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Come l'organismo gestisce la temperatura del cervello: l'effetto ombra di temperatura di flusso sanguigno cerebrale

I tentativi di raffreddare il cervello per diminuire la lesione dal colpo e dall'altro trauma capo possono affrontare un ostacolo significativo: le unità di raffreddamento correnti non possono penetrare molto profondamente nel cervello.

Gli scienziati alla scuola di medicina dell'università di Washington a St. Louis hanno usato i ratti per convalidare “un freddo che protegge„ l'effetto di flusso sanguigno che precedentemente hanno predetto teoricamente. L'effetto ombra, creato da un gran quantità di sangue caldo che irrora continuamente il tessuto cerebrale, impedisce un calo nelle temperature intorno alla testa penetrare oltre certa profondità nel cervello.

Molti test clinici in corso provano a diminuire le temperature del cervello attraverso le unità di raffreddamento comprese nei cappelli o in altre unità che circondano la testa. Tuttavia, i nuovi risultati, pubblicati online questo mese nel giornale della fisiologia applicata, suggeriscono nella maggior parte dei pazienti che tali tecniche non potranno sconfiggere la regolazione della temperatura naturale hanno costruito nel cervello via il sistema di sangue.

“In esseri umani adulti, la lunghezza caratteristica che questo genere di assalto freddo sembra penetrare è approssimativamente una decima di un pollice, lasciando la temperatura di circa 6 pollici del tessuto cerebrale immutata,„ dice l'autore Dmitriy senior Yablonskiy, il Ph.D., professore della radiologia alla scuola di medicina e di fisica nelle arti e nelle scienze. “I nostri risultati suggeriscono che le prove di ragione di questo genere finora abbiano fornito i risultati contradditori sia perché non stiamo raffreddando abbastanza del cervello.„

La quantità di sangue che attraversa il tessuto cerebrale determina le dimensioni dell'effetto ombra. I bambini piccoli, infanti ed in particolare neonati hanno più piccoli cervelli con flusso sanguigno più basso e possono essere più suscettibili di un'unità di raffreddamento intorno alla testa. Ma per altri pazienti, Yablonskiy asserisce, un approccio differente è necessario.

Il freddo rallenta la tariffa delle reazioni chimiche, potenzialmente rallentante le reazioni che provocano ferite permanenti in pazienti con il colpo e l'altro trauma capo. I tentativi di creare questo effetto in animali riuscivano abbastanza ad ispirare gli sforzi per adattare l'approccio per le prove umane.

“Il problema è stato che non abbiamo idea che cosa la temperatura del cervello umano è e nessun modo misurarlo chirurgia di a corto di, che non è appena la stessa della temperatura di misurazione in un cervello intatto,„ spieghiamo Yablonskiy, che è egualmente un professore dell'aggiunta di fisica nel banco delle arti e delle scienze.

Alex Sukstanskii, Ph.D., un ricercatore senior nel laboratorio di Yablonskiy, matematica usata e fisica per sviluppare una teoria di fin dove il freddo penetrerebbe nel cervello. Sukstanskii ed i suoi colleghi hanno supposto che i capelli, l'interfaccia, l'osso ed il liquido cerebrospinale circondanti il cervello non impedissero sostanzialmente l'infiltrazione del freddo. Ma hanno pensato che i volumi tremendi di sangue che attraversano il cervello provassero molto più resistente. Mentre il cervello rappresenta soltanto circa 2 per cento della massa dell'organismo, usa 20 per cento dell'assunzione totale dell'ossigeno, che è consegnata tramite flusso sanguigno.

Le reazioni chimiche fra le cellule cerebrali che sono alla base del pensiero sono egualmente generatori significativi del calore. Yablonskiy precedentemente ha speculato che il flusso sanguigno può aumentare alle aree attive del cervello in parte per portare via quel calore.

La teoria di Sukstanskii, pubblicata nel 2004, suggerita che la distanza a cui il freddo potrebbe raggiungere nel cervello, che hanno chiamato la lunghezza caratteristica, diminuita come la quantità di sangue che entra nel cervello è aumentato.

“Matematicamente parlando, la lunghezza caratteristica è inversamente proporzionale alla root quadrata di flusso sanguigno,„ Yablonskiy dice.

per convalidare la teoria, autore principale Mingming Zhu, un assistente di ricerca laureato, le unità dimisurazione minuscole inserite conosciute come le termocoppie nei cervelli del ratto e temperatura misurata del tessuto cerebrale alle varie profondità.

In un secondo gruppo di ratti, Zhu ha usato le microsfere, palle minuscole del polistirolo contrassegnate con gli isotopi radioattivi, per valutare il flusso sanguigno. Ha iniettato le microsfere, che erano appena abbastanza grandi rimanere incastrate nei capillari del cervello, nei cuori del ratto. Poi ha contato il numero delle microsfere nelle regioni chiave del cervello per valutare il flusso sanguigno.

Abbinando un inventario dettagliato di caratteristiche fisiologiche fra i due gruppi di ratti, compreso la frequenza cardiaca, la pressione sanguigna, il pH e la concentrazione di ossigeno e di anidride carbonica, Zhu potrebbero stimare il flusso sanguigno del cervello nel gruppo di cui le temperature del cervello aveva valutato. I suoi risultati hanno abbinato molto attentamente le previsioni della teoria di Sukstankii.

“Ora che sappiamo la nostra teoria è valida, possiamo usare che cosa conosciamo circa flusso sanguigno in vari tipi di pazienti, calcoliamo la lunghezza caratteristica di questo carter freddo e facciamo le previsioni cui la distribuzione della temperatura del cervello sarà come,„ su Yablonskiy diciamo.

“Ora egualmente lo capiamo perché i tentativi di utilizzare l'ipotermia per il trattamento del trauma cranico in ratti erano incoraggianti,„ aggiungiamo. “I ratti hanno il metabolismo più rapido e flusso sanguigno superiore, rendenti la loro lunghezza proteggente caratteristica proporzionalmente più piccola. Ma il cervello del ratto è già così tanto più piccolo che questo ancora lascia la stanza affinchè raffreddamento penetri in tutto il suo cervello.„

Yablonskiy ed i colleghi compreso il co-author Joseph J.H. Ackerman, Ph.D., il professore di William Greenleaf Eliot e presidenza di chimica nel banco delle arti e delle scienze, stanno sviluppando un modo usare le unità di imaging a risonanza magnetica per valutare la temperatura non invadente nel cervello umano. Yablonskiy, Ackerman, che è egualmente professore di professore della ricerca e della radiologia di chimica nella medicina ed i loro colleghi sperano di applicare questo approccio presto più ulteriormente per convalidare le loro teorie.

Yablonskiy anticipa che il suo gruppo di ricerca avrà ulteriori opportunità di contribuire a regolare i tentativi di usare l'ipotermia per diminuire il trauma cranico. Nota che altri approcci per indurre l'ipotermia corrente allo studio includono il raffreddamento dell'organismo intero tutto d'un tratto e l'inserimento delle unità di raffreddamento nelle arterie che forniscono al cervello sangue.