Riepilogo I pazienti vengono sottoposti ad interventi per raggiungere una temperatura cerebrale "normale"; un parametro che rimane indefinito per l’uomo. La profonda sensibilità della funzione neuronale alla temperatura implica che il cervello dovrebbe essere isotermico, ma le osservazioni di pazienti e primati non umani suggeriscono una significativa variazione spaziotemporale. Il nostro obiettivo era determinare la rilevanza clinica della temperatura cerebrale nei pazienti stabilendo quanto varia negli adulti sani. Abbiamo esaminato retrospettivamente i dati di tutti i pazienti reclutati nel sottostudio dell’unità di terapia intensiva ad alta risoluzione dell’indagine collaborativa europea sull’efficacia del neurotrauma nelle lesioni cerebrali traumatiche (CENTER-TBI). Sono stati inclusi solo i pazienti con misurazioni dirette della temperatura cerebrale e senza controllo specifico della temperatura. Per interpretare le analisi dei pazienti, abbiamo reclutato in modo prospettico 40 adulti sani (20 uomini, 20 donne, 20-40 anni) per la termometria cerebrale utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica. I partecipanti sono stati scansionati al mattino, al pomeriggio e alla sera di un singolo giorno. Nei pazienti (n = 114), la temperatura cerebrale variava da 32,6 a 42,3 °C e la temperatura media del cervello (38,5 ± 0,8 °C) superava la temperatura corporea (37,5 ± 0,8 °C). 5 °C, P < 0,0001). Dei 100 pazienti idonei per l’analisi del ritmo della temperatura cerebrale, 25 hanno mostrato un ritmo quotidiano e l’intervallo della temperatura cerebrale diminuito nei pazienti più anziani (P = 0,018). Nei partecipanti sani , la temperatura cerebrale variava da 36,1 a 40,9°C; La temperatura media del cervello (38,5 ± 0,4 °C) superava la temperatura orale (36,0 ± 0,5 °C) ed era più alta di 0,36 °C nelle femmine luteali rispetto alle femmine e ai maschi. maschi follicolari (P = 0,0006 e P < 0,0001, rispettivamente). La temperatura aumentava con l’età , soprattutto nelle regioni profonde del cervello (0,6°C in 20 anni, P = 0,0002) e variava spazialmente di 2,41 ± 0,46°C con le temperature più alte nel talamo. La temperatura cerebrale variava in base all’ora del giorno , soprattutto nelle regioni profonde (0,86°C, P = 0,0001), ed era più bassa durante la notte. Dai dati sanitari abbiamo creato HEATWAVE, una mappa 4D della temperatura del cervello umano. Testando la rilevanza clinica di HEATWAVE nei pazienti, abbiamo scoperto che la mancanza di un ritmo giornaliero della temperatura cerebrale aumentava le probabilità di morte in terapia intensiva di 21 volte (P = 0,016), mentre la temperatura massima o minima assoluta non prevedeva l’esito. Tuttavia, una temperatura cerebrale media più calda era associata alla sopravvivenza (P = 0,035) e l’invecchiamento di 10 anni aumentava le probabilità di morte di 11 volte (P = 0,0002). La temperatura del cervello umano è più alta e varia più di quanto precedentemente ipotizzato, a seconda dell’età, del sesso, del ciclo mestruale, della regione del cervello e dell’ora del giorno. Ciò ha importanti implicazioni per il controllo e la gestione della temperatura, poiché la ritmicità quotidiana della temperatura cerebrale emerge come uno dei più forti predittori individuali di sopravvivenza dopo una lesione cerebrale. Concludiamo che la variazione ritmica quotidiana della temperatura cerebrale, non la temperatura cerebrale assoluta, è un modo in cui la fisiologia del cervello umano può essere distinta dalla fisiopatologia. |
Figura: La temperatura cerebrale sana varia a seconda dell’ora del giorno. (A) Istantanea delle mappe TBr 3D in ciascun punto di raccolta dati. La scala di colori Inferno viene utilizzata per assegnare una temperatura a ciascun voxel tissutale, con una risoluzione di 0,1°C. Le temperature aggregate sono mostrate in ciascun voxel per le femmine luteali (n = 14) e i maschi (n = 20) separatamente. (B) Risultati del modello misto lineare per TBr in base all’ora del giorno; Vengono mostrati i risultati per la TBr globale (a sinistra) e per la TBr cerebrale profonda (talamo e ipotalamo, a destra). Le linee rosse continue rappresentano gli adattamenti del modello, le aree ombreggiate rappresentano gli IC al 95%, i cerchi grigio scuro mostrano i residui (punti dati di temperatura singoli) e le linee gialle tratteggiate smussate rappresentano i residui parziali. L’asse x del tempo riassume la variabile continua della distanza temporale dal MSFsc del partecipante (proporzione di un cerchio unitario linearizzato, dove 0 = MSFsc e 1 = 24 h). (C) Intervallo di temperatura (massimo vs minimo in tre punti temporali testati) per i siti orali e ipotalamici per ciascun partecipante sano (n = 39). La temperatura variava maggiormente in base all’ora del giorno nell’ipotalamo che oralmente (misure ripetute unidirezionali ANOVA con test di confronti multipli di Sidak **** P <0,0001; vedere Figura 10B supplementare per altre regioni del cervello). (D) Schema per modellare i ritmi di temperatura nelle 24 ore del cervello umano sano. Ritmi TBr estrapolati in donne luteali sane (n = 14) e uomini (n = 20), senza controllare età, indice di massa corporea o cronotipo. I ritmi di temperatura estrapolati sono stati creati raddoppiando le temperature medie misurate in tre punti temporali e applicando un adattamento sinusoidale di 24 ore a questi sei punti. Da notare le temperature più elevate in tutte le regioni nelle femmine luteali rispetto ai maschi e la marcata variazione delle temperature cerebrali profonde nei maschi. Le frecce indicano i minimi di TBr previsti intorno alle 2-3 del mattino (avvicinandosi a MSFsc). Sup1–4 = regioni cerebrali superficiali 1–4 da mediale a laterale; ipo = ipotalamo; Thal = talamo.
Discussione
Abbiamo creato una mappa 4D della TBC umana e mostriamo come questo parametro varia con l’ora del giorno, la regione del cervello, l’età e il sesso negli adulti. Il tessuto cerebrale umano funziona chiaramente normalmente a temperature da 1 a 3 °C più elevate di quanto generalmente ipotizzato ; Questa scoperta da sola ha implicazioni impegnative per la cura neurocritica. Questi dati forniscono ai medici una risorsa di riferimento urgentemente necessaria e facilmente accessibile per l’interpretazione basata sull’evidenza dei dati sulla TBC nei pazienti.
Infine, abbiamo scoperto che un ritmo giornaliero della TBr è associato a una probabilità 21 volte maggiore di sopravvivenza dopo una lesione cerebrale, illustrando l’alto valore prognostico delle misurazioni della TBr risolte nel tempo e alimentando una previsione della mortalità basata sulla temperatura.
Nel complesso questi risultati indicano che i ritmi giornalieri della TBr sono fortemente associati a una sana funzione cerebrale e vengono progressivamente compromessi con l’età. Studi futuri dovrebbero valutare se il supporto della normale variazione della TBr sia vantaggioso per i pazienti.
Commenti
Uno studio collega un ciclo giornaliero della temperatura cerebrale alla sopravvivenza dopo una lesione cerebrale traumatica.
Una nuova ricerca ha dimostrato che la normale temperatura del cervello umano varia molto più di quanto pensassimo, e questo potrebbe essere un segno di una sana funzione cerebrale. Negli uomini e nelle donne sani, nei quali la temperatura orale è solitamente inferiore a 37 °C, la temperatura media del cervello è di 38,5 °C e le regioni cerebrali più profonde solitamente superano i 40 °C, soprattutto nelle donne durante il giorno.
In precedenza, gli studi sulla temperatura del cervello umano si basavano sull’acquisizione di dati da pazienti con lesioni cerebrali in terapia intensiva, dove spesso è necessario il monitoraggio diretto del cervello. Più recentemente, una tecnica di scansione del cervello, chiamata spettroscopia di risonanza magnetica (MRS), ha consentito ai ricercatori di misurare la temperatura cerebrale in modo non invasivo in persone sane. Tuttavia, fino ad ora, la MRS non è stata utilizzata per esplorare come la temperatura cerebrale varia durante il giorno o per considerare come influenza l’ “orologio biologico ” di un individuo.
Il nuovo studio, condotto da ricercatori del Laboratorio di Biologia Molecolare del Medical Research Council (MRC), a Cambridge, nel Regno Unito, ha prodotto la prima mappa 4D della temperatura del cervello umano sano. Questa mappa ribalta diverse ipotesi precedenti e mostra la misura in cui la temperatura cerebrale varia in base alla regione del cervello, all’età, al sesso e all’ora del giorno.
È importante sottolineare che questi risultati mettono anche in discussione la convinzione ampiamente diffusa secondo cui la temperatura del cervello e del corpo umano è la stessa.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Brain , ha incluso anche l’analisi dei dati di pazienti con lesioni cerebrali traumatiche , dimostrando che la presenza di cicli giornalieri di temperatura cerebrale è fortemente correlata alla sopravvivenza. Questi risultati potrebbero essere utilizzati per migliorare la comprensione, la prognosi e il trattamento delle lesioni cerebrali.
Variazione sorprendente della temperatura cerebrale in condizioni di salute
Per studiare il cervello sano, i ricercatori hanno reclutato 40 volontari, di età compresa tra 20 e 40 anni, da sottoporre a scansione al mattino, pomeriggio e sera nell’arco di una giornata, presso l’Edinburgh Imaging Facility, Royal Infirmary di Edimburgo.
Fondamentalmente, hanno anche dato ai partecipanti un rilevatore di attività al polso, consentendo di prendere in considerazione le differenze genetiche e di stile di vita nei tempi dell’orologio biologico di ogni persona , o ritmo circadiano. Sia per i "nottambuli" che per le "allodole mattutine ", conoscere l’ora biologica del giorno in cui è stata effettuata ciascuna misurazione della temperatura cerebrale ha consentito di prendere in considerazione nell’analisi le differenze tra l’orologio biologico di ciascun volontario.
Nei partecipanti sani , la temperatura media del cervello era di 38,5°C, più di due gradi più calda di quella misurata sotto la lingua. Lo studio ha anche scoperto che la temperatura cerebrale varia in base a:
- Ora del giorno,
- regione del cervello,
- Sesso e ciclo mestruale,
- Età
Mentre la superficie del cervello era generalmente più fredda , le strutture cerebrali più profonde erano spesso più calde di 40°C ; la temperatura cerebrale più alta osservata è stata di 40,9 °C. In tutti gli individui, la temperatura cerebrale ha mostrato una variazione costante nell’ora del giorno di quasi 1°C, con le temperature cerebrali più alte osservate nel pomeriggio e quelle più basse la sera.
In media, il cervello femminile era circa 0,4°C più caldo di quello maschile. Questa differenza di sesso è stata probabilmente determinata dal ciclo mestruale, poiché la maggior parte delle donne è stata sottoposta a scansione nella fase post-ovulazione del ciclo e la loro temperatura cerebrale era di circa 0,4°C più calda rispetto a quella delle donne scansionate nella fase pre-ovulazione.
I risultati hanno anche mostrato che la temperatura cerebrale aumentava con l’età nell’intervallo di 20 anni dei partecipanti, soprattutto nelle regioni profonde del cervello, dove l’aumento medio era di 0,6°C. I ricercatori propongono che la capacità del cervello di raffreddarsi potrebbe deteriorarsi con l’età e che sia necessario ulteriore lavoro per indagare se ciò sia correlato allo sviluppo di disturbi cerebrali legati all’età.
Il dottor John O’Neill, leader del gruppo presso il Laboratorio di Biologia Molecolare dell’MRC, ha dichiarato:
“Per me, la scoperta più sorprendente del nostro studio è che il cervello umano sano può raggiungere temperature che verrebbero diagnosticate come febbre in qualsiasi altra parte del corpo. "Temperature così elevate sono state misurate in persone con lesioni cerebrali in passato, ma si presumeva fossero il risultato della lesione."
“Abbiamo scoperto che la temperatura del cervello scende di notte prima di andare a dormire e aumenta durante il giorno. "Ci sono buone ragioni per credere che questa variazione quotidiana sia associata alla salute del cervello a lungo termine, qualcosa che speriamo di indagare in seguito."
Ritmi della temperatura nel cervello ferito
Per esplorare le implicazioni cliniche dei dati ottenuti da volontari sani, i ricercatori hanno analizzato i dati sulla temperatura raccolti continuamente dal cervello in 114 pazienti che avevano subito una lesione cerebrale traumatica da moderata a grave (TBI). La temperatura media del cervello dei pazienti era di 38,5°C, ma variava ulteriormente, da 32,6 a 42,3°C.
Dei 100 pazienti per i quali erano disponibili dati sufficienti per valutare i ritmi giornalieri, solo un quarto presentava un ritmo giornaliero nella temperatura cerebrale. Concentrandosi sui predittori di sopravvivenza in terapia intensiva, i ricercatori hanno scoperto che le misurazioni assolute della temperatura cerebrale erano di utilità limitata, ma la variazione giornaliera della temperatura cerebrale era fortemente correlata alla sopravvivenza ; Infatti, dei pazienti con trauma cranico con un ritmo giornaliero della temperatura cerebrale, solo il 4% è morto in terapia intensiva, rispetto al 27% che non aveva tale ritmo.
I ricercatori avvertono che sono necessari studi più ampi per convalidare questa associazione e che il legame tra temperatura cerebrale e sopravvivenza è solo correlazionale, il che significa che non si può presumere che i ritmi giornalieri della temperatura cerebrale aumentino direttamente la sopravvivenza. Tuttavia, il collegamento osservato significa che il monitoraggio dei cicli giornalieri della temperatura cerebrale nei pazienti con trauma cranico potrebbe essere uno strumento promettente per prevedere la sopravvivenza e trarrebbe beneficio da ulteriori indagini.
Insieme ai dati di persone sane, i risultati di questo lavoro sollevano importanti domande sull’uso di interventi per modificare o controllare la temperatura del paziente in clinica. La dott.ssa Nina Rzechorzek, ricercatrice clinica del MRC del Laboratorio di biologia molecolare del MRC che ha condotto lo studio, ha dichiarato:
“Utilizzando la scansione più completa fino ad oggi della normale temperatura del cervello umano, abbiamo creato “HEATWAVE”, una mappa della temperatura 4D del cervello. Questa mappa fornisce una risorsa di riferimento urgentemente necessaria con cui confrontare i dati dei pazienti e potrebbe trasformare la nostra comprensione di come funziona il cervello. Il fatto che il ritmo quotidiano della temperatura cerebrale sia così fortemente correlato alla sopravvivenza dopo un trauma cranico suggerisce che misurare la temperatura cerebrale durante il giorno ha un grande valore clinico ».
“Il nostro lavoro apre anche una porta per la ricerca futura sulla possibilità di utilizzare l’interruzione dei ritmi giornalieri della temperatura cerebrale come biomarcatore precoce per diversi disturbi cerebrali cronici, inclusa la demenza”.
