深部体温を下げる新しい臨床装置の研究

序章：

深部体温を迅速かつ効果的に操作する能力は、多くの分野に影響を与え、真に変革の可能性を秘めています。 人体の脈管構造は、びまん性微小循環により、体、特に体のコア組織と見事に平衡を保つため、体温を変化させるための断然最良の方法は、冷却または加温した血液による灌流です。 ただし、このプロセスは非常に侵襲的であり、これまでの非侵襲的技術は、最終的に比較的劣った伝導熱伝達に依存するさまざまな表面熱伝達メカニズムを中心に展開されてきました。

スタンフォード大学の Grahn らは、完全に非侵襲的な方法で循環系の対流力を利用することにより、皮膚と体幹の間の熱伝達率を最大 10 倍増加させる新しい技術を特定しました [ 1、2]。 私たちのシステムはスタンフォード装置から派生​​したものですが、多くの重要な点で異なります。

急速な人工熱伝達が可能な、十分に理解され、したがって修正可能なシステムには、急性脳外傷の治療 (治療に対する単一の最大の課題が即時の低体温症を誘発することである場合)、運動能力の向上、軍事作戦、および労働者が極度の熱ストレスにさらされる産業。

テクノロジー/デバイスの説明:

この技術は、最初に AVA への血流を刺激し、次に血液が流れる無毛の皮膚を冷却するという 2 段階のプロセスとして機能します。 したがって、デバイスは 2 つのコンポーネントで構成されます: 1 つ目は血流刺激源、2 つ目は無毛の皮膚を冷やすための表面熱交換器であり、それによって皮膚を通って流れる血液は体のコアに戻り、そこでそれらの組織を冷却します。

この試験では、2 つの別々の刺激手段がテストされます。

• 経皮的電気神経刺激 (TENS) - FDA 承認の TENS ユニットは、表面電極を介して皮膚を通して電流を送り、AVA 血管収縮の状態を制御する神経を刺激します。 この刺激は、AVA に血管拡張効果をもたらし、血流を増加させます。
• 頸椎を覆う皮膚に沿った穏やかな熱刺激により、制御信号が送られ、AVA が血管拡張し、無毛の皮膚への血流が増加します。 この目的のために、42°C 以下の温度で FDA 承認の電熱パッドが使用されます。

冷却は、水灌流ブラダーを手足に適用することによって達成されます。 水はブラダーを通って内部ポンプを備えた保持タンクに再循環し、熱電冷却器が水温を調整します。 水温は20℃以上になります。

研究インセンティブ:

無毛 (毛のない) 皮膚の AVA 構造は、体の自然な体温調節システムの 1 つの構成要素です。 AVA の解剖学と形態学は文献にかなりの程度記載されています。 シャーマン[6]。 推定プレAVA括約筋は、AVA血管拡張のレベルに関係なく、AVAを介した灌流の主要なコントローラーであると考えられています。 AVA が完全に拡張し、括約筋が閉じている場合、血液は拡張した AVA に溜まりますが、コアとの熱交換に不可欠な血流は最小限になります。 局所条件によって主に調節される毛細血管の灌流とは対照的に、AVA を通る流れは、豊富な交感神経支配によって与えられる血管収縮緊張によって主に制御され、主に中枢で媒介されるように思われます [7-10]。 時間の経過とともに特徴的な方法で振動するように見える交感神経血管収縮緊張は、中枢に位置するさまざまな深部温度受容体に応答する中枢神経系の恒常性センターによって制御されます。 この制御システムとそのエフェクター メカニズムの完全な内部動作は完全には理解または定量化されておらず、局所皮膚温度、血管作動性代謝物の存在、運動レベル、さまざまな刺激など、他の要因が AVA 血流にある程度影響を与えます周辺のサーマル サイト。 ディラー研究室での最近の研究は、後者に固有の可能性を示しています。 研究室では、AVA 血管拡張を誘発するために非エネルギー的に熱的に刺激される可能性がある皮膚の領域を特定しました (かなりの量を温めないように小さな領域を加熱する)。 これらのサイトには、支配コントローラーの中央コンポーネント (視床下部) に影響を与える重要な熱求心性センサーが含まれていると仮定します。

正常体温状態から軽度の低体温を誘発する能力は、私たちの研究グループにとって最大の関心事である。 最適に開発された場合、深部体温を 2 ～ 4 ℃ 下げることができるデバイスは、心停止、重度の脳損傷、脳卒中など、さまざまな医学的疾患状態や緊急事態の治療に大きな影響を与える可能性があります。 外傷性物理的損傷および/または虚血による組織死は、細胞代謝の温度依存性および損傷した組織で発生する複雑で破壊的な生化学的プロセスのために、低体温療法で減少させることができることはよく知られています[12]。

低体温療法は、さまざまな動物モデルで大きな効果があることが示されています。しかし、これらの結果を臨床分野に翻訳することは非常に困難でした。 種間の生理学的な違いの可能性は別として、研究者は非常に制御された方法で研究動物のコアを損傷させ、冷却することができます。最も重要なことは、損傷後すぐに冷却が誘発されることです。 これらの実験から、損傷後約 90 分の「機会の窓」が存在し、その後は軽度の低体温による治療効果がほとんどまたはまったくないことが示唆されています。 さらに、この 90 分のしきい値自体がストレッチである可能性があり、60 分のウィンドウ内での冷却が最も適切な場合があります。 臨床的には、前者の窓、そして確かに後者の窓の冷却はほとんど達成されていません。 これには多くの理由があります: 負傷から患者の動員までの時間、救急医療施設への輸送、病院環境での患者の初期評価、そして最も重要なのは生理学にとって、迅速で効果的な方法の欠如です。体の芯まで冷やします。 単純なサイズと形状のため、人体は、たとえばラット モデルよりも加熱や冷却がはるかに困難です。 これは、熱質量体積に対する表面積の比率が比較的小さいため、伝導性熱伝達メカニズム (現在のほとんどの非侵襲的低体温療法の実装が基づいているもの) に特に当てはまります [3]。

特に無毛皮膚のAVAを介した対流熱伝達を利用することにより、コア温度の急速な操作の問題が大幅に改善されることを願っています. これらの実験では、無毛領域 (手のひらと足の裏の両方) の大規模なカバレッジ、平均皮膚温度の操作、および特に最適化された末梢熱求心性センサーの刺激を利用した最適化された組み合わせプロトコルを信じています。背骨は、体温調節コントローラーとの競合にもかかわらず、軽度の低体温誘導を可能にします。 特に、重要な熱求心性物質を操作することで、コントローラーを「騙し」、効果的な血管収縮信号をバイパスできるようになることを願っています。