Opisujemy użycie ultradźwięków o wysokiej częstotliwości z obrazowaniem kontrastowym jako metody pomiaru objętości pęcherza, grubości ściany pęcherza, prędkości moczu, objętości miki, czasu trwania miki i średnicy cewki moczowej. Strategia ta może być stosowana do oceny dysfunkcji mikcji i skuteczności leczenia w różnych mysich modelach dysfunkcji dolnych dróg moczowych (LUTD).
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ultrasonografia dróg moczowych dorosłego mężczyzny w celu badania czynnościowego moczu
* These authors contributed equally
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Częstość występowania klinicznego łagodnego przerostu gruczołu krokowego (BPH) i objawów ze strony dolnych dróg moczowych (LUTS) wzrasta ze względu na starzenie się populacji, co skutkuje znacznym obciążeniem ekonomicznym i jakością życia. Transgeniczne i inne modele mysie zostały opracowane w celu odtworzenia różnych aspektów tej wieloczynnikowej choroby; Brakuje jednak metod dokładnego ilościowego określania dysfunkcji układu moczowego i skuteczności nowych opcji terapeutycznych. W tym miejscu opisujemy metodę, którą można wykorzystać do pomiaru objętości pęcherza moczowego i grubości ścianki wypieracza, prędkości oddawania moczu, objętości pustki i czasu trwania pustki oraz średnicy cewki moczowej. Pozwoliłoby to na ocenę postępu choroby i skuteczności leczenia w czasie. Myszy znieczulono izofluranem, a pęcherz moczowy uwidoczniono za pomocą ultradźwięków. W przypadku obrazowania bez kontrastu wykonano obraz 3D pęcherza moczowego w celu obliczenia objętości i oceny kształtu; Na podstawie tego obrazu zmierzono grubość ścianki pęcherza moczowego. W celu obrazowania ze wzmocnieniem kontrastowym cewnik umieszczono przez kopułę pęcherza moczowego za pomocą igły o rozmiarze 27 połączonych ze strzykawką za pomocą rurki PE50. Bolus 0,5 ml kontrastu podawano do pęcherza moczowego do momentu wystąpienia zdarzenia oddawania moczu. Średnicę cewki moczowej określono w punkcie okna próbki prędkości dopplerowskiej podczas pierwszego zdarzenia mikcji. Prędkość mierzono dla każdego kolejnego zdarzenia, co dawało natężenie przepływu. Podsumowując, ultradźwięki o wysokiej częstotliwości okazały się skuteczną metodą oceny pomiarów pęcherza moczowego i cewki moczowej podczas funkcji oddawania moczu u myszy. Technika ta może być przydatna w ocenie nowych terapii BPH/LUTS w warunkach eksperymentalnych.
Wprowadzenie
Łagodny przerost gruczołu krokowego (BPH) to choroba, która rozwija się u mężczyzn wraz z wiekiem i dotyka prawie 90% mężczyzn powyżej 80 roku życia1,2. Chociaż rozwój BPH jest ogólnie związany ze starzeniem się, inne czynniki, w tym otyłość i zespół metaboliczny, mogą prowadzić do BPH u stosunkowo młodszych mężczyzn3,4. U wielu mężczyzn z BPH rozwijają się objawy ze strony dolnych dróg moczowych (LUTS), które znacznie obniżają jakość ich życia, a niektórzy doświadczają powikłań, które mogą obejmować krwawienie, infekcję, niedrożność ujścia pęcherza moczowego (BOO), kamienie pęcherza moczowego i niewydolność nerek. Koszt leczenia BPH przekracza 4 miliardy dolarów rocznie5,6,7. Rozpoznanie LUTS spowodowanego przez BPH na ogół opiera się na wykorzystaniu wskaźnika objawów AUA (AUASI), uroflowmetrii i ocenie rozmiaru prostaty8. Etiologia BPH/LUTS jest złożona i wieloczynnikowa, a rozwój i progresja choroby są związane z przerostem gruczołu krokowego (proliferacją prostaty), kurczliwością mięśni gładkich i zwłóknieniem. Obecne metody leczenia obejmują stosowanie blokerów α-adrenergicznych w celu regulacji napięcia mięśni gładkich w obrębie pęcherza moczowego i prostaty w celu złagodzenia LUTS i / lub inhibitorów 5α-reduktazy w celu zmniejszenia metabolizmu androgenów i zmniejszenia wielkości prostaty. Wysoce pożądane są lepsze modele chorób, mysie i inne, które umożliwią dokładne badanie wpływu różnych czynników sprawczych i terapeutycznych w tym procesie chorobowym w czasie9.
Modele gryzoni były szeroko wykorzystywane do badania urodynamiki; jednak większość badań skupia się na kobiecym mikcji i chorobach10. Aby w pełni zbadać wszystkie aspekty męskich LUTS, opracowano modele gryzoni i wykorzystano je do badania różnych aspektów BPH, w tym zmian w proliferacji komórek, funkcji mięśni gładkich, odkładania kolagenu i stanu zapalnego11,12,13,14. Jednak anatomia prostaty gryzoni i człowieka różni się. Podczas gdy ludzka prostata jest zwarta i otoczona skondensowaną warstwą włóknisto-mięśniową, prostata gryzonia jest zrazikowa; Różnice te komplikują bezpośrednie porównania progresji choroby i skuteczności leczenia. Ponadto LUTS są trudne do oceny u myszy, ponieważ nie jest możliwe bezpośrednie zmierzenie kłopotów. Zamiast tego obecne metody badania choroby korelują cechy histologiczne z cechami fizjologicznymi (tj. objętość i grubość ścianki pęcherza moczowego za pomocą uroflowmetrii, testów plam mimicznych i danych końcowych cystometrii), które porównują poziom dysfunkcji oddawania moczu między modelem BPH a zwierzętami kontrolnymi12,15,16,17,18. Cechy fizjologiczne są często oceniane jako punkty końcowe sekcji zwłok pośmiertnych, a w obrębie tego samego zwierzęcia występuje niezdolność do obserwacji BOO w czasie. Ostatnio zidentyfikowaliśmy podpodział cewki moczowej miednicy (cewka moczowa prostaty), w którym implanty hormonów egzogennych powodują zwężenie na podstawie pośmiertnej sekcji zwłok 12. Obecne metody nie pozwalają na bezpośrednią ocenę in vivo zwężenia cewki moczowej podczas mikcji.
Ultrasonografii to nieinwazyjna technika diagnostyczna i oceniająca, która z powodzeniem została wykorzystana w innych modelach chorób. Służy do ilościowego określania objętości narządów i oceny przepływu naczyniowego19,20,21. Ultradźwięki są również wykorzystywane do wizualizacji i prowadzenia mikroiniekcji, co pozwala na celowane wstrzykiwanie komórek macierzystych lub innych leków, a także do oceny skurczowej i rozkurczowej czynności serca.
Ten protokół opisuje użycie ultradźwięków o wysokiej częstotliwości do oceny anatomii dolnych dróg moczowych i oceny fizjologii moczu u znieczulonych myszy. Opisujemy zastosowanie ultradźwięków do pomiaru objętości pęcherza moczowego i grubości ścianek. Opisujemy również zastosowanie ultradźwięków ze wzmocnieniem kontrastowym do pomiaru prędkości moczu, objętości moczu, czasu trwania miki i średnicy cewki moczowej. Zastosowanie ultradźwięków zapewnia bardziej kompleksowe zrozumienie dolnych dróg moczowych in vivo, określa, w jaki sposób choroba zmienia normalną funkcję mikcji i daje nam narzędzia do lepszej oceny skuteczności nowych opcji terapeutycznych. Obecnie protokół obrazowania bez kontrastu jest nieterminalny, podczas gdy obecny protokół obrazowania ze wzmocnieniem kontrastowym jest procedurą terminalną.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Procedury z udziałem zwierząt zostały zatwierdzone przez Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) na Uniwersytecie Wisconsin - Madison.
1. Przygotowanie zwierząt
- Umieść 24-miesięcznego samca myszy C57Bl6/J w wstępnie naładowanej komorze z 3-5% izofluranem, aż do utraty odruchu prostowania i spowolnienia tempa oddychania.
- W razie potrzeby użyj maszynki do strzyżenia, aby zgolić włosy na brzuchu zwierzęcia do zabiegu chirurgicznego i/lub obrazowania. Usuń wszystkie pozostałe włosy za pomocą kremu do depilacji.
- Umieść mysz w pozycji leżącej na plecach w stożku nosowym z 2% izofluranem na podgrzewanej platformie, aby utrzymać znieczulenie. Potwierdź głębokość znieczulenia poprzez utratę ruchu zwierzęcia w odpowiedzi na odruch wycofania pedału (Rysunek 1B).
2. Ustawienie ultrasonograficzne
- Podłącz sondę MV707 o częstotliwości środkowej 30 MHz do aktywnego portu, z aplikacją ustawioną na "obrazowanie jamy brzusznej" (Rysunek 1A).
- Ustaw sondę ultradźwiękową równolegle do długiej osi pęcherza moczowego (Rysunek 1C).
- Obrazy długiej i krótkiej osi pęcherza moczowego, prostaty i cewki moczowej są wykonywane w trybie B (Rysunek 1D).
- Użyj mikromanipulatorów "xy", aby poruszać myszką.
3. Protokół obrazowania bez kontrastu
- Zmierz grubość ścianki pęcherza moczowego za pomocą narzędzia do pomiaru odległości liniowej i śledząc krawędź zewnętrzną do wewnętrznej krawędzi ściany pęcherza w trybie b.
- Zmierz objętość pęcherza moczowego w 3D za pomocą narzędzia wolumetrycznego w trybie akwizycji 3D, śledząc wnętrze ścian pęcherza, aby utworzyć kontur. Następnie generowanych jest wiele konturów przez grubość pęcherza w celu obliczenia objętości.
4. Mikropęcherzykowe uzupełnienie/aktywacja kontrastu
- Aktywować środek kontrastowy (np. DEFINITY) poprzez wytrząsanie w mieszalniku wirowym przez 45 sekund, aby zamknąć mikropęcherzyki w roztworze. Ten krok ma kluczowe znaczenie dla optymalnego zwiększenia kontrastu.
5. Wprowadzenie cewnika
- Gdy mysz jest znieczulona i przyklejona taśmą do podgrzewanej platformy, odsłoń pęcherz z nacięciem linii środkowej za pomocą prostych, ostrych/nożyczek przez skórę i ścianę brzucha.
- Wprowadzić do pęcherza igłę o rozmiarze 27 połączoną ze strzykawką za pomocą elastycznej rurki polietylenowej (PE 50). Napełnij rurkę solą fizjologiczną, aby upewnić się, że do pęcherza nie zostaną wstrzyknięte pęcherzyki powietrza.
6. Protokół obrazowania ze wzmocnionym kontrastem
- Aby potwierdzić umieszczenie igły, wkropl 10 μl soli fizjologicznej do pęcherza moczowego podczas obserwacji za pomocą ultradźwięków.
- Zastąp strzykawkę z solą fizjologiczną strzykawką zawierającą kontrast, aby poprawić wizualizację ścian cewki moczowej i zdarzeń mikcji, ponieważ cewka moczowa jest normalnie zapadnięta. Po uzyskaniu pełnego widoku cewki moczowej w długiej osi i zapisaniu obrazu, obróć sondę o 90°, aby uzyskać widok z krótkiej osi i obraz w trybie M.
- Wkraplać bolus mikropęcherzyków w ilości 0,5 ml na 3 s do pęcherza, aż dojdzie do oddawania moczu.
- Podczas pierwszego zdarzenia mikcji zmierz średnicę cewki moczowej w punkcie okna próbki prędkości Dopplera za pomocą narzędzia do pomiaru odległości liniowej i pomiaru od krawędzi do krawędzi.
- Przy prawidłowym położeniu cewki moczowej ustaw sondę pod kątem w stosunku do cewki moczowej, aby stała się bardziej równoległa do przepływu moczu.
- Wlej drugi bolus mikropęcherzyków do pęcherza moczowego i zmierz prędkość zdarzenia za pomocą narzędzia do całkowania prędkości w czasie (VTI).
- Po zebraniu danych poddaj mysz eutanazji ze zwichnięciem szyjki macicy.
7. Obliczanie i analiza danych
- Wybierz narzędzie VTI, aby zmierzyć prędkość poprzez śledzenie zarejestrowanych obrazów.
- Zmierz średnicę cewki moczowej na podstawie obrazu w trybie B lub M, używając konwencji od krawędzi natarcia do krawędzi natarcia.
- Oblicz pole przekroju poprzecznego (CSA) za pomocą następującego wzoru (CSA ), korzystając z pomiarów obrazowych uzyskanych powyżej.
- Oblicz objętość pustej przestrzeni, używając CSA cewki moczowej i mnożąc ją przez obszar pod śladem Dopplera (całka w czasie prędkości) (CSA x VTI = objętość).
- Oblicz rzeczywistą objętość moczu wydalanego z mikcji, przyjmując gęstość jednego grama na centymetr sześcienny.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Ultradźwięki mogą być stosowane z wzmocnieniem kontrastowym lub bez niego, w zależności od projektu eksperymentu i mierzonego punktu końcowego. Myszy poddaje się znieczuleniu izofluranem, goleniu oraz usuwaniu wszelkich pozostałości włosów za pomocą kremu depilacyjnego. Znieczulone zwierzęta umieszcza się na podgrzewanej platformie, a głowicę ultradźwiękową ustawia wzdłuż długiej osi pęcherza moczowego (Rysunek 1).
Rysunek 2 przedstaw...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Obecne techniki oceny dolnych dróg moczowych gryzoni są ograniczone ze względu na ich zdolność do bezpośredniego korelowania zmian w fizjologii mikcji ze zmianami w histologii gruczołu krokowego wynikającymi z postępu choroby. Testy plam mitycznych i uroflowmetria mogą być stosowane do oceny spontanicznych zdarzeń oddawania moczu u gryzoni, a techniki te mogą być stosowane do oceny zmian w czasie 15,16,17. Jednak w przypadku obu...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia
Podziękowania
Chcielibyśmy podziękować Emily Ricke, Kristen Uchtmann i laboratorium Ricke za pomoc w hodowli zwierząt i opinie na temat tego manuskryptu. Chcielibyśmy podziękować NIDDK i NIEHS za wsparcie finansowe dla tych badań: U54 DK104310 (WAR, JAM, PCM, CMV, DEB), R01 ES001332 (WAR, CMV), K12 DK100022 (TTL, AR-A, DH). Wyłączną odpowiedzialność za treść ponoszą autorzy i nie reprezentują one oficjalnych poglądów NIH.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Przezroczysta rurka 21 mm | Supera Anesthesia Innov | 301-150 | |
| Igła o rozmiarze 27 BD | Z192376 | ||
| 4-portowy kolektor | Supera Anesthesia Innov | RES536 | |
| DEFINITY | Lantheus Medical Imaging | DE4 | |
| F/AIR Kanister | Supera Anesthesia Innov | 80120 | |
| Kleszcze Graefe (ząbkowane, Prosty) | FST | 11050-10 | |
| Armatura wlotowo-wylotowa | Supera Anesthesia Innov | VAP203/4 | |
| Isoflurane | Midwest Vet Supply | 193.33161.3 | |
| Parownik izofluranu | Supera Anesthesia Sonda Innov | VAP3000 | |
| MV707 | Fujifilm VisualSonics Inc | ||
| Przepływomierz tlenu | Supera Anesthesia Innov | OXY660 | |
| Rurka z polietylenu 50 | BD | 427516 | |
| Ciśnienie Reg / Manometr | Supera Anesthesia Innov | OXY508 | |
| Obwody ponownego oddychania | Supera Anesthesia Innov | CIR529 | |
| Stożek nosowy małych myszy | Supera Anesthesia Inov | ACC526 | |
| Sterylna sól fizjologiczna | Midwest Vet Supply | 193.74504.3 | NaCl 0.9%, do wstrzykiwań |
| Proste, ostre/nożyczki | Fine Scientific Tools (FST) | 14054-13 | |
| Strzykawka | BD | 309646 | 5mL |
| Vevo 770 | Fujifilm VisualSonics Inc | ||
| VIALMIX | Lantheus Obrazowanie medyczne | VMIX |
Bibliografia
- 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).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
