Early stage hemodynamic dysfunction is critical to the development of kidney disease. Yet, detection methodologies are limited. Recent advances in sonography provide a noninvasive, accurate option for early detection of kidney injury. This study outlines a step-by-step, sonographic methodology for detecting kidney dysfunction using a drug-induced nephrotoxicity rat model.
Nyrene fungerer normalt å opprettholde hemodynamisk homeostase og er en viktig side av skade forårsaket av narkotika toksisitet. Medikament-indusert nefrotoksisitet er beregnet til å bidra til 19- 25% av alle kliniske tilfeller av akutt nyreskade (AKI) hos kritisk syke pasienter. AKI deteksjon har historisk støttet seg på beregninger som serumkreatinin (SCR) eller blod urea nitrogen (BUN) som er beviselig mangelfull i full vurdering av nefrotoksisitet i den tidlige fasen av nedsatt nyrefunksjon. Foreløpig er det ingen robust diagnostisk metode for nøyaktig bestemmelse av hemodynamiske endringer i den tidlige fasen av AKI mens slike endringer kan faktisk gå forut for økningen i serum biomarkør nivåer. En slik tidlig diagnose kan hjelpe klinikere gjøre en nøyaktig diagnose og hjelp til i beslutningsprosesser for terapeutisk strategi. Rotter ble behandlet med cisplatin for å indusere AKI. Nefrotoksisitet ble vurdert i seks dager ved hjelp av høyfrekvent sonography, Scr måling og ved histopatologi avnyre. Hemodynamisk evaluering ved hjelp av 2D og farge-Doppler bilder ble brukt til å serielt studere nefrotoksisitet hos rotter, ved hjelp av sonography. Våre data viste vellykket legemiddelindusert nyreskade hos voksne rotter ved histologisk undersøkelse. Color-Doppler basert sonografiske vurdering av AKI indikerte at resistive-indeks (RI) og puls-indeks (PI) ble økt i behandlingsgruppen; og topp-systolisk hastighet (mm / s), ende-diastolisk hastighet (mm / s) og hastighets tid integral (VTI, mm) ble redusert i nyrearteriene i samme gruppe. Viktigere, disse hemodynamiske forandringer evaluert av sonography forut for økningen av SCR nivåer. Sonography baserte indekser som RI eller PI kan derfor være nyttige prediktive markører for fallende nyrefunksjon hos gnagere. Fra våre sonography baserte observasjoner i nyrene hos rotter som gjennomgikk AKI, viste vi at disse ikke-invasiv hemodynamiske målinger kan vurdere som en nøyaktig, følsom og robust metode i å oppdage tidlig stadium nyre dysfunksjon. Tsin studie understreker også viktigheten av etiske problemstillinger knyttet til bruk av dyr i forskning.
Serum kreatinin (SCR) har vært gullstandarden tallene for å vurdere nyrefunksjonen i mer enn to tiår. Nylig har mange studier har rapportert at nyreskade oppstår mye tidligere enn endringene i SCR en. Det finnes imidlertid ingen robuste metoder for påvisning av hemodynamiske forandringer som forekommer tidlig i løpet av nyreskade, inkludert medikament-indusert nefrotoksisitet.
Legemiddelindusert akutt nyre hemodynamic dysfunksjon fører til nedsatt vevsskade og videre utvikling til nyresvikt 2,3. I de siste par tiårene, studier tyder på at tenkelig verktøy som computertomografi (CAT), Funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI) og sonography spille en rolle i hemodynamisk vurdering 4. I dagens tenkelig verktøy, gråskala sonography kombinert med Color-Doppler teknikker, er den mest brukte til å etablere og vurdere anatomiske status for nyre 3,5,6. Sullivan et. al. og Bonnin et. al. rapporterte nylig at sonografi er en effektiv, kraftig og ikke-invasiv verktøy i analyse hemodynamiske forandringer i vasokonstriksjon og hypoksi spenningsdyremodeller 7,8. Denne teknikken er også ofte brukt for å påvise arteriell stenose 9,10.
Nyeste tekniske fremskritt innen høyoppløselige ultralydavbildning har tillatt forskere å adressere kardiovaskulær toksisitet ved hjelp av høy frekvens (25-80 MHz) og høy oppløsning (<0,03 mm oppløsning) sonder, in vivo 11. Vi hypotese at du bruker denne høy oppløsning sonography å studere nyre vil gi en enestående mulighet for en ikke-invasiv og følsom metode for tidlig påvisning av nefrotoksisitet.
Cisplatin brukes til å behandle testiklene, eggstokkene, blære, hode, lunge og nakke kreft i kombinasjon med andre rusmidler 12-14. Cisplatin har hadde veldokumentert nefrotoksisitet på grunn av cellenekrose av proximal tubuli (PT) og samle kanaler resultert i økende blod urea nitrogen (BUN) og SCR 15. Heri gir vi en detaljert steg-for-steg metodikk for bruk av ikke-invasiv nedsatt sonography å karakter nyre dysfunksjon ved bruk av rottemodellen av narkotika (Cisplatin) indusert nefrotoksisitet.
I det siste tiåret, har mange fremskritt skjedd i sonografiske teknologi, inkludert utvikling av høyfrekvente mekaniske prober, som tilbyr sonografiske data med høy kvalitet, følsomhet og nøyaktighet. Disse sonder kan gi tilnærmet 50 um aksial oppløsning ved en inntrengningsdybde på 5 til 12 mm og høy bildefrekvens (større enn 200 ramme / sek), og dermed kan det tjene som et robust verktøy for å studere små dyr som rotter og mus 18, 19. Videre gir det også å samle sonografiske bilder på lett bedøvet eller bevisste dyr med vitale tegn på fysiologiske nivåer. I tillegg er ikke-invasiv modalitet gir også mulighet til å utføre langsgående vurdering av strukturelle og funksjonelle forandringer under sykdomsutviklingen uten å ofre dyr 19.
I 1959, Drs. Rusell og børste først beskrevet de tre "R" regler (Replacement, Reduction, og Refinement) for å heve awareness av etiske problemstillinger i dyr bruk i forskning. Den foreslåtte protokoll viser for første gang at ikke-invasiv lite dyr sonography kan bruker minimalt antall dyr i henhold til minst smerte, lidelse eller ubehag i Nephorotoxicity studien. Derfor er det en potensiell effektiv modalitet for å møte de tre "R 'regler for forsøksdyr.
Mange sonografiske studier har fokusert på hjerte programmer; nyrefunksjonen vurderingene ble ofte hentet fra målinger av hjertestatus snarere enn en direkte studie av nyre 20-25. Vi har etablert en avbildning metodikk for å visualisere anatomiske og funksjonelle endringer i nyrene i sanntid. Vi brukte en forhåndsvalgt sett utfyllende akustiske vinduer, grå-skala / B-modus og Color-Doppler, spesifikke for nyre utsikt. Vi brukte RI og PI indekser for å vurdere forholdet mellom disse indeksene og endringer av nyrefunksjonen i Cisplatin toksisitet modell.
<p class="Jove_content"> Det er imidlertid noen utfordringer og begrensninger i de foreslåtte avbildningsmetoder som følger: 1) Riktig valg av anestesimiddel og graden av anestesi er avgjørende for hjerte- og åndedretts stabilitet. Inkonsekvent fysiologisk fenomen (inkludert luftveis- og hjertesvingninger) påvirke nyrearterien flyt, kvalitet på bilde og nyrefunksjon vurdering. Vi vil bruke IACUC godkjente injiserbare anestesimiddel, Pentobarbital (50 mg / kg kroppsvekt, ip), som vår backup anestesimiddel for å sikre riktig normal fysiologisk funksjon under bildebehandling og nyrefunksjon vurdering; 2) Hårfjerning er et kritisk punkt, som tilstedeværelse av hår på brystet påvirker kvaliteten på sonografiske bilder; 3) Mens sonography av nyrene er relativt enkelt for en trent operatør; for den gjennomsnittlige operatør, er det viktig å tilpasse teknikken til enkelte dyr unike anatomi og gjøre mindre manipuleringer; 4) Hvis størrelsen på rotter er ganske stor (over 350 gram), en lavere frekvens-probe (mindre enn anvendt i denne studien 21 MHz) kan være nødvendig for optimal avbildning. Det kan være klokt å ta et kurs før den planlagte driften av imaging system.Nyheten i å oppdage narkotika-indusert nefrotoksisitet ved hjelp av den foreslåtte sonografiske metodikk og avledet protokollen er dens tidlig robust deteksjon av hemodynamiske endringer i tilfelle nyreskade. Resultatene indikerer at de intra-renale vaskulære hemodynamiske endringer i faktisk gå forut for eren SCR. Disse dataene er vurdert opp mot den konvensjonelle gullstandard ved hjelp av histologisk analyse og vise at små dyr sonography er en ikke-invasiv, følsom, og reproduserbar modalitet, som har minimalt krav om bruk av dyr. Det er dermed et effektivt verktøy for tidlig deteksjon av legemiddelindusert nefrotoksisitet ved hjelp av rottemodellen.
The authors have nothing to disclose.
We thank Fred Roberts for exemplary technical support. We thank Brigham Women’s Hospital Cardiovascular Physiology Core for providing with the instrumentation and the funds for this work. This work was supported in part by NHLBI grants HL093148, HL086967, and Departmental Funds from (SUNDRY).
Depilatory cream | Miltex, Inc. | Surgi-Prep | Apply 24 hours prior to imaging |
cis-Diamineplatinum(II) dichloride | Sigma | 479306 | To induce acute kidney injury at small animals. |
Isoflurane | Baxter International Inc. | NDC 10019-773-40 | 2-3% for induction, and 1-1.5 % for maintenance; heart beats will be maintained at above 500 beats per minute |
Table of equipments | |||
Material Name | Company | Catalogue Number | Comments |
High Frequency Ultrasound | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo 2100 | |
High-frequency Mechanical Transducer | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | MS250, MS550D, MS400 | |