降低体核温度的新型临床装置的研究

介绍：

快速有效地控制身体核心温度的能力将影响许多领域，具有真正的变革潜力。 到目前为止，影响体温变化的最佳方法是灌注冷却或加热的血液，因为人体的脉管系统与身体特别是由于弥漫性微循环而与身体核心组织的平衡非常好。 然而，这个过程非常具有侵入性，迄今为止的非侵入性技术主要围绕各种表面传热机制展开，这些机制最终依赖于相对较差的传导传热。

斯坦福大学的 Grahn 等人发现了一种新技术，通过以完全无创的方式利用循环系统的对流能力，可以将皮肤和身体核心之间的热传递速率提高十倍 [ 1, 2]。 我们的系统是斯坦福设备的衍生产品，但在许多重要方面有所不同。

一个易于理解并因此可修改的能够快速人工传热的系统具有几乎无限的潜在应用，包括治疗急性脑外伤（其中治疗的最大挑战是引起立即体温过低）、运动表现增强、军事行动和增强工人承受极端热应力的行业。

技术/设备描述：

该技术分为两个步骤，包括首先刺激血液流向 AVA，然后冷却血液流经的无毛皮肤。 因此，该装置由两个部分组成：首先是一个血流刺激源，其次是一个表面热交换器，用于冷却无毛皮肤，从而使流过它的血液随后流回身体核心，在那里冷却这些组织。

试验中将测试两种不同的刺激方式：

• 经皮神经电刺激 (TENS) - 经 FDA 批准的 TENS 装置通过皮肤表面电极发送电流，以刺激控制 AVA 血管收缩状态的神经。 这种刺激将在 AVA 中产生血管舒张作用，从而增加血流量。
• 沿着覆盖在颈椎上的皮肤进行温和的热刺激，以发送控制信号以舒张 AVA 并增加流向无毛皮肤的血流量。 FDA 批准的电热垫用于此目的，温度为 42°C 或更低。

冷却将通过将水灌注囊应用于手和脚来实现。 水将通过气囊再循环到带有内部泵的储水箱，热电冷却器调节水温。 水温将在 20°C 或更高。

研究激励：

无毛（无毛）皮肤中的 AVA 结构是人体自然体温调节系统的组成部分之一。 AVA 的解剖学和形态学在文献中有很大程度的描述，例如 谢尔曼[6]。 假定的前 AVA 括约肌被认为是通过 AVA 灌注的主要控制器，无论 AVA 血管舒张水平如何。 如果 AVA 完全扩张，但括约肌关闭，血液将聚集在扩张的 AVA 中，但与核心进行热交换所必需的血液流动将是最小的。 与很大程度上受局部条件调节的毛细血管灌注相反，通过 AVAs 的血流似乎主要由中枢介导，主要由丰富的交感神经支配所产生的血管收缩张力控制 [7-10]。 交感神经血管收缩张力似乎随时间以一种特有的方式振荡，由中枢神经系统的稳态中枢控制，这些稳态中枢对位于中央的各种核心温度感受器作出反应。 该控制系统的完整内部运作及其效应机制尚未完全了解或量化，其他因素在一定程度上影响 AVA 血流，例如局部皮肤温度、血管活性代谢物的存在、运动水平和各种刺激外围热站点。 Diller 实验室最近的工作表明了后者的内在潜力。 该实验室已经确定了可能受到非能量热刺激（在小面积上加热以免加热大量体积）以诱导 AVA 血管舒张的皮肤区域。 我们假设这些站点包含重要的热传入传感器，这些传感器会影响调节控制器的中央组件（下丘脑）。

从正常体温状态诱导轻度低温的能力代表了我们研究小组最感兴趣的应用。 如果开发得当，一种只能使身体核心温度降低 2-4°C 的设备可能会对治疗各种医学疾病状态和/或紧急情况（包括心脏骤停、严重脑损伤和中风）产生巨大影响。 众所周知，由于细胞代谢的温度依赖性以及受损组织中发生的复杂、破坏性生化过程，可以通过治疗性低温减少因创伤性物理损伤和/或缺血引起的组织死亡 [12]。

治疗性低温已被证明对各种动物模型有很大的影响；然而，将这些结果转化为临床领域非常困难。 除了任何可能的种间生理差异外，研究人员能够以非常可控的方式对研究动物的核心部位造成伤害和降温，最重要的是，在受伤后很快就会引起降温。 从这些实验中可以看出，受伤后约 90 分钟存在一个“机会窗口”，此后轻度低温治疗几乎没有或没有治疗效果。 此外，这个 90 分钟的阈值本身可能是一个延伸，在 60 分钟的窗口内降温可能是最合适的。 临床上，几乎从未实现前者和后者窗口内的冷却。 造成这种情况的原因有很多：受伤和患者活动之间的时间、运送到急救机构的时间、在医院环境中对患者的初步评估，最重要的是对于生理科学，缺乏快速有效的方法冷却身体核心。 由于简单的尺寸和几何形状，人体比老鼠模型等更难加热或冷却。 由于表面积与热质量体积的比例相对较小，因此对于传导传热机制（这是大多数当前无创治疗性低温实施所基于的机制）尤其如此 [3]。

我们希望快速控制核心温度的问题可以得到显着改善，特别是通过无毛皮肤的 AVAs 利用对流传热。 在这些实验中，我们相信优化的组合方案利用大面积无毛区域（手掌和脚底）、平均皮肤温度的操纵，以及特别优化位于身体区域（例如沿着身体区域）的外周热传入传感器的刺激脊柱，尽管与体温调节控制器发生冲突，但仍可以进行轻度低温诱导。 我们特别希望对重要热传入的操纵将使我们能够“欺骗”控制器并绕过其有效的血管收缩信号。