 på temperaturregleringsenheten).</li>
	<li>Slå på båda fläktarna och applicera tre till fyra sprayer med 70% etanol (standard plastsprayflaska) på råttans nedre rygg. Ruffle djurpäls vid sprutning för snabbare kylinduktion. OBS: Etanol används som en föredragen lösning framför vatten eftersom den har en snabbare avdunstningshastighet och därför resulterar i snabbare hypotermiinduktion.</li>
	<li>Var försiktig så att du inte övermättar pälsen, eftersom detta kan bidra till att överskrida måltemperaturen. OBS: Fläktarna kommer att påskynda avdunstning av etanol och kylningsprocessen.</li>
	<li>Tillåt korta intervaller mellan etanoltillämpningarna samtidigt som du håller ett öga på råttans rektaltemperatur.</li>
	<li>Upphör med ytterligare applicering av etanol när rektaltemperaturen når inom 1 °C från måltemperaturen.</li>
	<li>Stäng av båda fläktarna när temperaturen har nått inom 0,5 °C från måltemperaturen (33 °C i detta fall). OBS: Om du stänger av fläktarna innan måltemperaturen uppnås kan råttan inte överkylas utöver önskad temperatur.</li>
	<li>Låt temperaturen sjunka till 32,5 °C.<ol>
<li>Om överkylning sker, använd djurvärmelampan för att milt värma djuret tillbaka upp till målet. Hjälp av en fläkt kan användas för att förhindra ett omvärmningsöverskridande.</li>
	</ol>
</li>
	<li>När måltemperaturen har uppnåtts och stabiliserats fortsätter du att övervaka temperaturen. Temperaturen förblir vanligtvis mycket stabil under återstoden av hypotermiperioden utan behov av sprutning, användning av fläktar eller användning av värmelampa.</li>
	<li>För att rewarm djuret i slutet av hypotermi, justera värmemattans temperatur tillbaka till 37 °C (6 på temperaturkontrollenheten som används i detta exempel) och låt djuret termoregrerera under en 30-minuters period. OBS: Temperaturinställningarna på temperaturregleringsenheter kan variera och det kan därför vara nödvändigt att bestämma inställningar för målhypotermi och normotermi på enskilda enheter.</li>
</ol>3. Induktion av kliniskt uppnåelig gradvis inset hypotermi utan aktiv hudkylning
<ol><li>Uppnå hypotermi genom att sänka temperaturen på den kärntemperaturreglerade hometermiska värmemattan i små steg till önskad måltemperatur. I det illustrerade exemplet( figur 3B) användes en ökning på 1 °C var 30:e minut.</li>
	<li>Kyl djuret för att rikta temperaturen under önskad period (2 h i det beskrivna exemplet). När du har svalnat, håll dig vid målet under önskat intervall. Vanligtvis krävs ingen ytterligare intervention om de upprätthålls på den homeotermiska värmemattan inställd för önskad måltemperatur.</li>
	<li>Ingen extern kylning är nödvändig med detta protokoll eftersom anestesi förhindrar normal reglering av kroppstemperaturen. OBS: Isoflurankraven minskar med hypotermi. Hos de flesta djur kan en startkoncentration på 2% minskas i steg om 0,1% var 20-30 min till 1,5% för att upprätthålla stabil andningshastighet (>50 andetag/ min), hjärtfrekvens och blodtryck och bevara undertryckande av reflexsvar.</li>
	<li>För att rewarm djuret efter hypotermi, justera värmemattan så att djuret kan rewarm över önskat intervall. I exemplet uppnåddes omvärmning med en enda justering till 37 °C (6 på FHC-temperaturregleringsenheten som används i exemplet) under en 30-minuters period.<ol>
<li>För mer långsiktiga studier som kräver djuråtervinning, håll djur i en bur som placeras hälften över en värmematta så att djuret kan termoregrerera och för att undvika oavsiktlig postoperativ hypotermi.</li>
		<li>Rektal paracetamol (250 mg/kg) kan administreras för återhämtning och ovrenight smärtlindring. Subkutana saltlösning injektioner (2 x 1,5 mL) kan också ges för att förhindra uttorkning från anestesi och kirurgiska ingrepp.</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>

Författarna har inget att avslöja.

De procedurer som beskrivs här är lätt genomförda, icke-invasiva och ger tillförlitliga och reproducerbara minskningar av kroppstemperaturen till önskad måltemperatur.
Det finns flera kritiska steg i snabbkylningsmetoden som inkluderar följande. Övermätta inte etanolspray - var försiktig så att du inte blötlägger djuret i etanol, eftersom detta kommer att störa resultaten. Övervaka djuret under hypotermi induktion- försiktighet måste vidtas för att noggrant övervaka djurs svar på snabb hypotermi induktion. En noggrann bevakning av rektaltemperaturen är viktig för att säkerställa att temperaturen inte går under önskat mål - om detta händer, stäng av fläktarna och låt värmelampan försiktigt rewarm djuret tillbaka upp till önskat mål.
I båda metoderna är fysiologisk övervakning viktigt för att säkerställa lämplig justering av bedövningsdosen. För långvarig kylning kan otillräcklig bedövningsdos förlänga kyltiden. I detta fall kan isoflurankoncentrationen ökas tills en tillräcklig kylhastighet uppnås. Ett annat kritiskt steg är korskalibreringen av temperaturenheter. När du använder en temperatursondreglerad värmematta och en datalogger i samma experiment är det bästa praxis att korskalibrera dataloggern med rektalsonden in vivo, eftersom det kan finnas mindre variationer i den registrerade temperaturen på de två enheterna.
Dessa metoder är lämpliga för studier som vill utforska användningen av hypotermi som en potentiell behandling för neurologiska sjukdomar. Det specifika syftet med studien bör diktera vilken metod som används. Båda metoderna kan klassas som systemisk ytkylning, men den andra metoden kräver ingen aktiv kylning. Den gradvisa kylmodellen som beskrivs ovan har viktiga potentiella tillämpningar för användning av hypotermi vid behandling av ischemiska stroke. Långvarig hypotermi och deras resulterande komplikationer utgör en utmaning för äldre stroke patienter. Dessutom gör det darrande svaret det svårt att uppnå måltemperatur hos vissa patienter10. Medan anti-darrande medicinering kan bidra till att minska det darrande svaret, kan kortvarig gradvis kylning mer effektivt lindra problemet. Att ha en kortare kylperiod kommer sannolikt också att minska förekomsten av lunginflammation som ofta rapporteras i prövningar. En annan potentiell fördel med denna kortvariga metod är att omvärmningshastigheten kanske inte är lika viktig jämfört med långvarig kylning. Mycket tidiga kliniska studier av långvarig kylning hos strokepatienter med stora infarkter fann att snabb omvärmning ledde till stora höjder i intrakraniellt tryck (ICP), vilket försämrade resultatet och ofta var dödligt. Detta ledde till utvecklingen av gradvisa omvärmningsparadigmer, vilket ytterligare förlängde kylningens totala varaktighet. Kortvarig kylning bibehåller endast måltemperaturen under en kort period och kan mindre sannolikt resultera i rebound ICP. Tidigare arbete som har undersökt hypotermibehandling för ICP-höjd, med ett liknande snabbt kylnings- och omvärmningsprotokoll som de som beskrivs här, har inte visat någon rebound ICP-höjd efter omvarning23,24.
Kliniska prövningar av hypotermi för behandling med ischemisk stroke har inte kunnat översätta fördelarna med hypotermi som rapporteras i experimentella studier. Felmatchningen i kylningshastigheter och varaktighet mellan experimentella modeller och patienter är viktiga variabler som kan förklara denna diskrepans. Att ha en experimentell modell av hypotermi som bättre liknar den kliniska kylhastigheten kommer att möjliggöra en mer informerad undersökning av fördelarna med hypotermi som en behandlingsåtgärd för strokepatienter.

TH är praxis att kyla kropps- eller hjärntemperatur för att bevara livskraften och funktionen hos organet / systemet1,2. Hypotermiens roll i neuroprotection har undersökts och har visat fördelar i en rad prekliniska modeller av neurologiska sjukdomar som stroke3,subarachnoid blödning4, och traumatisk hjärnskada5. När det gäller kliniska tillämpningar har TH visat effekt hos patienter efter hjärtstillestånd och vid neonatal hypoxisk-ischemisk skada6.
TH-induktion uppnås med hjälp av antingen yt- eller endovaskulära kylmetoder. Majoriteten av prekliniska hypotermistudier utför ytkylning genom att applicera vatten eller etanol på djurets päls, eller genom att använda en kylfilt för att uppnå måltemperatur1. Hos människor uppnås systemisk ytkylning med hjälp av ispaket och kylfiltar7,8. Snabbare kylning har visats hos patienter som använder endovaskulära metoder, som parar en induktionsinfusion av kall saltlösning genom en intravenös eller intraartärkateter, med placering av en endovaskulär kylanordning i den sämre vena cava9,10. Till exempel kan en måttlig måltemperatur på 33 °C uppnås i 1,5 timmar med endovaskulär kylning jämfört med 3-4 h med ytkylning hos patienter11. Det endovaskulära tillvägagångssättet har också blivit mer populärt under de senaste åren eftersom det har rapporterats att minska några av de biverkningar som ses i systemisk ytkylning, såsom darrande12,13. Den europeiska multicenter, randomiserade kliniska fas III-studien av hypotermi för ischemisk stroke (EUROHYP-1) som främst används ytkylning14. Resultat som nyligen publicerats från denna studie visade att frossa var en stor komplikation och kan ha begränsat förmågan att uppnåmåltemperaturen 10. Det darrande svaret är känt för att främst drivas av hudtemperatur. Vissa ansträngningar har gjorts för att utveckla en gnagare endovaskulär kylmetod15, men den mycket invasiva karaktären av tekniken jämfört med den som används hos människor, riskerar att förvirra eventuella resultat som erhållits från den modellen.
Temperatur är den viktigaste modulatorn för biologiska processer i kroppen och regleras tätt av homeostas. Därför kan all manipulering av kroppstemperaturen ha associerade risker. Kylning varaktighet är en faktor som kan ha begränsat framgången för hypotermi kliniska prövningar. Dessa försök använder en långvarig kylmetod, med många upprätthålla hypotermi från 24-72 h11. Denna förlängda varaktighet utgör en risk för infektion under kylprotokollet. Lunginflammation är den vanligaste komplikationen från hypotermi, som drabbar mellan 40-50% av patienterna som genomgår proceduren13. Detta står i kontrast till vad som normalt ses i djurstudier av hypotermi där ett kortvarig paradigm används (1-6 h)3. Framgången för dessa prekliniska djurstudier kommer sannolikt att leda till anpassning av kortvarig hypotermi för användning i kliniska prövningar. Som ett resultat är det nödvändigt att ha en djurmodell av kortvarig hypotermi som liknar kylningsgraden för framtida kliniska prövningar. Ytterligare detaljer om andra temperaturparametrar och giltigheten av kortvarig hypotermi har diskuterats i flera granskningsartiklar1,16,17,18.
Demonstreras här är en gradvis modell av kylning som är mer kliniskt uppnåelig än nuvarande experimentella hypotermi modeller. Denna nya metod har en mycket långsammare kylhastighet och därför är tiden att rikta temperaturen närmare intervallet för dem som ses i kliniska prövningar av hypotermi11. Det undviker också direkt ytkylning, som har specifika fysiologiska effekter, och kan därför vara mer jämförbar med endovaskulär kylning, som har varit den vanligaste kylmetoden i kliniska prövningar9,12. Denna modell gör det möjligt att kyla djuren gradvis över 2 timmar följt av en kort period av underhåll vid måltemperatur. Dessutom demonstreras den snabba kylning kortvariga hypotermimetod 19 också. Snabbkylningsmetoden gör det möjligt att uppnå måltemperaturen snabbt efter hypotermi. Även om detta tillvägagångssätt inte är lika kliniskt relevant som den gradvisa kylningsmetoden, är det användbart för studier som syftar till att utforska mekanismerna för hypotermi neuroprotektion för att potentiellt efterlikna dess kraftfulla neuroprotektiva effekter farmakologiskt. Denna metod har också potentiella tillämpningar utanför neurovetenskap och kan anpassas till valfritt antal prekliniska studier. En annan fördel med båda metoderna jämfört med andra metoder är att de är billiga och inte kräver specialutrustning. Slutligen visar detta protokoll också implantation av temperaturdataloggers, eftersom postoperativ uppvärmning och övervakning av dessa är viktiga för att förhindra oavsiktlig postoperativ hypotermi, med dess potential att förvirra studieresultat20.

<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) är en kraftfull neuroprotektiv strategi som har gett robusta bevis för neuroprotektion i prekliniska studier av neurologiska störningar. Trots starka prekliniska bevis har TH inte visat effekt i kliniska prövningar av de flesta neurologiska sjukdomar. De enda framgångsrika prövningarna med terapeutisk hypotermi var relaterade till hjärtstillestånd hos vuxna och hypoxisk skandinaviska skador hos nyfödda. Ytterligare undersökningar av parametrarna för dess användning och jämförelser av studiedesign mellan prekliniska och kliniska studier är motiverade. Denna artikel visar två metoder för kortvarig hypotermi induktion. Den första metoden möjliggör snabb hypotermiinduktion hos råttor med etanolspray och fläktar. Denna metod fungerar genom att kyla huden, som har använts mindre ofta i kliniska prövningar och kan ha olika fysiologiska effekter. Kylning är mycket snabbare med denna teknik än vad som är möjligt hos mänskliga patienter på grund av skillnader i yt-till-volymförhållande. Tillsammans med detta presenteras också en andra metod, vilket möjliggör en kliniskt uppnåelig kylhastighet för kortvarig hypotermi. Denna metod är lätt att implementera, reproducerbar och kräver inte aktiv hudkylning.

Figur 3A är en representation av hur en Wistar-råtta reagerar på hypotermi med hjälp av den snabba kylmetoden. Hypotermiinduktion uppnås genom användning av fläktar och 70% etanolspray. Hypotermi till ett mål på 32,5 °C uppnås på 15 minuter. Var försiktig så att ett delikat samspel mellan användning av fläktar/ värmelampa och etanolspray säkerställs för att bibehålla måltemperaturen. Som kan ses från figur 3Aobserveras ett litet temperaturöverskridande, vilket kan inträffa om kylningen inte upphör från ca 0,5 °C över måltemperaturen. Målet underhålls och stabiliseras vid 30-minutersmarkeringen och omvärmning initieras vid 1,5 timme.
Figur 3B visar det gradvisa protokoll i vilket måltemperaturen till 33 °C uppnås vid 2 timmar och bibehålls i 30 minuter före omvärmning vid 2,5 timmar. Här justeras temperaturen i steg som förlänger den varaktighet som krävs för att nå måltemperaturen. Vertikala prickade linjer i båda diagrammen representerar kylningens varaktighet.
Figur 3A och figur 3B erhålls från dataloggerenheten. I början av experimentet är dataloggern programmerad att initiera inspelning före implantation. I slutet av experimentet avlägsnas dataloggern från djuret och ansluts till den medföljande temperaturläsaren via USB-porten. Programvaran (t.ex. eTemperature) läser och genererar data, som sedan kan exporteras till ett kalkylbladsprogram.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62325/62325fig02.jpg"> Bild 2: Inrättat snabbkylningsprotokoll. (A) Två fläktar (svart pil) var placerade över råttans nedre ryggområde. Vid hypotermiinitiering var båda fläktarna på och etanolspray applicerades på nedre delen av ryggen. Kombinationen av etanol och fläkten underlättar och accelererar hypotermi för att snabbt uppnå måltemperatur. B)En värmelampa (vit pil) användes för att förhindra hypotermiöverskridande. När måltemperaturen nåddes användes värmelampan för att förhindra att råttans kärntemperatur sjönk något lägre. När målet hade stabiliserats stängdes värmelampan och/eller den återstående fläkten <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62325/62325fig02large.jpg" target="_blank">av. Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62325/62325fig03.jpg"> Figur 3: Hypotermiinduktion med aktiva (A) och gradvisa (B) metoder. (A) Måltemperaturen nåddes på 15 minuter med hjälp av den aktiva kylprocessen och bibehölls i 60 minuter i ovanstående exempel innan djuret rewarmed. B)Måltemperaturen nåddes i 2 timmar med den gradvisa kylmetoden och bibehölls i 30 minuter innan djuret rewarmed. Skuggade områden i båda diagrammen representerar tidpunkter där måltemperaturen bibehållits. Prickade vinkelräta linjer i båda diagrammen avser den totala kyltiden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62325/62325fig03large.jpg" target="_blank">Klicka här om du vill visa en större version av den här 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

Denna artikel beskriver två metoder för hela kroppen kortvarig hypotermi induktion hos råttor. Den första snabba induktionsmetoden använder aktiv kylning med fläktar och etanolspray för en snabb temperatursänkning. Den andra metoden är en gradvis kylmetod. Detta uppnås med hjälp av kombinationen av isofluranbedövning och minskning av temperaturinställningarna på den hematermiska värmemattan. Detta resulterar i en gradvis minskning av kroppstemperaturen i kärnan utan användning av externa kylanordningar.

Kortvarig hypotermiinduktion hos råttor med hjälp av modeller för studier som undersöker klinisk relevans och mekanismer

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

Det gradvisa kylprotokollet har en långsammare kylhastighet än nuvarande experimentella metoder. Denna modell är kliniskt relevant eftersom tiden till måltemperaturen ligger närmare det mänskliga intervallet. Den största fördelen med dessa tekniker är deras enkelhet och billiga.Dessutom kräver dessa modeller inte specialutrustning. Den kliniska kylhastigheten som uppnås från den gradvisa modellen kommer att möjliggöra en mer informerad preklinisk undersökning av fördelarna med hypotermi som behandlingsmått för strokepatienter. Börja med att placera en bedövad råtta på en kirurgisk värmematta i supin position med näsan i en kon.Säkra näsan med kirurgisk tejp. Raka pälsen från nedre högra buken och injicera subkutant 200 mikroliter på 0,05% bupivakain som lokalbedövning. Applicera antiseptisk lösning på den nyrakade regionen.Gör ett två centimeter längsgående snitt längs den högra bukregionen proximalt till höger lår tillräckligt djupt för att exponera utrymmet vid ventrala lårvecket och använd hemostater och tång för att skapa en ficka under huden som är tillräckligt stor för att hålla en datalogganordning. Sätt in temperaturövervakningsdataloggeranordningen i fickan och använd 5-0 suturer för att stänga muskeln och huden, se till att dataloggaren inte vilar mot värmemattan. För att inducera aktiv hypotermi, placera först ett retortställ med en klämma 20 centimeter från råttans huvud och 120 centimeter från underlivet och fäst en 60 millimeters 12 volts fläkt med en rotationsstum på minst 4 000 rotationer per minut på varje stativ med fläktarna riktade mot råttans nedre rygg.Justera värmemattan till önskad måltemperatur för att initiera hypotermi och slå på båda fläktarna. Applicera tre eller fyra sprayer på 70% etanol var femte minut på råttans nedre rygg medan du rufsar pälsen för snabbare kylinduktion och samtidigt noggrant övervakar rektaltemperaturen. Stoppa etanolapplikationen när rektaltemperaturen ligger inom en grad av måltemperaturen.När temperaturen är inom 0,5 grader från målet, stäng av fläktarna så att temperaturen sjunker långsamt till målet utan överkylning. Vid överkylning, byt ut en fläkt mot en djurvärmelampa och använd värmelampan för att milt värma djuret tillbaka upp till måltemperaturen. När måltemperaturen har uppnåtts och stabiliserats, övervaka temperaturen under den återstående hypotermiperioden.I slutet av hypotermisk period, ställ in värmemattan på 37 grader Celsius och låt djuret termoregrerulera under en 30-minuters period. För att inducera kliniskt uppnåelig gradvis uppkomsten av hypotermi, minska temperaturen på den kärntemperaturreglerade hometermiska värmemattan i små steg för att uppnå hypotermi inom en viss förutbestämd tidsperiod. När måltemperaturen har uppnåtts, behåll måltemperaturen för önskat intervall utan extern kylning.För att rewarm djuret i slutet av den hypotermiska perioden, justera värmemattan så att råttan kan rewarm till 37 grader Celsius under önskat tidsintervall. När du har slutfört endera typen av hypotermiexperiment, ta bort datalogggern för att möjliggöra analys av de registrerade kroppstemperaturerna. I denna analys uppnåddes hypotermi med snabb kylning till en måltemperatur på 32,5 grader Celsius på 15 minuter som visats.Ett litet temperaturöverskridande på grund av att man inte lyckats stoppa kylningen från cirka 0,5 grader Celsius över måltemperaturen kan observeras. Måltemperaturen bibehölls i 30 minuter och omvärmning inleddes klockan 1,5 timmar. I detta experiment användes den gradvisa hypotermiinduktionsmetoden för att göra det möjligt att uppnå måltemperaturen på 33 grader Celsius på två timmar.Måltemperaturen bibehölls i 30 minuter innan den återvärmdes vid 2,5 timmar. Den gradvisa kyltekniken får oss att undersöka om en mer kliniskt relevant kylhastighet skulle förhindra intrakraniell tryckhöjning efter ischemisk stroke hos råttor.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Visual och Narrative metoder för att uppnå rättvis process i klinisk vård

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

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

Modeller för genmiljöinteraktion för att avslöja känslighetsmekanismer vid Parkinsons sjukdom

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

Hantering av Cotton Rat i studier för Preklinisk utvärdering av onkolytisk 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

Metodik för Sputum induktion och laboratorium bearbetning

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

Strategier för provtagning och behandling av Biobank vävnadsprover från svin biomedicinska 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

Bedömning av njurfunktion i musmodeller av glomerulär sjukdom

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 metod för att inducera hjärtinfarkt hos råttor och bedömning av hjärtfunktionen av en isolerad working heart system

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 och in vivo djurmodeller för mekaniska och kemiska skador 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

Transesofageal förmakssprängning pacing för förmaksflimmer induktion hos råttor

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