Pogingen om de hersenen te koelen tot letsel als gevolg van een beroerte en andere hoofdletsel te verminderen kunnen staan voor een belangrijk obstakel: de huidige koeling apparaten kunnen niet erg diep in de hersenen.
Wetenschappers aan de Washington University School of Medicine in St. Louis wordt gebruikt om ratten een "koude afscherming" effect van de bloedstroom, dat zij eerder theoretisch voorspeld valideren. De afscherming effect, gecreëerd door grote hoeveelheden warme bloed dat voortdurend perfuseren hersenweefsel, voorkomt een daling van de temperaturen rond het hoofd van indringende boven een bepaalde diepte in de hersenen.
Veel lopende klinische studies proberen de hersenen temperaturen verkorten door afkoeling units verwerkt in hoeden of andere apparaten die het hoofd omringen. Echter, de nieuwe bevindingen, online deze maand gepubliceerd in het Journal of Applied Physiology, suggereren de meeste patiënten dergelijke technieken niet zal kunnen aan de natuurlijke temperatuurregeling ingebouwd in de hersenen via het bloed-systeem te verslaan.
"In volwassen mensen, de karakteristieke lengte dat dit soort van koude aanval lijkt door te dringen tot ongeveer een tiende van een inch, waardoor de temperatuur van ongeveer 6 centimeter van het hersenweefsel onveranderd", zegt senior auteur Dmitriy Yablonskiy, Ph.D., professor van radiologie aan de School of Medicine en van de fysica in de Kunsten en Wetenschappen. "Onze bevindingen suggereren dat de reden trials van dit soort dusver heeft dit nog inconsistente resultaten is omdat we niet genoeg koeling van de hersenen."
De hoeveelheid bloed die door het hersenweefsel bepaalt de omvang van de afschermende werking. Jonge kinderen, zuigelingen en in het bijzonder pasgeborenen hebben kleinere hersenen met een lagere bloeddoorstroming en kunnen gevoeliger zijn voor een koelunit rond het hoofd. Maar voor andere patiënten, Yablonskiy beweert, een andere aanpak nodig is.
Koude vertraagt de snelheid van chemische reacties, mogelijk vertragen van de reacties die blijvend letsel bij patiënten met een beroerte en andere hoofd trauma veroorzaken. Pogingen om dit effect te creëren in dieren waren succesvol genoeg om de inspanningen om de aanpak voor proeven op mensen aan te passen inspireren.
"Het probleem is dat wij geen idee wat de temperatuur van het menselijk brein is en er geen manier om te meten het kort van de operatie, dat is gewoon niet hetzelfde als het meten van temperatuur in een intacte hersenen hebben," legt Yablonskiy, die ook een adjunct professor in de natuurkunde in de School van Kunsten en Wetenschappen.
Alex Sukstanskii, Ph.D., een senior onderzoeker in het lab Yablonskiy's, gebruikte wiskunde en natuurkunde op een theorie over hoe ver koud zou doordringen in de hersenen te ontwikkelen. Sukstanskii en zijn collega's veronderstelden dat het haar, huid, botten en cerebrospinale vloeistof rond de hersenen niet wezenlijk zou het binnendringen van koude belemmeren. Maar ze dachten dat de enorme hoeveelheden bloed stroomt via de hersenen zou blijken nog veel meer resistent. Terwijl de hersenen slechts goed is voor ongeveer 2 procent van de massa van het lichaam, gebruikt 20 procent van de totale zuurstofopname, die allemaal wordt geleverd door de bloedstroom.
De chemische reacties tussen hersencellen die gedachte ten grondslag liggen ook belangrijke generatoren van warmte. Yablonskiy heeft eerder gespeculeerd dat de bloedtoevoer kan toenemen tot actieve gebieden van de hersenen voor een deel weg te voeren die warmte.
Sukstanskii's theorie, gepubliceerd in 2004, stelde dat de afstand tot die koud zou kunnen bereiken in de hersenen, dat zij de karakteristieke lengte, afgezet als de hoeveelheid bloed stroomt in de hersenen toegenomen.
"Wiskundig gezien is de karakteristieke lengte is omgekeerd evenredig met de vierkantswortel van de bloedstroom," Yablonskiy zegt.
Het valideren van de theorie, hoofdauteur Mingming Zhu, een afstudeeronderzoek assistent, ingevoegd kleine temperatuur-meetapparaten bekend als thermokoppels in de hersenen van ratten en gemeten hersenweefsel temperatuur op verschillende dieptes.