Como o corpo controla a temperatura do cérebro:
a temperatura blindagem efeito do fluxo sanguíneo cerebral
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Como o corpo controla a temperatura do cérebro:
a temperatura blindagem efeito do fluxo sanguíneo cerebral
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Tentativas para resfriar o cérebro para reduzir danos
causados por traumatismo craniano AVC e outros
podem ter de enfrentar um obstáculo significativo:
dispositivos de resfriamento atual não pode penetrar profundamente no cérebro.
Cientistas da Washington University School of Medicine, em St. Louis , utilizou ratos para validar um "frio blindagem" efeito do fluxo de sangue que anteriormente previsto teoricamente. O efeito de blindagem, criado por grandes quantidades de sangue quente que continuamente perfundir tecido cerebral, impede uma queda nas temperaturas em torno da cabeça de penetrar além de uma certa profundidade no cérebro.
Muitos ensaios clínicos em curso tentar reduzir a temperatura do cérebro através de unidades de refrigeração incorporadas chapéus ou outros dispositivos que rodeiam a cabeça. No entanto, as novas descobertas, publicado em linha este mês no Journal of Applied Physiology, sugerem, na maioria dos pacientes tais técnicas não será capaz de derrotar a regulação da temperatura natural construído para o cérebro através do sistema sanguíneo.
"Nos seres humanos adultos, o comprimento característico que esse tipo de assalto frio parece penetrar é de aproximadamente um décimo de um centímetro, deixando a temperatura de cerca de 6 centímetros de tecido cerebral inalterado", diz o autor sênior Dmitriy Yablonskiy, Ph.D., professor de radiologia da Faculdade de Medicina e da Física em Artes e Ciências. "Nossas descobertas sugerem que a razão ensaios deste tipo, até agora, produziu resultados inconsistentes é porque não estamos de resfriamento suficiente do cérebro."
A quantidade de sangue que flui através dos tecidos do cérebro determina a extensão do efeito de blindagem. Crianças, bebês e recém-nascidos em particular, têm cérebros menores, com fluxo de sangue mais baixa e podem ser mais suscetíveis a uma unidade de resfriamento em torno da cabeça. Mas para outros pacientes, Yablonskiy afirma, uma abordagem diferente é necessária.
Frio diminui a velocidade das reações químicas, potencialmente retardar as reações que causam danos permanentes em pacientes com traumatismo craniano acidente vascular cerebral e outros. Tentativas para criar esse efeito em animais foram bem sucedidos o suficiente para inspirar os esforços para adaptar a abordagem para testes em humanos.
"O problema foi que não temos idéia do que a temperatura do cérebro humano é e não há maneira de medir o curto da cirurgia, que só não é o mesmo que medir a temperatura em um cérebro intacto", explica Yablonskiy, que também é professor adjunto da física na Escola de Artes e Ciências.
Alex Sukstanskii, Ph.D., um cientista de pesquisa sênior no laboratório Yablonskiy, usado matemática e física para desenvolver uma teoria de como seria muito frio penetrar no cérebro. Sukstanskii e seus colegas a hipótese de que o fluido de cabelo, ossos, pele e cérebro-espinhal que envolve o cérebro não seria substancialmente impedir a penetração do frio. Mas eles achavam que os volumes enormes de sangue que flui através do cérebro iria provar muito mais resistente. Enquanto o cérebro representa apenas cerca de 2 por cento da massa do corpo, ele usa 20 por cento do consumo de oxigênio total, todos os quais é entregue pelo fluxo sanguíneo.
As reações químicas entre as células cerebrais que sustentam o pensamento também são geradores de significativa de calor. Yablonskiy tem especulado anteriormente que o fluxo sanguíneo pode aumentar para áreas ativas do cérebro, em parte, para levar esse calor.
Teoria Sukstanskii, publicado em 2004, sugeriu que a distância a que o frio pode chegar ao cérebro, o que eles chamaram o comprimento característico, caíram como a quantidade de sangue que flui no cérebro aumentado.
"Matematicamente falando, o comprimento característico é inversamente proporcional à raiz quadrada do fluxo de sangue", diz Yablonskiy.
Para validar a teoria, o autor Mingming Zhu, um assistente de pesquisa de pós-graduação, inserido minúsculos dispositivos de medição da temperatura conhecido como termopares em cérebros de ratos e temperatura dos tecidos cerebrais medidos em várias profundidades.
Em um segundo grupo de ratos, Zhu utilizado microesferas, bolinhas de poliestireno marcado com isótopos radioativos, para avaliar o fluxo sanguíneo. Ele injetou as microesferas, que foram grandes o suficiente para ficar preso nos capilares do cérebro, nos corações do rato. Ele então contou o número de microesferas em regiões chave do cérebro para avaliar o fluxo sanguíneo.
Combinando um inventário detalhado das características fisiológicas entre os dois grupos de ratos, incluindo freqüência cardíaca, pressão arterial, pH e concentração de oxigênio e dióxido de carbono, Zhu poderia estimar o fluxo sanguíneo cerebral no grupo cujo cérebro tinha temperaturas avaliadas. Seus resultados estreitamente alinhados as previsões da teoria da Sukstankii.
"Agora que sabemos a nossa teoria é válida, podemos usar o que sabemos sobre o fluxo de sangue em vários tipos de pacientes, calcular o comprimento característico de este escudo frio e fazer previsões sobre o que a distribuição de temperatura no cérebro como será", Yablonskiy diz.
"Nós agora também entender por que tentativas de usar a hipotermia para o tratamento de lesão cerebral em ratos foram encorajadores", acrescenta. "Os ratos têm mais rápido metabolismo e maior fluxo de sangue, tornando o seu comprimento característico blindagem proporcionalmente menor. Mas o cérebro de rato que já está muito menor que isso ainda deixa espaço para o resfriamento de penetrar em todo o seu cérebro."
Yablonskiy e colegas, incluindo o co-autor Joseph Ackerman JH, Ph.D., do William Greenleaf Eliot Professor e cadeira de química na Escola de Artes e Ciências, tem vindo a desenvolver uma maneira de usar unidades de ressonância magnética para avaliar a temperatura não-invasiva no cérebro humano. Yablonskiy, Ackerman, que também é professor de radiologia e professor de pesquisa da química na medicina, e seus colegas esperam aplicar esta abordagem em breve para continuar a validar suas teorias.
Yablonskiy antecipa que seu grupo de pesquisa terá outras oportunidades para ajudar a afinar as tentativas de usar a hipotermia para reduzir a lesão cerebral. Ele observa que outras abordagens para induzir hipotermia actualmente em estudo incluem resfriamento do corpo inteiro de uma vez e inserção de dispositivos de resfriamento nas artérias que fornecem sangue ao cérebro.
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