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Comment le fuselage règle la température de cerveau : l'effet d'armature de la température du flux sanguin cérébral

Les tentatives de refroidir le cerveau pour réduire des blessures de rappe et de toute autre blessure à la tête peuvent faire face à un obstacle significatif : les dispositifs de refroidissement de courant ne peuvent pas pénétrer très profondément dans le cerveau.

Les scientifiques à l'École de Médecine d'université de Washington à St Louis avaient l'habitude des rats pour valider un « rhume protégeant » l'effet du flux sanguin qu'ils précédemment ont prévu théoriquement. L'effet d'armature, produit par les grandes quantités de sang chaud qui inondent soutenu le tissu cérébral, évite une goutte dans les températures autour de la tête de la pénétration au delà d'une certaine profondeur dans le cerveau.

Beaucoup de tests cliniques actuels essayent de réduire les températures de cerveau par les dispositifs de refroidissement comportés aux chapeaux ou à d'autres dispositifs qui entourent la tête. Cependant, les découvertes neuves, ce mois en ligne publié dans le tourillon de la physiologie appliquée, proposent dans la plupart des patients que de telles techniques ne pourront pas vaincre la régulation de la température naturelle ont établi dans le cerveau par l'intermédiaire du système de sang.

« Dans les êtres humains adultes, la longueur caractéristique que ce genre d'assaut à froid semble pénétrer est environ une dixième de pouce, laissant la température d'approximativement 6 pouces de tissu cérébral sans modification, » dit l'auteur Dmitriy supérieur Yablonskiy, Ph.D., professeur de la radiologie à l'École de Médecine et de la physique dans les arts et les sciences. « Nos découvertes proposent que les essais de raison de ce genre aient jusqu'ici produit des résultats intermittents soit parce que nous ne refroidissons pas assez du cerveau. »

La quantité de sang traversant le tissu cérébral détermine l'ampleur de l'effet d'armature. Les jeunes enfants, mineurs et en particulier des nouveaux-nés ont de plus petits cerveaux avec du flux sanguin inférieur et peuvent être plus susceptibles d'un dispositif de refroidissement autour de la tête. Mais pour d'autres patients, Yablonskiy affirme, une approche différente est nécessaire.

Le rhume ralentit le régime des réactions chimiques, ralentissant potentiellement les réactions qui entraînent des blessures permanentes dans les patients présentant la rappe et toute autre blessure à la tête. Les tentatives de produire cet effet chez les animaux étaient assez couronnées de succès pour inspirer des efforts pour adapter l'approche pour des essais humains.

« Le problème a été que nous n'avons aucune idée ce qui est la température de l'esprit humain et aucune voie de la mesurer courte de la chirurgie, qui n'est pas juste identique que la température de mesure dans un cerveau intact, » explique Yablonskiy, qui est également un professeur de complément de la physique dans l'école des arts et des sciences.

Alex Sukstanskii, Ph.D., un scientifique supérieur de recherches dans le laboratoire de Yablonskiy, mathématiques utilisées et physique pour développer une théorie d'à quelle distance le rhume pénétrerait dans le cerveau. Sukstanskii et ses collègues ont présumé que le cheveu, la peau, l'os et le liquide céphalo-rachidien entourant le cerveau n'entraveraient pas considérablement la pénétration du rhume. Mais ils ont pensé que les volumes sanguins énormes traversant le cerveau prouveraient beaucoup plus résistant. Tandis que le cerveau représente seulement environ 2 pour cent de la masse du fuselage, il emploie 20 pour cent de toute l'admission de l'oxygène, qui est fournie par le flux sanguin.

Les réactions chimiques entre les cellules du cerveau qui sont à la base de la pensée sont également les générateurs significatifs de la chaleur. Yablonskiy a précédemment spéculé que le flux sanguin peut grimper jusqu'aux régions du cerveau actives en partie pour emporter cette chaleur.

La théorie de Sukstanskii, publiée en 2004, proposée que la distance à laquelle le rhume pourrait atteindre dans le cerveau, qui elles appelées la longueur caractéristique, relâchée hors circuit à mesure que la quantité de sang entrant dans le cerveau augmentait.

« Mathématiquement parlant, la longueur caractéristique est inversement proportionnelle à la racine carrée du flux sanguin, » Yablonskiy dit.

Pour valider la théorie, l'auteur important Mingming Zhu, une aide à la recherche licenciée, les dispositifs de température-mesure minuscules insérés connus sous le nom de thermocouples dans des cerveaux de rat et la température mesurée de tissu cérébral aux profondeurs variées.

Dans un deuxième groupe de rats, Zhu a employé les microsphères, billes minuscules de polystyrène marquées avec les isotopes radioactifs, pour évaluer le flux sanguin. Il a injecté les microsphères, qui étaient juste assez grandes pour se coincer dans les capillaires du cerveau, dans les coeurs du rat. Il a alors compté le nombre de microsphères dans les régions du cerveau principales pour évaluer le flux sanguin.

En appariant des stocks détaillés des caractéristiques physiologiques entre les deux groupes de rats, y compris la fréquence cardiaque, la pression sanguine, le pH et la concentration de l'oxygène et du dioxyde de carbone, Zhu pourraient estimer le flux sanguin de cerveau dans le groupe dont les températures de cerveau il avait évaluées. Ses résultats ont attentivement apparié les prévisions de la théorie de Sukstankii.

« Maintenant que nous savons notre théorie est admissible, nous pouvons employer ce que nous connaissons le flux sanguin dans types variés de patients, prévoyons la longueur caractéristique de cet écran protecteur froid et effectuons les prévisions sur comme ce que la distribution de la température dans le cerveau sera, » Yablonskiy dit.

« Nous le comprenons maintenant également pourquoi les tentatives d'employer l'hypothermie pour la demande de règlement de lésion cérébrale dans les rats étaient d'une manière encourageante, » ajoute. Les « rats ont un métabolisme plus rapide et un flux sanguin plus supérieur, rendant leur longueur de armature caractéristique proportionnellement plus petite. Mais le cerveau de rat est déjà tellement plus petit que ceci quitte toujours la chambre pour que se refroidir pénètre dans tout son cerveau. »

Yablonskiy et collègues comprenant le co-auteur Joseph J.H. Ackerman, Ph.D., professeur de William Greenleaf Eliot et présidence de chimie dans l'école des arts et des sciences, avaient développé une voie d'employer des éléments d'imagerie par résonance magnétique pour évaluer la température d'une façon non envahissante dans l'esprit humain. Yablonskiy, Ackerman, qui est également professeur de professeur de radiologie et de recherches de chimie en médicament, et leurs collègues espèrent appliquer cette approche bientôt pour valider davantage leurs théories.

Yablonskiy anticipe que son organisme de recherche aura d'autres opportunités d'aider à régler avec précision des tentatives d'employer l'hypothermie pour réduire la lésion cérébrale. Il note que d'autres approches pour induire l'hypothermie comprennent actuel à l'étude refroidir le corps entier d'un seul trait et insérer les dispositifs de refroidissement dans les artères qui fournissent le cerveau le sang.