Tanulmány egy új klinikai eszközről a test belső hőmérsékletének csökkentésére

Bevezetés:

A test maghőmérsékletének gyors és hatékony manipulálása számos területre hatással lenne, és valóban átalakuló potenciállal rendelkezik. A testhőmérséklet változtatásának messze a legjobb módja a hűtött vagy felmelegített vér perfúziója, mivel az emberi test érrendszere a diffúz mikrokeringésnek köszönhetően csodálatosan egyensúlyba kerül a testtel és különösen a test magszöveteivel. Ez a folyamat azonban meglehetősen invazív, és a mai napig a nem invazív technikák többnyire különböző felületi hőátadási mechanizmusok körül forogtak, amelyek végső soron viszonylag gyengébb vezetési hőátadáson alapulnak.

Grahn és munkatársai a Stanford Egyetemen új technikát azonosítottak a bőr és a testmag közötti hőátadás sebességének akár tízszeresére történő növelésére a keringési rendszer konvektív erejének teljesen noninvazív módon történő kihasználásával. 1, 2]. Rendszerünk a Stanford-eszköz származéka, de sok lényeges dologban különbözik.

Egy jól érthető és így módosítható rendszer, amely képes gyors mesterséges hőátadásra, szinte korlátlan alkalmazási lehetőséget kínál, beleértve az akut agyi trauma kezelését (ahol a kezelés legnagyobb kihívása az azonnali hipotermia előidézése), a sportteljesítmény fokozását, a katonai műveleteket és az agyi sérülések javítását. olyan iparágak, amelyekben a munkavállalók rendkívüli hőterhelésnek vannak kitéve.

A technológia/eszköz leírása:

A technológia kétlépéses folyamatként működik, amely abból áll, hogy először serkenti a véráramlást az AVA-khoz, másodszor pedig lehűti a kopasz bőrt, amelyen keresztül a vér áramlik. Ennek megfelelően az eszköz két részből áll: egyrészt egy véráramlást serkentő forrásból, másrészt egy felületi hőcserélőből, amely lehűti a kopasz bőrt, és ezáltal a rajta átáramló vért, amely ezt követően visszaáramlik a testmagba, ahol lehűti a szöveteket.

A kísérlet során két különálló stimulációs eszközt tesztelnek:

• Transzkután elektromos idegstimuláció (TENS) – Az FDA által jóváhagyott TENS egység felületi elektródákon keresztül áramot küld a bőrön keresztül, hogy stimulálja az AVA érszűkületét szabályozó idegeket. Ez a stimuláció értágító hatást hoz létre az AVA-kban, lehetővé téve a véráramlás növekedését.
• Enyhe hőstimuláció a nyaki gerincet fedő bőr mentén, hogy vezérlőjelet küldjön az AVA-k értágítására, és fokozott véráramlást biztosítson a kopasz bőrön. Erre a célra az FDA által jóváhagyott elektromos fűtőbetétet használnak 42°C vagy annál alacsonyabb hőmérsékleten.

A hűtést úgy érik el, hogy vízperfúziós hólyagokat helyeznek a kézre és a lábakra. A víz a hólyagokon keresztül egy belső szivattyúval ellátott tárolótartályba kering, és egy termoelektromos hűtő szabályozza a víz hőmérsékletét. A víz hőmérséklete 20°C vagy magasabb lesz.

Kutatási ösztönzés:

A csupasz (nem szőrös) bőr AVA-struktúrái a szervezet természetes hőszabályozó rendszerének egyik összetevője. Az AVA-k anatómiáját és morfológiáját nagymértékben leírták a szakirodalomban, pl. Sherman [6]. Úgy gondolják, hogy a feltételezett pre-AVA sphincterek az AVA-kon keresztül történő perfúzió elsődleges szabályozói, függetlenül az AVA-vazodilatáció szintjétől. Ha az AVA-k teljesen ki vannak tágítva, de a záróizom zárva van, akkor a vér összegyűlik a kitágult AVA-kban, de a véráramlás, amely elengedhetetlen a maggal való hőcseréhez, minimális lesz. A kapillárisok perfúziójával ellentétben, amelyet nagymértékben a helyi körülmények szabályoznak, az AVA-kon keresztüli áramlás többnyire központilag közvetített, és elsősorban a gazdag szimpatikus beidegzés által biztosított érösszehúzó tónus szabályozza [7-10]. A szimpatikus érszűkítő hangot, amely az idő múlásával jellegzetesen oszcillálni látszik, a központi idegrendszer homeosztatikus központjai szabályozzák, amelyek reagálnak a különböző központilag elhelyezkedő maghőmérséklet-receptorokra. Ennek a vezérlőrendszernek és effektormechanizmusainak teljes belső működése nem teljesen érthető vagy számszerűsíthető, és más tényezők bizonyos mértékig befolyásolják az AVA véráramlását, mint például a bőr helyi hőmérséklete, a vazoaktív metabolitok jelenléte, a testmozgás szintje és a különböző ingerek stimulálása. perifériás termikus helyek. A Diller laboratóriumban végzett közelmúltbeli munkák rávilágítottak az utóbbiban rejlő lehetőségekre. A laboratórium azonosította a bőr azon régióit, amelyek nem energetikailag hőstimuláltak (kis területen felmelegítve, hogy ne melegedjenek fel jelentős térfogatot), hogy az AVA értágulatát kiváltsák. Feltételezzük, hogy ezek a helyek fontos termoafferens érzékelőket tartalmaznak, amelyek hatással vannak a szabályozó vezérlő központi komponensére (hipotalamuszra).

Kutatócsoportunk számára leginkább az a képesség, hogy normoterm állapotból enyhe hipotermiát idézzünk elő. Optimális fejlesztés esetén a test maghőmérsékletének mindössze 2-4°C-os csökkentését előidézni képes eszköz óriási hatást gyakorolhat különféle egészségügyi állapotok és/vagy vészhelyzetek kezelésére, beleértve a szívmegállást, a súlyos agysérülést és a stroke-ot. Köztudott, hogy a traumás fizikai sérülés és/vagy ischaemia következtében fellépő szövetelhalás csökkenthető terápiás hipotermiával a sejtanyagcsere hőmérséklet-függése és a károsodott szövetekben végbemenő összetett, destruktív biokémiai folyamatok miatt [12].

A terápiás hipotermia nagy hatást fejt ki különféle állatmodellekben; ezeknek az eredményeknek a klinikai területre történő átültetése azonban nagyon nehéz volt. A lehetséges fajok közötti fiziológiai különbségek mellett a kutatók képesek sérülést okozni és a kutató állatok magját nagyon ellenőrzött módon lehűteni, és ami a legfontosabb, a sérülés után nagyon hamar megtörténik a hűtés. Ezekből a kísérletekből azt sugallták, hogy a „lehetőségek ablaka” körülbelül 90 perccel a sérülés után létezik, amely után az enyhe hipotermia miatt alig vagy egyáltalán nem jelentkezik terápiás hatás. Sőt, ez a 90 perces küszöb önmagában is megnyújtás lehet, és a 60 perces ablakon belüli hűtés lehet a legmegfelelőbb. Klinikailag az előbbi és bizonyára az utóbbi ablakokon belüli hűtés szinte soha nem sikerült. Ennek számos oka van: a sérülés és a beteg mobilizálása közötti idő, a sürgősségi ellátó intézménybe szállítás, a beteg kezdeti felmérése a kórházi körülmények között, és ami a legfontosabb az élettani tudomány szempontjából, a gyors és hatékony módszerek hiánya. hogy lehűtse a testmagot. Az emberi test egyszerű méretének és geometriájának köszönhetően sokkal nehezebben fűthető vagy hűthető, mint például a patkánymodell. Ez különösen igaz a vezetőképes hőátadási mechanizmusokra (amin a legtöbb jelenlegi noninvazív terápiás hipotermia-megvalósítás alapul), mivel a felület és a termikus tömeg térfogat aránya viszonylag kicsi [3].

Reméljük, hogy a gyors maghőmérséklet-manipuláció problémája drasztikusan javítható, különösen a kopasz bőr AVA-in keresztül történő konvektív hőátadás alkalmazásával. Ezekben a kísérletekben egy optimalizált kombinatorikus protokollra gondolunk, amely a kopasz területek nagy lefedettségét (mindkét tenyér és lábfej), az átlagos bőrhőmérséklet manipulálását, és különösen a test bizonyos részein elhelyezkedő perifériás termoafferens érzékelők optimalizált stimulálását használja fel. gerinc, enyhe hipotermia indukciót tesz lehetővé, annak ellenére, hogy ütközik a hőszabályozó vezérlővel. Különösen reméljük, hogy a fontos termoafferensek manipulálása lehetővé teszi számunkra, hogy "becsapjuk" a vezérlőt, és megkerüljük annak hatékony érszűkítő jelét.