Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Przygotuj się do egzaminów
Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Otrzymaj punkty, aby pobrać
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Społeczność
Odkryj najlepsze uniwersytety w twoim kraju, według użytkowników Docsity
Bezpłatne poradniki
Pobierz bezpłatnie nasze przewodniki na temat technik studiowania, metod panowania nad stresem, wskazówki do przygotowania do prac magisterskich opracowane przez wykładowców Docsity
Obniżenie temperatury kory o 1 o. C powoduje zmniejszenie metabolizmu mózgowego nawet o 7% [63]. Hipotermia także poprawia mózgowy metabolizm glukozy,.
Typologia: Prezentacje
1 / 71
Ta strona nie jest widoczna w podglądzie
Nie przegap ważnych części!
Powłoka
otoczenie
Ryc.1. Model termoregulacyjny człowieka [5]
Model ten stanowią dwa współśrodkowe walce, z których wewnętrzny tzw. kora (mózg, narządy brzuszne i klatki piersiowej) posiada uregulowaną temperaturę ok. 37oC, natomiast zewnętrzny walec tzw. powłoka (skóra, tkanka tłuszczowa i mięśnie) temperaturę w zakresie od 28 do 35oC. Temperatura skóry, która pełni rolę bufora miedzy korą i otoczeniem zewnętrznym, zależy od wymiany ciepła z tymi obszarami.
Bilans cieplny organizmu człowieka z uwzględnieniem mechanizmów fizycznych wzajemnego oddziaływania tego organizmu z otoczeniem zewnętrznym przedstawia zależność [9]:
gdzie: QM – ciepło metabolizmu, QS – ciepło dodatkowe, (+W) – praca dostarczana do organizmu, (-W) – praca wykonana przez organizm QE, QR, QC i QK – są to odpowiednio ciepła parowania, promieniowania, konwekcji i przewodnictwa wymieniane między organizmem i otoczeniem. Ciepło wymieniane dotyczy ciepła pobieranego z otoczenia i tego oddawanego przez organizm do otocznia.
Z zależności (1) wynikają trzy stany bilansu cieplnego człowieka uwidocznione na rycinie 2. [10]:
homojotermia, hipertermia, hipotermia
Ryc.3. Układ regulacji temperatury w organizmie człowieka [11]
Ciepło powstające w procesach metabolicznych produkowane przez korę jest uwalniane do powłoki za pomocą przewodnictwa cieplnego, które jest transportem biernym wynikającym z bezpośredniego kontaktu miedzy tymi obszarami oraz przepływającej krwi. Następnie ciepło jest oddawane ze skóry do otoczenia zewnętrznego człowieka przy udziale mechanizmów konwekcji, promieniowania elektromagnetycznego, parowania i przewodzenia [6, 13-15]. Drugorzędnym bezpośrednim sposobem utraty ciepła (i masy) z kory do otocznia jest oddychanie. Rycina 4. przedstawia różne typy mechanizmów fizycznych transportu ciepła w organizmach stałocieplnych na przykładzie mózgu człowieka [14].
Ryc.4. Mechanizmy fizyczne wymiany ciepła miedzy mózgiem człowieka a jego środowiskiem zewnętrznym [14]
Hipotermia w organizmie człowieka może być wywołana przez mechanizmy endogenne, ekspozycję na zimne otoczenie i kontrolowane obniżenie temperatury wnętrza organizmu (kory) [16]. Wpływ tych czynników na przebieg hipotermii u człowieka został szerzej omówiony w Podrozdziałach 1.2.1, 1.2.2. i 1.2.3. tej rozprawy. Hipotermia endogenna wynika ze zmniejszonego wydzielania ciepła z powodu metabolicznych zaburzeń w takich stanach jak niedoczynność tarczycy, hipoglikemia, niedoczynność przysadki, długotrwałych zabiegów chirurgicznych, masywnych transfuzji lub z niedostatecznie zachodzącej termoregulacji wynikającej z dysfunkcji centralnego układu
łagodnej hipotermii [21] wskazują na wyraźne opóźnienie w zwolnieniu dorosłych pacjentów z jednostki pooperacyjnej, u których hipotermia powoduje termiczny dyskomfort związany ze wzrostem ciśnienia krwi, akcji serca i koncentracji katecholaminy w osoczu [22]. Interesujące jest to, że podobnie przedłużający się czas powrotu z jednostki pooperacyjnej nie jest zaobserwowany u noworodków i dzieci [16]. Kolejną niekorzystną zmianą pooperacyjną jest drżenie mięśniowe, które powoduje wzrost zużycia tlenu o ponad 100% oraz wzrost ciśnienia śródocznego i śródmózgowego [18]. Drżenie mięśniowe może być ograniczone przez zastosowanie powierzchniowego grzania skóry [23] lub przez zastosowanie różnych leków takich jak np. clonidine, ketanserin, traumadol [18]. Hipotermia może również powodować zmiany w układzie sercowo-naczyniowym. Zawał serca jest jednym z powodów nieoczekiwanego okołooperacyjnego zdarzenia chorobowego lub śmierci [24]. Hipotermia u starszych pacjentów powoduje nadciśnienie, które jest rezultatem 3-krotnego wzrostu stężenia noradrenaliny w osoczu [25], co może wpływać na wzrost pobudliwości serca i zwiększać prawdopodobieństwo zaburzeń rytmu serca. Natomiast u młodych osobników u których nie występują hemodynamiczne reakcje na łagodną hipotermię, takie komplikacje nie występują [22]. Do zmian niekorzystnych wynikających z hipotermii operacyjnej należy 2% wzrost lepkości krwi na każdy 1oC obniżonej temperatury kory [16]. W pracy [18] wykazano, że hipotermia indukuje morfologiczne zmiany w strukturze płytki krwi, które decydują o jej aktywności. Pacjenci poddani hipotermii charakteryzują się zaburzeniami w układzie krzepnięcia mogącymi prowadzić do rozsianego wykrzepiania wenątrznaczyniowego. Ponadto obniżona temperatura kory u pacjentów do 35oC podczas operacji powoduje wyraźny wzrost utraty krwi w porównaniu z pacjentami tymi będącymi w czasie operacji w stanie normotermii [26]. Z publikacji [27] wynika również, że u pacjentów poddanych operacji, których temperatura kory wynosiła 36.1oC straty krwi były większe w porównaniu z pacjentami, u których temperatura ciała w okresie trwania operacji wynosiła 36.6oC. Konsekwencją hipotermii może być również śpiączka, osłabienie odruchu ocznego i wyraźne zmiany w zarejestrowanym elektroencefalogramie [16]. Zakażenia rany są poważnymi powikłaniami znieczulenia i operacji [28]. Hipotermia może ułatwić okołooperacyjne zakażenia rany gdyż bezpośrednio osłabia funkcje immunologiczne, takie jak „nie-specyficzna” śmierć tlenowa bakterii przy udziale krwinek białych [18]. Oprócz obniżenia zdolności krwinek białych do fagocytozy, również zwężenie
naczyń skórnych prowadzące do niedotlenienia tkanek może utrudniać gojenia się rany. Tlen jest niezbędny do utworzenia blizny, która powstaje przez przyłączenie grup wodorotlenowych do licznych reszt proliny i lizyny, tworząc w ten sposób wiązania sieciujące wewnątrz i między łańcuchami kolagenu, co wpływa na wytrzymałość tkanki na rozciąganie. Zwężenie naczyń na skutek zastosowania hipotermii, powoduje ograniczenie ilości tlenu dostarczanego do tkanek i tym samym obniżenie dopływ tlenu do kolagenu. Omówione powyżej przykłady efektów niekorzystnego oddziaływania hipotermii na organizm człowieka nie stanowią przeszkody w jej klinicznym pozytywnym zastosowaniu, takim jak hipotermia terapeutyczna, której mechanizm działania omówiony jest w Podrozdziale 1.2.3.
Warunki otoczenia człowieka o temperaturze niższej niż temperatura jego ciała powodują powstanie gradientu temperatury między skórą a środowiskiem zewnętrznym. W konsekwencji ciało oddaje ciepło na zewnątrz w wyniku mechanizmów przewodnictwa i konwekcji. Ponadto, wiatr powoduje wzrost straty ciepła przez konwekcję z powierzchni skóry w porównaniu z otoczeniem bezwietrznym. Z kolei zanurzenie ciała w wodzie wywołuje około 70-krotny wzrost [9] transportu ciepła przez konwekcję i przewodnictwo między skórą a otoczeniem w porównaniu z tymi mechanizmami zachodzącymi w powietrzu. Ten mechanizm straty ciepła przez skórę w wodzie zależy od głębokości i wielkości powierzchni ciała zanurzonego w tej wodzie. Dlatego, okrycie (ubranie) izoluje ciało od otoczenia zewnętrznego ograniczając straty ciepła za pomocą wymienionych powyżej mechanizmów fizycznych. W odpowiedzi na zimno mechanizmy termoregulacyjne człowieka prowadzą do odpowiedzi ze strony naczyń [29-32]. Następuje obwodowe zwężenie naczyń powodujące zmniejszony przepływ krwi i redukcję konwekcyjnego transportu ciepła miedzy korą a powłoką, co wpływa na wzrost wewnętrznej warstwy izolacyjnej. Ponieważ ciepło jest tracone z eksponowanej powierzchni ciała szybciej niż jest ono uzupełniane z wnętrza organizmu, stąd zachodzi gwałtowny spadek temperatury skóry palca jak uwidoczniono dla przykładu na rycinie 5. [9].
ciepła w zimnym otoczeniu i im większa jest jej grubość tym mniejsze przewodnictwo cieplne, a więc i lepsza ochrona wnętrza organizmu przed obniżeniem temperatury. Stąd u osób otyłych drżenie jest mniejsze i doświadczają oni mniejszego obniżenia temperatury ciała podczas stresu zimna w porównaniu ze szczupłymi.
Występowanie stanu hipotermii (temperatura kory poniżej 36oC) u pacjentów podczas znieczulania i operacji jest konsekwencją zaburzenia mechanizmów termoregulacji organizmu w wyniku zastosowania środków znieczulających i oddziaływania niskiej temperatury sali operacyjnej na tego pacjenta [18,34-36]. Dlatego też, w przypadku przeprowadzanych operacji na otwartych jamach ciała zachodzi większa strata ciepła z organizmu do otoczenia. Ponieważ hipotermia okołooperacyjna może powodować takie powikłania pooperacyjne jak zakażenia rany czy wzrost utraty krwi u pacjenta, dlatego wymagane jest utrzymanie jego temperatury w stanie odpowiadającym homojotermii, jeżeli nie ma wskazań do hipotermii. Stąd, celowe jest monitorowanie temperatury kory podczas znieczulenia i operacji w takich miejscach jak, tętnica płucna, przełyk, błona bębenkowa, pęcherz i odbyt, aby zastosować odpowiednie metody kompensacji strat ciepła z organizmu do otoczenia w razie wystąpienia nieprawidłowych pomiarów tego parametru fizjologicznego [36, 37-39].
Większość stosowanych klinicznie środków znieczulających wpływa na centralne i obwodowe mechanizmy termoregulacyjne organizmu człowieka [18,34,37]. Ich działanie powoduje podwyższenie temperaturowego progu korowego dla pocenia i jego obniżenie dla zwężenia naczyń i drżenia, co powoduje wzrost zakresu między-progowego ok. 20-krotnie w porównaniu do homojotermii, której zakres wynosi ok. 0.2oC. Pacjenci w tym szerszym zakresie progowym kory wynoszącym 3-5oC stają się poikilotermiczni, z powodu niesprawnych autonomicznych mechanizmów termoregulacji, co sprzyja hipotermii.
Rycina 6. przedstawia przykładowe zależności progowej temperatury kory pacjenta dla mechanizmów pocenia, zwężenia naczyń i drżenia od dawki środka znieczulającego, gdy temperatura skóry u tego pacjenta wynosi 34oC. Z uwidocznionych przebiegów widać, iż wzrost dawki środka znieczulającego powoduje liniowy (opioid i propofol) wzrost temperatury dla pocenia, natomiast nieliniowy (desfluran i isofluran) spadek temperatury dla zwężenia naczyń i drżenia [18,39].
Ryc. 6. Wpływ środków znieczulających na temperaturę kory człowieka [18]
W stanie homojotermii termoregulacyjne zwężenie naczyń powoduje powstanie między korą i powłokąróżnicy temperatury wynoszącej 2-4oC. Wywołanie ogólnego znieczulenia wpływa na redukcję temperaturowego progu kory dla zwężenia naczyń poniżej temperatury ciała w wyniku otwarcia anastomoz tętniczo-żylnych. Rycina 7. przedstawia wielkość obniżenia temperatury kory w zależności od czasu trwania znieczulenia. Krzywa na tej rycinie wyraźnie pokazuje, że podczas wprowadzania pacjenta do znieczulenia oddawanie ciepła z wnętrza organizmu do tkanek obwodowych powoduje początkowy spadek temperatury kory o 1 – 1.5oC. Następnie, podczas kolejnych 2- 3 godz. temperatura kory liniowo spada z mniejsza prędkością, ponieważ ciepło oddawane do otoczenia przewyższa wytwarzane ciepło metabolizmu. W rezultacie ok. 90% całego ciepła z
Hipotermia terapeutyczna jest jedną z ważnych metod neuro ochronnych stosowanych w takich sytuacjach klinicznych jak zatrzymanie akcji serca [51,52], ciężki uraz głowy [53- 53], uszkodzenie rdzenia kręgowego [17,55], udar mózgu [54,56,57] oraz w innych chorobach jak ostra niewydolność wątroby [58,59].
Na rycinie 8. uwidoczniono kilka efektów pozytywnego oddziaływania hipotermii na neurony umożliwiając ich przeżycie w wyniku wystąpienia niedokrwienia mózgu spowodowanego zmniejszonym dopływem tlenu i krwi do tego narządu [56].
niedokrwienie
niedokrwienie
zamknięcie naczynia
zwężenie naczynia (agregacja płytek)
Ryc.8. Mechanizm molekularny działania hipotermii terapeutycznej [56]
Przedstawiona na rycinie 8. seria przemian w komórce niedokrwionej jest zapoczątkowana obniżonym poziomem ATP, który powoduje przejście metabolizmu komórkowego z tlenowego na beztlenowy do wzrostu stężenia wodoru, fosforanu i mleczanu, i w konsekwencji do kwasicy wewnątrz- i zewnątrz- komórkowej. W wyniku niedokrwienia następuje wyraźny wzrost zewnątrzkomórkowego poziomu neurotoksycznego glutaminianu (Glu) i innych neuroprzekaźników takich jak asparaginian (Asp) i dopamina oraz wolnych rodników [60,61]. Wraz z produkcją w komórce takich wolnych rodników jak OH-^ , O 2 - , i H 2 O 2 pojawia się mechanizm zapalny jako normalna odpowiedź fizjologiczna na to zaburzenie. W przebiegu tego procesu oprócz cytokin ochronnych pojawiają się cytokiny prozapalne takie jak TNF-alfa i IL-1Beta [62]. Te wymienione zmiany w strukturze komórki prowadzą do jej obrzęku i śmierci. Ilość wytwarzanych wolnych rodników i cytokin zapalnych po neurologicznym uszkodzeniu zależą od temperatury środowiska, stąd korzystne jest osłabienie tych mechanizmów komórkowych przez hipotermię, a w konsekwencji zmniejszenie kwasicy komórkowej [56]. Jest to możliwe dlatego, że hipotermia oddziałuje
Cel pracy: porównanie in vitro wpływu temperatury, wilgotności i częstotliwości pola elektrycznego na właściwości dielektryczne rogówki szczura z grupy kontrolnej i poddanej hipotermii, analiza wpływu hipotermii na mechanizm polaryzacji i przewodnictwa elektrycznego rogówki w odniesieniu do struktury molekularnej układu nabłonek - istoty właściwa – śródbłonek – woda, ocena wpływu wody luźno związanej i związanej na całkowite przewodnictwo elektryczne rogówki kontrolnej i badanej, ocena przydatności spektroskopii dielektrycznej do pomiaru przewodnictwa elektrycznego rogówki ludzkiej poddanej miejscowemu znieczuleniu in vivo przed i po zastosowaniu fotoablacji laserowej. Realizacja powyższego celu pracy wymagała następujących założeń:
szczury z grupy kontrolnej i badanej posiadały podobną masę ciała, szczury poddane hipotermii po zakończonym czasie jej trwania były natychmiast skrwawiane, przed wykonaniem badań dielektrycznych rogówki pobrane od szczurów z grupy normotermicznej i hipotermicznej były umieszczone w pojemnikach o tej samej temperaturze i wilgotności otoczenia, uwalnianie wody zabsorbowanej in vitro przez rogówki z obu grup szczurów odbywało się w tych samej komorze pomiarowej w temperaturze około 140oC czas trwania pomiarów dielektrycznych dla każdej rogówki z obu badanych grup był podobny.
Badania przeprowadzono na dwóch grupach szczurów szczepu Wistar, samcach o średniej masie ciała 250g. Obie grupy liczyły po 8 zwierząt. Kontrolowano rektalną temperaturę ciała szczurów przy użyciu termometru termistorowego umożliwiającego pomiar temperaturyw zakresie od 0o^ C do 50o^ C. Parametry termiczne obu grup były następujące: grupa kontrolna - normotermiczna o temperaturze rektalnej 37,0°C-37,5°C; grupa badana - poddana hipotermii o temperaturze rektalnej 27,0 ± 0,5°C. Częstość pracy serca i oddechów zwierząt odczytywano przy użyciu analizatora TOT (tętno
Po uśpieniu, zwierzęta umieszczano w pomieszczeniu o temperaturze 17.0 – 18.0°C i układano na tafli szkła. Na tafli oraz pod nią umieszczane były zamrożone wkłady do pojemników izotermicznych. Zwierzęta schładzano do osiągnięcia temperatury rektalnej 27. ± 0,5°C ( 25 -30 min ). Po osiągnięciu zadanej temperatury zwierzęta utrzymywano w stanie oziębienia przez 1 godzinę. Po zakończeniu doświadczenia szczury skrwawiano poprzez punkcję prawej komory serca. Podczas sekcji z każdej badanej grupy pobrano rogówki, które zabezpieczono w pojemnikach z 0.9%NaCl i dostarczona do Zakładu Bioniki i Bioimpedancji Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu, w celu wykonania badań dielektrycznych.
Szczury usypiano podając domięśniowo ketaminę(40mg/kg masy ciała) i xylazynę(5mg/kg masy ciała) [74,75].W trakcie eksperymentu ( w zależności od potrzeby) podawano ketaminę i xylazynę w ilości 1/3 podanej dawki leków. Pod wpływem zastosowanej dawki leków szczury o średniej masie ciała 250g przesypiały 120- 140 minut, a termogeneza drżeniowa była wyłączona.
Projekt badań uzyskał pozytywną opinię Lokalnej Komisji Etycznej do spraw Doświadczeń na Zwierzętach ( nr 67/2010).
