Zusammenfassung Patienten werden Eingriffen unterzogen, um eine „normale“ Gehirntemperatur zu erreichen; ein Parameter, der für den Menschen undefiniert bleibt. Die starke Empfindlichkeit der neuronalen Funktion gegenüber der Temperatur impliziert, dass das Gehirn isotherm sein sollte, Beobachtungen an Patienten und nichtmenschlichen Primaten deuten jedoch auf erhebliche räumlich-zeitliche Schwankungen hin. Unser Ziel war es, die klinische Relevanz der Gehirntemperatur bei Patienten zu bestimmen, indem wir ermittelten, wie stark sie bei gesunden Erwachsenen variiert. Wir untersuchten retrospektiv die Daten aller Patienten, die für die High Resolution Intensive Care Unit Substudie der European Collaborative Investigation into the Effectiveness of Neurotrauma in Traumatic Brain Injury (CENTER-TBI) rekrutiert wurden. Es wurden nur Patienten mit direkter Hirntemperaturmessung und ohne spezifische Temperaturkontrolle eingeschlossen. Zur Interpretation der Patientenanalysen haben wir prospektiv 40 gesunde Erwachsene (20 Männer, 20 Frauen, 20–40 Jahre) für die Gehirnthermometrie mittels Magnetresonanzspektroskopie rekrutiert. Die Teilnehmer wurden morgens, nachmittags und abends eines einzigen Tages gescannt. Bei Patienten (n = 114) lag die Gehirntemperatur zwischen 32,6 und 42,3 °C und die mittlere Gehirntemperatur (38,5 ± 0,8 °C) überstieg die Körpertemperatur (37,5 ± 0,8 °C). 5 °C, P < 0,0001). Von 100 Patienten, die für eine Hirntemperatur-Rhythmusanalyse in Frage kamen, zeigten 25 einen Tagesrhythmus und der Bereich der Hirntemperatur verringerte sich bei älteren Patienten (P = 0,018). Bei gesunden Teilnehmern lag die Gehirntemperatur zwischen 36,1 und 40,9 °C; Die mittlere Gehirntemperatur (38,5 ± 0,4 °C) überstieg die orale Temperatur (36,0 ± 0,5 °C) und war bei Frauen im Lutealbereich um 0,36 °C höher als bei Frauen und Männern. follikuläre Männer (P = 0,0006 bzw. P < 0,0001). Die Temperatur stieg mit dem Alter an , insbesondere in tiefen Hirnregionen (0,6 °C über 20 Jahre, P = 0,0002) und schwankte räumlich um 2,41 ± 0,46 °C, wobei die höchsten Temperaturen im Thalamus auftraten. Die Gehirntemperatur variierte je nach Tageszeit , insbesondere in tiefen Regionen (0,86 °C, P = 0,0001) und war nachts am niedrigsten. Aus den gesunden Daten haben wir HEATWAVE erstellt, eine 4D-Karte der menschlichen Gehirntemperatur. Beim Testen der klinischen Relevanz von HEATWAVE bei Patienten stellten wir fest, dass das Fehlen eines täglichen Gehirntemperaturrhythmus die Wahrscheinlichkeit, auf der Intensivstation zu sterben, um das 21-fache erhöhte (P = 0,016), während die absolute Höchst- oder Tiefsttemperatur keinen Einfluss auf das Ergebnis hatte. Allerdings war eine höhere mittlere Gehirntemperatur mit dem Überleben verbunden (P = 0,035) und eine Alterung um 10 Jahre erhöhte die Sterbewahrscheinlichkeit um das Elffache (P = 0,0002). Die menschliche Gehirntemperatur ist höher und variiert stärker als bisher angenommen, je nach Alter, Geschlecht, Menstruationszyklus, Gehirnregion und Tageszeit. Dies hat wichtige Auswirkungen auf die Temperaturkontrolle und das Temperaturmanagement, da sich der tägliche Rhythmus der Gehirntemperatur als einer der stärksten individuellen Prädiktoren für das Überleben nach einer Hirnverletzung herausstellt. Wir kommen zu dem Schluss, dass die rhythmische tägliche Variation der Gehirntemperatur und nicht die absolute Gehirntemperatur eine Möglichkeit ist, die Physiologie des menschlichen Gehirns von der Pathophysiologie zu unterscheiden. |
Abbildung: Die Temperatur eines gesunden Gehirns variiert je nach Tageszeit. (A) Schnappschuss von 3D-TBr-Karten an jedem Datenerfassungspunkt. Mithilfe der Inferno-Farbskala wird jedem Gewebevoxel eine Temperatur mit einer Auflösung von 0,1 °C zugeordnet. Die aggregierten Temperaturen werden in jedem Voxel für luteale Weibchen (n = 14) und Männchen (n = 20) getrennt angezeigt. (B) Ergebnisse des linearen gemischten Modells für TBr nach Tageszeit; Dargestellt sind Ergebnisse für die globale TBr (links) und die tiefe Hirn-TBr (Thalamus und Hypothalamus, rechts). Durchgezogene rote Linien stellen Modellanpassungen dar, schattierte Bereiche stellen 95 %-KIs dar, dunkelgraue Kreise zeigen Residuen (einzelne Temperaturdatenpunkte) und geglättete gestrichelte gelbe Linien stellen teilweise Residuen dar. Die x-Achse für die Zeit fasst die kontinuierliche Variable des Zeitabstands vom MSFsc des Teilnehmers zusammen (Anteil eines linearisierten Einheitskreises, wobei 0 = MSFsc und 1 = 24 h). (C) Temperaturbereich (Maximum vs. Minimum zu drei getesteten Zeitpunkten) für orale und hypothalamische Stellen für jeden gesunden Teilnehmer (n = 39). Die Temperatur variierte je nach Tageszeit im Hypothalamus stärker als oral (einfache ANOVA mit wiederholten Messungen mit Sidaks Mehrfachvergleichstest ****P < 0,0001; siehe ergänzende Abbildung 10B für andere Gehirnregionen). (D) Schema zur Modellierung des 24-Stunden-Temperaturrhythmus des gesunden menschlichen Gehirns. Extrapolierte TBr-Rhythmen bei gesunden Frauen (n = 14) und Männern (n = 20) im Gelbkörperbereich, ohne Berücksichtigung von Alter, BMI oder Chronotyp. Extrapolierte Temperaturrhythmen wurden erstellt, indem die zu drei Zeitpunkten gemessenen Durchschnittstemperaturen verdoppelt und auf diese sechs Punkte eine 24-Stunden-Sinusanpassung angewendet wurde. Beachten Sie die höheren Temperaturen in allen Regionen bei Frauen im Lutealbereich im Vergleich zu Männern und die deutlichen Unterschiede bei den Tiefenhirntemperaturen bei Männern. Die Pfeile zeigen auf die vorhergesagten TBr-Minima um 2–3 Uhr morgens (nahe MSFsc). Sup1–4 = oberflächliche Hirnregionen 1–4 von medial nach lateral; hypo = Hypothalamus; Thal = Thalamus.
Diskussion
Wir haben eine 4D-Karte des menschlichen TBr erstellt und zeigen, wie dieser Parameter bei Erwachsenen je nach Tageszeit, Gehirnregion, Alter und Geschlecht variiert. Offensichtlich funktioniert das menschliche Gehirngewebe bei Temperaturen, die 1 bis 3 °C höher sind als allgemein angenommen, normal ; Allein diese Entdeckung hat herausfordernde Auswirkungen auf die neurokritische Versorgung. Diese Daten bieten Klinikern eine dringend benötigte, leicht zugängliche Referenzressource für die evidenzbasierte Interpretation von TBr-Daten bei Patienten.
Schließlich haben wir herausgefunden, dass ein täglicher TBr- Rhythmus mit einer 21-fach höheren Überlebenswahrscheinlichkeit nach einer Hirnverletzung verbunden ist, was den hohen prognostischen Wert zeitaufgelöster TBr-Messungen verdeutlicht und eine Vorhersage der Mortalität basierend auf der Temperatur ermöglicht.
Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass der tägliche TBr-Rhythmus stark mit einer gesunden Gehirnfunktion verbunden ist und mit zunehmendem Alter zunehmend beeinträchtigt wird. Zukünftige Studien sollten sich mit der Frage befassen, ob die Unterstützung einer normalen TBr-Variation für die Patienten von Vorteil ist.
Kommentare
Studie verbindet einen täglichen Zyklus der Gehirntemperatur mit dem Überleben nach traumatischer Hirnverletzung.
Neue Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die normale menschliche Gehirntemperatur viel stärker schwankt, als wir dachten, und dies könnte ein Zeichen für eine gesunde Gehirnfunktion sein. Bei gesunden Männern und Frauen, bei denen die orale Temperatur meist unter 37 °C liegt, beträgt die durchschnittliche Gehirntemperatur 38,5 °C, in den tieferen Hirnregionen liegt die Temperatur meist über 40 °C, insbesondere bei Frauen tagsüber.
Bisher beruhten Studien zur menschlichen Gehirntemperatur auf der Erfassung von Daten hirnverletzter Patienten auf der Intensivstation, wo häufig eine direkte Überwachung des Gehirns erforderlich ist. In jüngerer Zeit ermöglichte eine Gehirnscantechnik namens Magnetresonanzspektroskopie (MRS) Forschern die nichtinvasive Messung der Gehirntemperatur bei gesunden Menschen. Bisher wurde MRS jedoch nicht dazu verwendet, zu untersuchen, wie sich die Gehirntemperatur im Laufe des Tages ändert, oder um zu untersuchen, wie sie die „innere Uhr “ einer Person beeinflusst.
Die neue Studie, die von Forschern des Medical Research Council (MRC) Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, Großbritannien, geleitet wurde, hat die erste 4D-Karte der Gehirntemperatur eines gesunden Menschen erstellt. Diese Karte widerlegt mehrere frühere Annahmen und zeigt, inwieweit die Gehirntemperatur je nach Gehirnregion, Alter, Geschlecht und Tageszeit variiert.
Wichtig ist, dass diese Ergebnisse auch die weit verbreitete Annahme in Frage stellen, dass die Gehirn- und Körpertemperaturen des Menschen gleich sind.
Die in der Fachzeitschrift Brain veröffentlichte Studie umfasste auch die Analyse von Daten von Patienten mit traumatischer Hirnverletzung und zeigte, dass das Vorhandensein täglicher Gehirntemperaturzyklen stark mit dem Überleben korreliert. Diese Erkenntnisse könnten genutzt werden, um das Verständnis, die Prognose und die Behandlung von Hirnverletzungen zu verbessern.
Überraschende Variation der Gehirntemperatur im Gesundheitszustand
Um das gesunde Gehirn zu untersuchen, rekrutierten die Forscher 40 Freiwillige im Alter von 20 bis 40 Jahren, die einen Tag lang morgens, nachmittags und abends in der Edinburgh Imaging Facility, Royal Infirmary of Edinburgh, gescannt werden sollten.
Entscheidend war, dass sie den Teilnehmern auch einen Aktivitäts-Tracker ans Handgelenk gaben, der es ermöglichte, genetische und Lebensstilunterschiede im Timing der biologischen Uhr bzw. des zirkadianen Rhythmus jeder Person zu berücksichtigen. Sowohl bei „Nachteulen“ als auch bei „Morgenlerchen “ ermöglichte die Kenntnis der biologischen Tageszeit, zu welcher Gehirntemperaturmessung die Unterschiede zwischen der inneren Uhr jedes Freiwilligen bei der Analyse berücksichtigt wurden.
Bei gesunden Teilnehmern betrug die durchschnittliche Gehirntemperatur 38,5 °C und war damit mehr als zwei Grad wärmer als die Temperatur, die unter der Zunge gemessen wurde. Die Studie ergab auch, dass die Gehirntemperatur abhängig von Folgendem variierte:
- Tageszeit,
- Gehirnregion,
- Sex und Menstruationszyklus,
- Alter
Während die Oberfläche des Gehirns im Allgemeinen kühler war , waren tiefere Gehirnstrukturen häufig wärmer als 40 °C ; Die höchste beobachtete Gehirntemperatur betrug 40,9 °C. Bei allen Personen zeigte die Gehirntemperatur eine konstante tageszeitliche Schwankung von fast 1 °C, wobei die höchsten Gehirntemperaturen am Nachmittag und die niedrigsten am Abend beobachtet wurden.
Im Durchschnitt waren weibliche Gehirne etwa 0,4 °C wärmer als männliche Gehirne. Dieser Geschlechtsunterschied war wahrscheinlich auf den Menstruationszyklus zurückzuführen, da die meisten Frauen in der Post-Ovulationsphase ihres Zyklus gescannt wurden und ihre Gehirntemperatur etwa 0,4 °C wärmer war als die von Frauen, die in der Phase vor dem Eisprung gescannt wurden.
Die Ergebnisse zeigten auch, dass die Gehirntemperatur mit zunehmendem Alter im Alter von 20 Jahren der Teilnehmer anstieg, insbesondere in tiefen Hirnregionen, wo der durchschnittliche Anstieg 0,6 °C betrug. Die Forscher gehen davon aus, dass sich die Fähigkeit des Gehirns, sich selbst zu kühlen, mit zunehmendem Alter verschlechtern könnte und dass weitere Untersuchungen erforderlich sind, um zu untersuchen, ob dies mit der Entwicklung altersbedingter Hirnstörungen zusammenhängt.
Dr. John O’Neill, Gruppenleiter am MRC-Labor für Molekularbiologie, sagte:
„Für mich ist das überraschendste Ergebnis unserer Studie, dass das gesunde menschliche Gehirn Temperaturen erreichen kann, die man anderswo im Körper als Fieber diagnostizieren würde. „So hohe Temperaturen wurden in der Vergangenheit bei Menschen mit Hirnverletzungen gemessen, es wurde jedoch angenommen, dass sie auf die Verletzung zurückzuführen sind.“
„Wir haben herausgefunden, dass die Gehirntemperatur nachts vor dem Schlafengehen sinkt und tagsüber ansteigt. „Es gibt gute Gründe zu der Annahme, dass diese tägliche Variation mit der langfristigen Gehirngesundheit zusammenhängt, etwas, das wir als nächstes untersuchen wollen.“
Temperaturrhythmen in verletzten Gehirnen
Um die klinischen Auswirkungen der von gesunden Freiwilligen gewonnenen Daten zu untersuchen, analysierten die Forscher kontinuierlich Temperaturdaten aus dem Gehirn von 114 Patienten, die eine mittelschwere bis schwere traumatische Hirnverletzung (TBI) erlitten hatten. Die durchschnittliche Gehirntemperatur der Patienten betrug 38,5 °C, schwankte jedoch weiter, von 32,6 bis 42,3 °C.
Von 100 Patienten, für die genügend Daten zur Beurteilung des Tagesrhythmus vorlagen, wies nur ein Viertel einen Tagesrhythmus der Gehirntemperatur auf. Die Forscher konzentrierten sich auf Prädiktoren für das Überleben auf der Intensivstation und stellten fest, dass Messungen der absoluten Gehirntemperatur von begrenztem Nutzen waren, die täglichen Schwankungen der Gehirntemperatur jedoch stark mit dem Überleben zusammenhingen . Tatsächlich starben nur 4 % der TBI-Patienten mit einem täglichen Gehirntemperaturrhythmus auf der Intensivstation, verglichen mit 27 %, die keinen solchen Rhythmus hatten.
Die Forscher weisen darauf hin, dass größere Studien erforderlich sind, um diesen Zusammenhang zu bestätigen, und dass der Zusammenhang zwischen Gehirntemperatur und Überleben nur korrelativ ist, was bedeutet, dass nicht davon ausgegangen werden kann, dass tägliche Rhythmen der Gehirntemperatur das Überleben direkt erhöhen. Der beobachtete Zusammenhang bedeutet jedoch, dass die Überwachung der täglichen Gehirntemperaturzyklen bei Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma ein vielversprechendes Instrument zur Vorhersage des Überlebens sein könnte und von weiteren Untersuchungen profitieren würde.
Zusammen mit Daten von gesunden Menschen werfen die Ergebnisse dieser Arbeit wichtige Fragen zum Einsatz von Interventionen zur Veränderung oder Kontrolle der Patiententemperatur in der Klinik auf. Dr. Nina Rzechorzek, eine MRC Clinical Scientist Fellow vom MRC Molecular Biology Laboratory, die die Studie leitete, sagte:
„Mithilfe des bislang umfassendsten Scans der normalen menschlichen Gehirntemperatur haben wir „HEATWAVE“ erstellt, eine 4D-Temperaturkarte des Gehirns. Diese Karte stellt eine dringend benötigte Referenzressource dar, mit der Patientendaten verglichen werden können, und könnte unser Verständnis der Funktionsweise des Gehirns verändern. Dass ein täglicher Rhythmus der Gehirntemperatur so stark mit dem Überleben nach Schädel-Hirn-Trauma korreliert, legt nahe, dass die Messung der Gehirntemperatur über den Tag verteilt einen großen klinischen Wert hat .
„Unsere Arbeit öffnet auch die Tür für zukünftige Forschungen darüber, ob Störungen des täglichen Temperaturrhythmus des Gehirns als früher Biomarker für mehrere chronische Hirnerkrankungen, einschließlich Demenz, verwendet werden können.“
