We beschrijven het gebruik van hoogfrequente echografie met contrast beeldvorming als een methode voor het meten van het blaasvolume, de wanddikte van de blaas, de snelheid van de urine, ongeldig volume, ongeldige duur en urethrale diameter. Deze strategie kan worden gebruikt om te beoordelen van de ongeldig maken dysfunctie en behandeling werkzaamheid in verschillende Muismodellen van lagere urinewegen dysfunctie (lutd).
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Ultrasonografie van de volwassen mannelijke urinewegen voor urine-functionele testen
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De incidentie van klinisch benigne benigne prostaathyperplasie (BPH) en lagere urineweg symptomen (Luts) neemt toe als gevolg van de verouderende populatie, resulterend in een aanzienlijke economische en levenskwaliteit. Transgene en andere Muismodellen zijn ontwikkeld om verschillende aspecten van deze multifactoriële ziekte te herscheppen; echter, methoden voor het nauwkeurig kwantifictaat urine dysfunctie en de effectiviteit van nieuwe therapeutische opties ontbreken. Hier beschrijven we een methode die kan worden gebruikt voor het meten van blaasvolume en detrusor wanddikte, urine snelheid, ongeldig volume en ongeldige duur, en urethrale diameter. Dit zou leiden tot de evaluatie van de ziekteprogressie en de werkzaamheid van de behandeling na verloop van tijd. Muizen werden verdogd met Isofluraan en de blaas werd gevisualiseerd door echografie. Voorbeeld vorming zonder contrast werd een 3D-beeld genomen van de blaas om het volume te berekenen en de vorm te evalueren; de dikte van de blaaswand werd gemeten vanaf dit beeld. Voor contrast-verbeterde beeldvorming werd een katheter door de koepel van de blaas geplaatst met behulp van een 27-gauge naald aangesloten op een spuit door PE50 tubing. Een bolus van 0,5 mL contrast werd geïnfundeerd in de blaas totdat een urineren voorval optrad. Urethrale diameter werd bepaald op het punt van de Doppler Velocity sample venster tijdens de eerste ongeldig maken gebeurtenis. De snelheid werd gemeten voor elke volgende gebeurtenis die een stroomsnelheid oplevert. Kortom, hoogfrequente echografie bleek een effectieve methode voor het beoordelen van blaas-en urethrale metingen tijdens de urine functie bij muizen. Deze techniek kan nuttig zijn bij de beoordeling van nieuwe therapieën voor BPH/LUTS in een experimentele setting.
Inleiding
Benigne prostaathyperplasie (BPH) is een ziekte die zich ontwikkelt bij mannen naarmate ze ouder worden en treft bijna 90% van de mannen boven 80 jaar oud1,2. Hoewel de ontwikkeling van BPH is over het algemeen geassocieerd met veroudering, andere factoren, waaronder obesitas en metabool syndroom kan leiden tot BPH bij relatief jongere mannen3,4. Veel mannen met BPH ontwikkelen lagere urineweg symptomen (LUTS) die hun kwaliteit van leven significant verminderen, en sommige complicaties die kunnen bestaan uit bloedingen, infectie, blaas uitlaat obstructie (BOO), blaas stenen en nierfalen. De behandelingskosten voor BPH bedragen meer dan $4.000.000.000 jaar5,6,7. Diagnose van LUTS veroorzaakt door BPH is in het algemeen afhankelijk van het gebruik van de AUA symptoom index (AUASI) Score, uroflowmetrie, en beoordeling van de prostaat grootte8. De etiologie van BPH/LUTS is complex en multifactoriële, en ziekte ontwikkeling en progressie is geassocieerd met prostaathyperplasie (prostaat proliferatie), gladde spier contractiliteit, en fibrose. Huidige behandelingen omvatten het gebruik van α-adrenerge blokkers voor het reguleren van de gladde spierspanning binnen de blaas en prostaat om LUTS en/of 5α-reductase remmers te verlichten om androgeen metabolisme te verminderen en de grootte van de prostaat te verlagen. Betere ziekte modellen, Murine en andere, zodat de nauwkeurige studie van de effecten van gevarieerde causatieve en therapeutische factoren in deze ziekteproces na verloop van tijd is zeer wenselijk9.
Knaagdieren modellen zijn uitgebreid gebruikt om urodynamica te bestuderen; echter, de meeste studies zijn gericht op vrouwelijke mictie en ziekte10. Om alle aspecten van mannelijke LUTS volledig te onderzoeken, zijn knaagdieren modellen ontwikkeld en gebruikt om verschillende aspecten van BPH te bestuderen, waaronder veranderingen in cellulaire proliferatie, gladde spierfunctie, collageen depositie en ontsteking11, 12 , 13 , 14. knaagdieren en menselijke prostaat anatomie verschillen echter. Terwijl de menselijke prostaat is compact en omhuld door een gecondenseerde fibromusculaire laag, de knaagdieren prostaat is lobular; en deze verschillen compliceren directe vergelijkingen van ziekteprogressie en werkzaamheid van de behandeling. Bovendien zijn LUTS moeilijk te beoordelen bij muizen, omdat het niet mogelijk is om de moeite direct te meten. In plaats daarvan, huidige methoden voor het bestuderen van de ziekte correleren van histologische kenmerken met fysiologische kenmerken (dat wil zeggen, blaasvolume en wanddikte met uroflowmetrie, void vlek testen, en cystometry eindpuntgegevens) die vergelijk het niveau van urine disfunctie tussen het BPH-model en de controledieren12,15,16,17,18. Fysiologische kenmerken worden vaak geëvalueerd als postmortemobductie eindpunten, en er is een onvermogen binnen hetzelfde dier om BOO te observeren gedurende de tijd. Onlangs hebben we een onderverdeling van de bekken urethra (de prostaat urethra) geïdentificeerd waar exogene hormoon implantaten een vernauwing veroorzaken op basis van de post-mortem obductie-evaluaties12. De huidige methoden zijn niet toegestaan voor de directe, in vivo beoordeling van de urethrale vernauwing tijdens het vernietigen.
Echografie is een niet-invasieve diagnostische en evaluatie techniek die met succes is gebruikt in andere ziekte modellen. Het wordt gebruikt om orgaan volume te kwantificeren en de vasculaire stroming te beoordelen19,20,21. Echografie wordt ook gebruikt om micro injecties te visualiseren en te begeleiden, waardoor gerichte injecties van stamcellen of andere geneesmiddelen mogelijk zijn, en om de systolische en diastolische cardiale functie te evalueren.
Dit protocol beschrijft het gebruik van ultrageluid met hoge frequentie om de anatomie van de lagere urinewegen te evalueren en de urine fysiologie in verdoofd muizen te beoordelen. We beschrijven het gebruik van echografie voor het meten van blaasvolume en wanddikte. We beschrijven ook het gebruik van contrast-verbeterde echografie voor het meten van de urine snelheid, urine volume, void duur, en urethra diameter. Het gebruik van echografie biedt een uitgebreider begrip van de lagere urinewegen in vivo, bepaalt hoe ziekte de normale ongeldig maken functie verandert en geeft ons de tools om de effectiviteit van nieuwe therapeutische opties beter te evalueren. Momenteel is het niet-contrast beeldvormings protocol niet-terminaal, terwijl het huidige contrast-Enhanced Imaging protocol een Terminal procedure is.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Procedures met betrekking tot dierproef personen zijn goedgekeurd door het institutioneel Dierenzorg-en gebruiks Comité (IACUC) aan de Universiteit van Wisconsin-Madison.
1. voorbereiding van dieren
- Plaats een 24-maanden oude, C57Bl6/J mannelijke muis in een vooraf geladen kamer met 3-5% Isofluraan totdat de rechtse reflex is verdwenen en de ademhalingssnelheid vertraagt.
- Gebruik indien nodig Clippers om het buikhaar van het dier te scheren voor chirurgie en/of beeldvorming. Verwijder alle overgebleven haren met behulp van een onthardings crème.
- Plaats de muis in een liggende positie in een neuskegel met 2% Isofluraan op een verwarmd platform om anesthesie te behouden. Bevestig de diepte van de anesthesie door verlies van beweging van het dier als reactie op een pedaal-opname reflex (Figuur 1B).
2. echografie instellen
- Sluit een MV707-sonde met een middenfrequentie van 30 MHz aan op de actieve poort, waarbij de toepassing vooraf is ingesteld op "abdominale beeldvorming" (Figuur 1a).
- Plaats de ultrasone sonde parallel aan de lange as van de blaas (Figuur 1C).
- Lange en korte as beelden van de blaas, de prostaat, en de urethra worden gemaakt in B-modus (Figuur 1D).
- Gebruik de "XY" micro-manipulators om de muis te bewegen.
3. niet-contrast Imaging Protocol
- Meet de dikte van de blaaswand met behulp van het lineaire afstandsmeetinstrument en Traceer de buitenrand naar binnen rand van de blaaswand b-modus post overname.
- Meet het blaas 3D-volume met het volumetrische gereedschap op de 3D-modus verwerving door de binnenkant van de blaas wanden te traceren om een contour te creëren. Vervolgens worden meerdere contouren gegenereerd door de dikte van de blaas om het volume te berekenen.
4. microbubble contrast resuspensie/activatie
- Activeer het contrastmiddel (bijv. DEFINITY) door in de Vortex mixer voor 45 s te schudden om de micro bubbels in oplossing in te kapen. Deze stap is essentieel voor een optimale contrastverbetering.
5. inbrengen van de katheter
- Met de muis verdomd en geplakt op het verwarmde platform, bloot de blaas met een middenlijn incisie met rechte scherpe/stompe schaar door de huid en buikwand.
- Steek een 27-gauge naald die met een spuit is verbonden door flexibele polyethyleenbuizen (PE 50) in de blaas. Vul de slang met zoutoplossing om ervoor te zorgen dat er geen luchtbellen in de blaas worden geïnjecteerd.
6. contrast-verbeterd Imaging Protocol
- Om de plaatsing van de naald te bevestigen, moet u 10 μL zoutoplossing in de blaas aanbrengen terwijl u wordt geobserveerd via echografie.
- Vervang de Saline spuit met een spuit die contrast bevat om de visualisatie van urethrale wanden en vernietigings gebeurtenissen te verbeteren, omdat de urethra normaalgesproken is ingestort. Zodra een volledige lange asweergave van de urethra is verkregen en een afbeelding is opgeslagen, draait u de sonde 90 ° om een korte as-weergave en een M-modus beeld te verkrijgen.
- Een bolus microbelletjes instill bij 0,5 mL per 3 s in de blaas totdat een urineren gebeurtenis optreedt.
- Tijdens de eerste vernietigings gebeurtenis meet u de urethrale diameter op het punt van het Doppler-Velocity sample-venster met behulp van het lineaire afstandgereedschap en meet de rand naar de rand.
- Met de urethra goed gelegen, hoek de sonde ten opzichte van de urethra te worden meer parallel aan de urinestroom.
- Instill een tweede bolus van luchtbelletjes in de blaas, en meet de snelheid van de gebeurtenis met behulp van de Velocity time Integral (VTI) gereedschap.
- Na het verzamelen van gegevens, euthaniseer de muis met cervicale dislocatie.
7. berekening en analyse van gegevens
- Selecteer het gereedschap VTI om de snelheid te meten door de opgenomen beelden te traceren.
- Meet de diameter van de urethra van de B-modus of M-mode afbeelding met behulp van de Leading Edge naar Leading Edge Convention.
- Bereken het transversale gebied (CSA) met behulp van de volgende formule (CSA) met behulp van bovenstaande beeld metingen.
- Bereken het leegte volume met behulp van de CSA van de urethra en vermenigvuldigt dat door het gebied onder de Doppler-trace (Velocity time Integral) (CSA x VTI = volume).
- Bereken het werkelijke ongeldig gemaakte urine volume uitgaande van één gram per kubieke centimeter dichtheid.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Echografie kan worden gebruikt met of zonder contrastverbetering, afhankelijk van het experimentele ontwerp en de eindpunt meting. Muizen zijn verdoven met Isofluraan en geschoren en alle sporen van haar verwijderd met een onthardings crème. Anesthetized dieren worden geplaatst op een verwarmd platform met de ultrasone sonde gepositioneerd langs de lange as van de blaas (Figuur 1).
Figuur 2 toont representatieve ultrasone beelden van ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De huidige technieken voor het evalueren van de lagere urinewegen van knaagdieren worden beperkt door hun vermogen om veranderingen in de vernietigings fysiologie direct te correleren met veranderingen in de prostaat histologie die het gevolg zijn van ziekteprogressie. VOID spot testen en uroflowmetrie kunnen worden gebruikt om spontane plassen gebeurtenissen bij knaagdieren te beoordelen, en deze technieken kunnen worden gebruikt om veranderingen te evalueren over een periode van tijd15,
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen
Dankbetuigingen
We willen Emily Ricke, Kristen Uchtmann en het Ricke Lab graag bedanken voor hun hulp bij veeteelt en feedback over dit manuscript. We willen de NIDDK en NIEHS bedanken voor hun financiële steun voor deze studies: U54 DK104310 (WAR, JAM, PCM, CMV, DEB), R01 ES001332 (WAR, CMV), K12 DK100022 (TTL, AR-A, DH). De inhoud is de uitsluitende verantwoordelijkheid van de auteurs en vertegenwoordigt niet de officiële standpunten van de NIH.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 21mm Clear Tubing | Supera Anesthesia Innov | 301-150 | |
| 27 gauge needle | BD | Z192376 | |
| 4 port Manifold | Supera Anesthesia Innov | RES536 | |
| DEFINITY | Lantheus Medical Imaging | DE4 | |
| F/AIR Canister | Supera Anesthesia Innov | 80120 | |
| Graefe forceps (Serrated, Straight) | F.S.T. | 11050-10 | |
| Inlet/Outlet Fittings | Supera Anesthesia Innov | VAP203/4 | |
| Isoflurane | Midwest Vet Supply | 193.33161.3 | |
| Isoflurane Vaporizer | Supera Anesthesia Innov | VAP3000 | |
| MV707 probe | Fujifilm VisualSonics Inc | ||
| Oxygen Flowmeter | Supera Anesthesia Innov | OXY660 | |
| Polyethylene 50 tubing | BD | 427516 | |
| Pressure Reg/Gauge | Supera Anesthesia Innov | OXY508 | |
| Rebreathing Circuits | Supera Anesthesia Innov | CIR529 | |
| Small Mice Nose Cone | Supera Anesthesia Inov | ACC526 | |
| Sterile saline | Midwest Vet Supply | 193.74504.3 | NaCl 0.9%, Injectable |
| Straight Sharp/Blunt Scissors | Fine Scientific Tools (F.S.T) | 14054-13 | |
| Syringe | BD | 309646 | 5mL |
| Vevo 770 | Fujifilm VisualSonics Inc | ||
| VIALMIX | Lantheus Medical Imaging | VMIX |
Referenties
- 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).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
