우리는 방광 부피, 방광 벽 두께, 소변 속도, 공극 부피, 공극 기간 및 요도 직경을 측정하는 방법으로 대조 이미징을 가진 고주파 초음파의 사용을 기술합니다. 이 전략은 더 낮은 요로 역기능 (LUTD)의 각종 마우스 모형에 있는 무효 기능 장애 및 처리 효험을 평가하기 위하여 이용될 수 있습니다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
방법 논문
요로 기능 검사를 위한 성인 남성 요로의 초음파 검사
* These authors contributed equally
이 논문에서
요약
초록
임상 양성 전립선 비대증 (BPH) 및 낮은 요로 현상 (LUTS)의 부각은 고령화 인구 때문에 증가하고, 중요한 경제 및 삶의 질 부담의 결과로. 트랜스제닉 및 기타 마우스 모델은 이 다인성 질환의 다양한 측면을 재현하기 위해 개발되었습니다. 그러나, 정확하게 오줌 역기능 및 새로운 치료 선택권의 효력을 양량하는 방법은 부족합니다. 여기서, 우리는 방광 부피 및 탈지벽 두께, 오줌 속도, 공극 부피 및 공극 기간 및 요도 직경을 측정하는 데 사용할 수 있는 방법을 설명합니다. 이것은 시간이 지남에 따라 질병 진행 및 치료 효능의 평가를 허용할 것이다. 마우스는 이소플루란으로 마취되었고, 방광은 초음파로 시각화되었습니다. 비대비 이미징의 경우, 볼륨을 계산하고 모양을 평가하기 위해 방광을 3D 로 촬영했습니다. 방광 벽 두께는 이 이미지로부터 측정하였다. 대비 강화된 화상 진찰을 위해, 카테터는 PE50 튜브에 의해 주사기에 연결된 27 게이지 바늘을 사용하여 방광의 돔을 통해 배치되었습니다. 배뇨 이벤트가 발생할 때까지 0.5 mL의 대조를 방광에 주입하였다. 요도 직경은 제1 보이드 이벤트 동안 도플러 속도 샘플 윈도우의 시점에서 결정되었다. 속도는 유량을 산출하는 각 후속 이벤트에 대해 측정되었다. 결론적으로, 고주파 초음파는 마우스에 있는 오줌 기능 도중 방광 및 요도 측정을 평가하기 위한 효과적인 방법인 것을 증명했습니다. 이 기술은 실험 적인 조정에 있는 BPH/LUTS를 위한 새로운 치료의 평가에서 유용할 지도 모릅니다.
서론
양성 전립선 비대증 (BPH)은 나이가 들면서 남성에서 발생하며 80 세 이상 남성의 거의90 %에 영향을 미치는 질병입니다 1,2. BPH의 발달은 일반적으로 노화와 연관되어 있지만, 비만 및 대사 증후군을 포함한다른 요인은 상대적으로 젊은 남자에서 BPH로 이어질 수 있습니다 3,4. BPH를 가진 많은 남자는 그들의 삶의 질을 현저하게 감소시키는 더 낮은 요로 현상 (LUTS)를 개발하고, 몇몇은 출혈, 감염, 방광 출구 방해 (BOO), 방광 돌 및 신부전을 포함할 수 있는 합병증을 경험합니다. BPH에 대한 치료 비용은 연간 40 억 달러를 초과5,6,7. BPH에 의한 LUTS의 진단은 일반적으로 AUA 증상 지수(AUASI) 점수, 요로 유출량계량 및 전립선 크기 8의 평가의 사용에 의존한다. BPH/LUTS의 병인은 복잡하고 다인성이며, 질병 발달 및 진행은 전립선 비대증(전립선 증식), 평활근 수축 성 및 섬유증과 관련이 있습니다. 현재 치료에는 안드로겐 대사를 감소시키고 전립선 크기를 감소시키기 위해 LUTS 및/또는 5α-환원효소 억제제를 완화하기 위해 방광 및 전립선 내의 평활근 톤을 조절하기 위해 α-아드레날린 차단제를 사용하는 것이 포함됩니다. 더 나은 질병 모델, 뮤린 및 기타, 시간이 지남에 따라 이 질병 과정에서 다양한 원인및 치료 인자의 효과에 대한 정확한 연구를 허용하는 것은 매우 바람직하다 9.
설치류 모델은 비뇨기역학을 연구하는 데 광범위하게 사용되었습니다. 그러나, 대부분의 연구는 여성 의 전조 및 질병 에 초점을 맞추고있다 10. 남성 LUTS의 모든 측면을 완전히 검사하기 위해 설치류 모델은 세포 증식, 평활근 기능, 콜라겐 침착 및 염증의 변화를 포함하여 BPH의 다양한 측면을 연구하기 위해 개발되고 사용되었습니다11, 12세 , 13세 , 14. 그러나 설치류와 인간의 전립선 해부학은 다릅니다. 인간의 전립선은 압축 된 섬유 근육 층에 의해 컴팩트하고 감싸인 반면, 설치류 전립선은 소엽; 이러한 차이는 질병 진행과 치료 효능의 직접적인 비교를 복잡하게 합니다. 또한 LUTS는 마우스에서 직접 측정할 수 없기 때문에 평가하기가 어렵습니다. 대신, 질병을 연구하기 위한 현재의 방법은 요로의 수준을 비교하는 생리적 특징(즉, 비뇨기과, 무효 반점 분석 및 방광측정종점 데이터와 함께 방광 부피 및 벽 두께)과 조직학적 특징을 상관시 BPH 모델과 대조군 동물 사이의 기능 장애12,15,16,17,18. 생리학적 특징은 사후 부검 끝점으로 자주 평가되며, 같은 동물 내에서 시간 동안 BOO를 관찰할 수 없습니다. 최근, 외인성 호르몬 임플란트가 사후 부검 평가12에기초하여 협착을 일으키는 골반 요도 (전립선 요도)의 세분화를 확인하였다. 현재의 방법은 무효화 동안 요도 좁히기의 직접, 생체 내 평가를 허용하지 않습니다.
초음파는 다른 질병 모델에서 성공적으로 사용된 비침습적 진단 및 평가 기술입니다. 그것은 기관 양을 정량화하고 혈관 흐름을 평가하는 데 사용됩니다19,20,21. 초음파는 또한 미세 주사를 시각화하고 안내하여 줄기 세포 또는 다른 약물의 표적 주사를 허용하고 수축기 및 확장기 심장 기능을 평가하는 데 사용됩니다.
이 프로토콜은 낮은 요로 해부학을 평가하고 마취 된 마우스에서 요로 생리학을 평가하기 위해 고주파 초음파의 사용을 설명합니다. 우리는 방광 부피와 벽 두께를 측정하기위한 초음파의 사용을 설명합니다. 우리는 또한 소변 속도, 소변 볼륨, 공극 기간 및 요도 직경을 측정하기 위해 대비 강화 초음파의 사용을 설명합니다. 초음파의 사용은 생체 내 하부 요로에 대한 보다 포괄적 인 이해를 제공하고 질병이 정상적인 무효 기능을 변경하는 방법을 결정하며 새로운 치료 옵션의 효과를 더 잘 평가할 수있는 도구를 제공합니다. 현재, 비대비 이미징 프로토콜은 비-단자형이며, 현재 의 대비 강화된 이미징 프로토콜은 말단 절차이다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
프로토콜
동물 과목을 포함 하는 절차는 기관 동물 관리 및 사용 위원회에 의해 승인 되었습니다 (IACUC) 위스콘신 대학에서 – 매디슨.
1. 동물 준비
- 24개월된 C57Bl6/J 수컷 마우스를 3-5% 이소플루란이 있는 미리 충전된 챔버에 놓고 올바른 반사신경이 사라지고 호흡 속도가 느려질 때까지 하십시오.
- 필요한 경우 클리퍼를 사용하여 수술 및/또는 이미징을 위해 동물의 복부 털을 면도하십시오. 제모 크림을 사용하여 남은 모든 모발을 제거합니다.
- 가열된 플랫폼에 2% 이소플루란이 있는 코 콘에 마우스를 소인 위치에 놓아 마취를 유지합니다. 페달 인출 반사에 대한 응답으로 동물의 움직임 의 손실에 의해 마취의 깊이를 확인 (그림1B).
2. 초음파 설정
- 30MHz의 중심 주파수를 가진 MV707 프로브를 "복부 이미징"(그림1A)으로 미리 설정된 응용 프로그램과 함께 활성 포트에 연결합니다.
- 초음파 프로브를 방광의 긴 축과 평행하게 놓습니다 (그림1C).
- 방광, 전립선 및 요도의 길고 짧은 축 이미지는 B 모드로 만들어집니다 (그림1D).
- "xy" 마이크로 조작기를 사용하여 마우스를 이동합니다.
3. 비대비 이미징 프로토콜
- 선형 거리 측정 도구를 사용하여 방광 벽 두께를 측정하고 외부 가장자리를 방광 벽 b 모드 포스트 수집의 내부 가장자리로 추적합니다.
- 방광 벽의 내부를 추적하여 3D 모드 수집의 체적 도구를 사용하여 방광 3D 체적을 측정하여 윤곽을 만듭니다. 그런 다음 방광두께를 통해 여러 윤곽선이 생성되어 부피를 계산합니다.
4. 마이크로 버블 콘트라스트 재서스펜션/활성화
- 용액 내의 마이크로버블을 캡슐화하기 위해 45s에 대한 와르텍스 믹서에서 흔들어 조영제(예를 들어, DEFINITY)를 활성화한다. 이 단계는 최적의 대비 향상을 위해 매우 중요합니다.
5. 카테터 삽입
- 마우스를 마취하고 가열 된 플랫폼에 테이프로 붙인 후 피부와 복벽을 통해 직선 날카롭고 무딘 가위를 사용하여 중간 선 절개로 방광을 노출시하십시오.
- 유연한 폴리에틸렌 튜브 (PE 50)로 주사기에 연결된 27 게이지 바늘을 방광에 삽입하십시오. 방광에 기포가 주입되지 않도록 식염수로 튜브를 미리 채웁니다.
6. 대비 강화 이미징 프로토콜
- 바늘 배치를 확인하기 위해 초음파를 통해 관찰되는 동안 식염수 10 μL을 방광에 주입하십시오.
- 요도가 일반적으로 붕괴되기 때문에 요도 벽과 무효 이벤트의 시각화를 개선하기 위해 대비를 포함하는 주사기로 식염수 주사기를 교체합니다. 요도의 완전한 긴 축 뷰를 얻고 이미지가 저장되면 프로브를 90° 회전하여 짧은 축 뷰와 M 모드 이미지를 얻습니다.
- 배뇨 이벤트가 발생할 때까지 방광에 3 s 당 0.5 mL에서 마이크로 버블의 볼러스를 주입.
- 첫 번째 보이드 이벤트 동안 선형 거리 도구를 사용하여 도플러 속도 샘플 창의 지점에서 요도 직경을 측정하고 가장자리에서 가장자리까지 측정합니다.
- 요도가 제대로 위치하면 요도와 관련하여 프로브를 각도로 하여 소변 흐름과 더 평행하게 됩니다.
- 방광에 마이크로 버블의 두 번째 볼러스를 주입하고 속도 시간 일체형 (VTI) 도구를 사용하여 이벤트 속도를 측정합니다.
- 데이터 수집 후 자궁 경부 탈구로 마우스를 안락사시하십시오.
7. 데이터 계산 및 분석
- VTI 도구를 선택하여 기록된 이미지를 추적하여 속도를 측정합니다.
- 선행 가장자리를 사용하여 B 모드 또는 M 모드 이미지에서 선행 가장자리까지요도의 직경을 측정합니다.
- 상기 수식(CSA)을 이용하여 상기 수식(CSA)을 이용하여 단면적(CSA)을 산출한다.
- 요도의 CSA를 사용하여 보이드 체적을 계산하고 도플러 트레이스(속도 시간 적분)(CSA x VTI = 부피)의 영역을 곱합니다.
- 입방 센티미터 밀도 당 1 그램을 가정 실제 무효 소변 볼륨을 계산합니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
결과
초음파는 실험 설계 및 엔드포인트 측정에 따라 대비 향상 여부와 함께 사용할 수 있습니다. 마우스는 이소플루란으로 마취되고 면도되고 제모 크림으로 제거 된 머리카락의 모든 흔적을 제거합니다. 마취 된 동물은 방광의 긴 축을 따라 배치 된 초음파 프로브로가열 된 플랫폼에 배치됩니다 (그림 1).
도 2는 조영제 없이 획득한 마우스 방광의 대표적인 초음파 영상을 나타낸다. 방광 벽은 초초성(흰색)이며 방광 벽 두께는 소프트웨어 측정 패키지를 사용하여 측정됩니다. 방광 표면 투영을 렌더링하여 방광 체적, 벽두께 및 벽 체적을 결정할 수 있습니다(표 1).
대조적으로 향상된 방광 및 더 낮은 요로 화상 진찰을 위해, 카테터는 방광과 주입된 마이크로 버블에 삽입되어야 합니다. 최적의 이미징을 위해 제조업...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
토론
설치류의 더 낮은 오줌 지역을 평가하기 위한 현재 기술은 질병 진행에 결과로 전립선 학장의 변경과 무효 생리학에 있는 변경을 직접 상관시키는 그들의 기능에 의해 제한됩니다. 보이드 스팟 분석 및 비뇨기과 측정은 설치류에서 의 자발적인 배뇨 이벤트를 평가하는 데 사용될 수 있으며, 이들 기술은15,16,17의기간에 걸쳐 변화를 평가하는데 사용될 수 있다. 그러나, 두 기술에 대 한, 방광 충만 테스트의 시작 하기 전에 평가 될 수 없습니다. 추가적으로, 배뇨에 있는 변경은 배뇨에 질병의 충격을 결정하는 것을 어렵게 만드는 질병 진행의 직접적인 결과 보다는 오히려 행동 때문에 생길 수 있습니다. 방광분석법은 설치류에서 방광 기능 장애를 평가하는 또 다른 기술으로, 방광 기능16의생체 내 평가를 제공할 수 있다. 그러나 설치류...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
공개 사항
저자는 공개 할 것이 없다
감사의 글
에밀리 리크, 크리스틴 우흐트만, 그리고 이 원고에 대한 동물 사육과 피드백에 대한 도움을 준 Ricke 연구소에 감사드립니다. U54 DK104310 (WAR, JAM, PCM, CMV, DEB), R01 ES001332 (WAR, CMV), K12 DK100022 (TTL, AR-A, DH)와 같은 연구에 대한 재정적 지원에 대해 NIDDK와 NIEHS에 감사드립니다. 이 콘텐츠는 저자의 전적인 책임이며 NIH의 공식 견해를 나타내지 않습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 21mm 클리어 튜빙 | Supera 마취 Innov | 301-150 | |
| 27 게이지 바늘 | BD | Z192376 | |
| 4 포트 매니폴드 | Supera 마취 Innov | RES536 | |
| DEFINITY | Lantheus 의료 이미징 | DE4 | |
| F/AIR 캐니스터 | Supera 마취 Innov | 80120 | |
| Graefe 집게 (톱니, 스트레이트) | F.S.T. | 11050-10 | |
| 입구/출구 피팅 | Supera Anesthesia Innov | VAP203/4 | |
| Isoflurane | Midwest Vet Supply | 193.33161.3 | |
| Isoflurane 기화기 | Supera 마취 Innov | VAP3000 | |
| MV707 프로브 | Fujifilm VisualSonics Inc | ||
| 산소 유량계 | Supera 마취 Innov | OXY660 | |
| 폴리에틸렌 50 튜빙 | BD | 427516 | |
| 압력 조절기 / 게이지 | Supera 마취 Innov | OXY508 | |
| 재호흡 회로 | Supera 마취 Innov | CIR529 | |
| 소형 마우스 코 콘 | Supera 마취 Inov | ACC526 | |
| 멸균 식염수 | 중서부 수의사 공급 | 193.74504.3 | NaCl 0.9 %, 주사 가능 |
| 스트레이트 샤프/뭉툭한 가위 | Fine Scientific Tools (F.S.T) | 14054-13 | |
| 주사기 | BD | 309646 | 5mL |
| Vevo 770 | Fujifilm VisualSonics Inc | ||
| VIALMIX | Lantheus Medical Imaging | VMIX |
참고문헌
- Kirby, R. S. The natural history of benign prostatic hyperplasia: what have we learned in the last decade. Urology. 5, Suppl 1 3-6 (2000).
- Berry, S. J., Coffey, D. S., Walsh, P. C., Ewing, L. L. The development of human benign prostatic hyperplasia with age. Journal of Urology. 132 (3), 474-479 (1984).
- Lotti, F., et al. Elevated body mass index correlates with higher seminal plasma interleukin 8 levels and ultrasonographic abnormalities of the prostate in men attending an andrology clinic for infertility. Journal of Endocrinological Investigation. 34 (10), 336-342 (2011).
- Lotti, F., et al. Metabolic syndrome and prostate abnormalities in male subjects of infertile couples. Asian Journal of Andrology. 16 (2), 295-304 (2014).
- Chute, C. G., et al. The prevalence of prostatism: a population-based survey of urinary symptoms. Journal of Urology. 150 (1), 85-89 (1993).
- Isaacs, J. T., Coffey, D. S. Etiology and disease process of benign prostatic hyperplasia. Prostate Supplemental. 2, 33-50 (1989).
- Kortt, M. A., Bootman, J. L. The economics of benign prostatic hyperplasia treatment: a literature review. Clinical Therapeutics. 18 (6), 1227-1241 (1996).
- Abrams, P., et al. Evaluation and treatment of lower urinary tract symptoms in older men. Journal of Urology. 181 (4), 1779-1787 (2009).
- Roehrborn, C. G. Benign prostatic hyperplasia: an overview. Reviews Urology. 7, Suppl 9 3-14 (2005).
- Andersson, K. E., Soler, R., Fullhase, C. Rodent models for urodynamic investigation. Neurourology and Urodynamics. 30 (5), 636-646 (2011).
- Nicholson, T. M., et al. Estrogen receptor-alpha is a key mediator and therapeutic target for bladder complications of benign prostatic hyperplasia. Journal of Urology. 193 (2), 722-729 (2015).
- Nicholson, T. M., et al. Testosterone and 17beta-estradiol induce glandular prostatic growth, bladder outlet obstruction, and voiding dysfunction in male mice. Endocrinology. 153 (11), 5556-5565 (2012).
- Ricke, W. A., et al. In Utero and Lactational TCDD Exposure Increases Susceptibility to Lower Urinary Tract Dysfunction in Adulthood. Toxicological Sciences. 150 (2), 429-440 (2016).
- Bell-Cohn, A., Mazur, D. J., Hall, C. C., Schaeffer, A. J., Thumbikat, P. Uropathogenic Escherichia coli-Induced Fibrosis, leading to Lower Urinary Tract Symptoms, is associated with Type-2 cytokine signaling. American Journal of Physiology Renal Physiology. , (2019).
- Wegner, K. A., et al. Void spot assay procedural optimization and software for rapid and objective quantification of rodent voiding function, including overlapping urine spots. American Journal of Physiology Renal Physiology. , (2018).
- Bjorling, D. E., et al. Evaluation of voiding assays in mice: impact of genetic strains and sex. American Journal of Physiology Renal Physiology. 308 (12), 1369-1378 (2015).
- Leung, Y. Y., Schwarz, E. M., Silvers, C. R., Messing, E. M., Wood, R. W. Uroflow in murine urethritis. Urology. 64 (2), 378-382 (2004).
- Fry, C. H., et al. Animal models and their use in understanding lower urinary tract dysfunction. Neurourology and Urodynamics. 29 (4), 603-608 (2010).
- Khoo, S. W., Han, D. C. The use of ultrasound in vascular procedures. Surgical Clinics of North America. 91 (1), 173-184 (2011).
- Hunter, L. E., Simpson, J. M. Prenatal screening for structural congenital heart disease. Nature Reviews Cardiology. 11 (6), 323-334 (2014).
- Hammoud, G. M., Ibdah, J. A. Utility of endoscopic ultrasound in patients with portal hypertension. World Journal of Gastroenterology. 20 (39), 14230-14236 (2014).
- Sikes, R. A., Thomsen, S., Petrow, V., Neubauer, B. L., Chung, L. W. Inhibition of experimentally induced mouse prostatic hyperplasia by castration or steroid antagonist administration. Biology of Reproduction. 43 (2), 353-362 (1990).
- Mizoguchi, S., et al. Effects of Estrogen Receptor beta Stimulation in a Rat Model of Non-Bacterial Prostatic Inflammation. Prostate. 77 (7), 803-811 (2017).
- Pandita, R. K., Fujiwara, M., Alm, P., Andersson, K. E. Cystometric evaluation of bladder function in non-anesthetized mice with and without bladder outlet obstruction. Journal of Urology. 164 (4), 1385-1389 (2000).
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재인쇄 및 허가
