Мы описываем использование высокочастотного ультразвука с контрастной визуализацией как метод измерения объема мочевого пузыря, толщины стенмочного пузыря, скорости мочи, объема пустоты, длительности пустоты и диаметра уретры. Эта стратегия может быть использована для оценки аннулирования дисфункции и эффективности лечения в различных моделях мыши нижней дисфункции мочевыводящих путей (LUTD).
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Ультрасонография взрослых мужских мочевыводящих путей для функционального тестирования мочи
* These authors contributed equally
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Заболеваемость клинической доброкачественной гиперплазией предстательной железы (BPH) и более низкими симптомами мочевыводящих путей (LUTS) растет из-за старения населения, что приводит к значительному экономическому и качественному жизненному бремени. Трансгенные и другие модели мыши были разработаны для воссоздания различных аспектов этого многофакторного заболевания; однако, методы для точной количественной дисфункции мочевыводящих путей и эффективности новых терапевтических вариантов отсутствуют. Здесь мы описываем метод, который может быть использован для измерения объема мочевого пузыря и толщины стенок детрузора, скорости мочевыводящих путей, объема пустоты и длительности пустоты, а также диаметра мочеиспускания. Это позволит оценить прогрессирование заболевания и эффективность лечения с течением времени. Мыши были обезожжены изофлюраном, а мочевой пузырь был визуализирован с помощью ультразвука. Для неконтрастной визуализации было сделано 3D-изображение мочевого пузыря для расчета объема и оценки формы; толщина стенки мочевого пузыря была измерена из этого изображения. Для контрастно-улучшенной визуализации катетер был помещен через купол мочевого пузыря с помощью 27-калиберной иглы, соединенной со шприцем трубами PE50. Болус 0,5 мл контраста был влил в мочевой пузырь, пока не произошло мочеиспускание. Диаметр уретрала был определен в точке окна образца скорости Доплера во время первого события аннулирования. Скорость измерялась для каждого последующего события, приносящего скорость потока. В заключение, высокочастотный ультразвук оказался эффективным методом оценки мочевого пузыря и мочеиспускательных измерений во время работы мочевыводящих путей у мышей. Этот метод может быть полезен при оценке новых методов лечения BPH/LUTS в экспериментальной обстановке.
Введение
Доброкачественная гиперплазия предстательной железы (BPH) является заболеванием, которое развивается у мужчин, как они стареют и затрагивает почти 90% мужчин старше 80 лет1,2. Хотя развитие BPH, как правило, связано со старением, другие факторы, включая ожирение и метаболический синдром может привести к BPH у относительно молодых мужчин3,4. Многие мужчины с BPH развивать более низкие симптомы мочевыводящих путей (LUTS), которые значительно снижают качество их жизни, и некоторые осложнения опыт, которые могут включать кровотечение, инфекции, мочевого пузыря выход обструкции (BOO), камни мочевого пузыря, и почечной недостаточности. Стоимость лечения BPH превышает $4 млрд в год5,6,7. Диагностика LUTS, вызванная BPH обычно опирается на использование индекса симптомов АУА (AUASI) оценка, uroflowmetry, и оценка размера простаты8. Этиология BPH/LUTS является сложной и многофакторной, а развитие и прогрессирование заболеваний связано с гиперплазией предстательной железы (пролатшность простаты), гладкой мышечной контрактуальностью и фиброзом. Текущие методы лечения включают в себя использование адренергических блокаторов для регулирования гладкого мышечного тонуса в мочевом пузыре и предстательной железе, чтобы облегчить LUTS и / или 5-редуктазы ингибиторы для уменьшения метаболизма андрогенов и уменьшить размер простаты. Лучше модели заболеваний, мурин и другие, чтобы позволить точное изучение последствий различных причинно-следственных и терапевтических факторов в этом процессе заболевания с течением времени весьма желательно9.
Модели грызунов широко используются для изучения уродинамики; однако, большинство исследований сосредоточены на женский micturition и болезни10. Для того, чтобы полностью изучить все аспекты мужской LUTS, модели грызунов были разработаны и используются для изучения различных аспектов BPH, включая изменения в клеточной пролиферации, гладкой мышечной функции, осаждение коллагена, и воспаление11, 12 Лет , 13 Год , 14. Однако, грызунов и анатомии простаты человека отличаются. В то время как простата человека компактна и заключена сгущенным фибромышечным слоем, простата грызунов лобкулярна; и эти различия усложняют прямое сравнение прогрессирования заболевания и эффективности лечения. Кроме того, LUTS трудно оценить у мышей, так как это не возможно непосредственно измерить беспокоить. Вместо этого, современные методы изучения болезни коррелируют гистологические особенности с физиологическими особенностями (т.е. объем мочевого пузыря и толщина стенок с uroflowmetry, анализы пустоты пятна, и данные конечной точки цистометрии), которые сравнивают уровень мочевых дисфункция между моделью BPH и контроль животных12,15,16,17,18. Физиологические особенности часто оцениваются как посмертные конечные точки некропсии, и есть неспособность в течение одного животного наблюдать BOO во времени. Недавно мы определили подразделение тазовой уретры (простатической уретры), где экзогенные имплантаты гормона вызывают сужение на основе посмертной оценки некропсии12. Современные методы не позволяют проводить прямую, in vivo оценку сужения уретры во время опорожнения.
Ультразвук является неинвазивной диагностики и оценки метод, который успешно используется в других моделях болезни. Используется для количественной оценки объема органов и оценки сосудистого потока19,20,21. Ультразвук также используется для визуализации и руководства микроинъекций, что позволяет для целевых инъекций стволовых клеток или других препаратов, а также для оценки систолической и диастолической сердечной функции.
Этот протокол описывает использование высокочастотного ультразвука для оценки анатомии нижних мочевыводящих путей и оценки физиологии мочевыводящих путей у анестезируетизированных мышей. Мы описываем использование ультразвука для измерения объема мочевого пузыря и толщины стенок. Мы также описываем использование контрастно-увеличенного ультразвука для измерения скорости мочи, объема мочи, длительности пустоты и диаметра уретры. Использование ультразвука обеспечивает более полное понимание нижних мочевыводящих путей in vivo, определяет, как болезнь изменяет нормальную функцию аннулирования, и дает нам инструменты для лучшей оценки эффективности новых терапевтических вариантов. В настоящее время протокол неконтрастной визуализации не является терминальным, в то время как текущий протокол контрастно-увеличенного изображения является терминальной процедурой.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Процедуры, касающиеся животных, были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и использованию (IACUC) в Университете Висконсина - Мэдисон.
1. Подготовка животных
- Поместите 24-месячного, C57Bl6/J мужской мыши в предварительно заряженной камере с 3-5% изофлуран до тех пор, пока выправляющийся рефлекс не будет потерян и скорость дыхания замедляется.
- При необходимости используйте ножницы для бритья брюшных волос у животного для операции и/или визуализации. Удалите все оставшиеся волосы с помощью крема для депилатория.
- Поместите мышь в положение на спине в конус носа с 2% изофруран на нагретой платформе для поддержания анестезии. Подтвердите глубину анестезии потерей движения от животного в ответ на рефлектор альпедион-вывод(рисунок 1B).
2. Ультразвуковая настройка
- Подключите зонд MV707 с центральной частотой 30 МГц к активному порту, с предустановленным приложением к "абдоминальной визуализации"(рисунок 1A).
- Расположите ультразвуковой зонд параллельно длинной оси мочевого пузыря(рисунок 1С).
- Длинные и короткие изображения оси мочевого пузыря, простаты и уретры сделаны в B-Mode(рисунок 1D).
- Используйте микро-манипуляторы "xy" для перемещения мыши.
3. Протокол неконтрастной визуализации
- Измерьте толщину стенки пузыря используя линейный инструмент измерения расстояния и трассировка внешний край к внутреннему краю стенки пузыря b-режим приобретение.
- Измерьте объем мочевого пузыря 3D с объемным инструментом на приобретении 3D-режима путем отслеживания внутренней части стенок мочевого пузыря, чтобы создать контур. Несколько контуров затем генерируются через толщину мочевого пузыря для расчета объема.
4. Реsuspension/активация контраста Microbubble
- Активируйте контрастный агент (например, DEFINITY), встряхивая в вихревом миксере 45 с, чтобы инкапсулировать микропузыри в растворе. Этот шаг имеет решающее значение для оптимального повышения контрастности.
5. Вставка катетера
- С помощью мыши под анатесценции и лентой на подогревом платформы, подвергать мочевого пузыря с разрезом средней линии с помощью прямых острых / тупые ножницы через кожу и брюшной стенки.
- Вставьте 27-калиберную иглу, подключенную к шприцу, гибкими полиэтиленовыми трубками (PE 50) в мочевой пузырь. Заполните трубки сольным раствором, чтобы обеспечить отсутствие пузырьков воздуха вводятся в мочевой пузырь.
6. Контрастно-улучшенный протокол визуализации
- Чтобы подтвердить размещение иглы, привить 10 л сольявого раствора в мочевой пузырь во время наблюдения с помощью ультразвука.
- Замените солей шприц шприцем, содержащим контраст, для улучшения визуализации уретральных стенок и аннулирования событий, потому что уретра обычно разрушается. После получения полного длинного вида оси уретры и сохранения изображения, поверните зонд на 90 градусов, чтобы получить короткий вид оси и изображение M-Mode.
- Привить болюс микропузырьков на 0,5 мл на 3 с в мочевой пузырь, пока не произойдет мочеиспускание.
- Во время первого события аннулирования измерьте диаметр уретрала в точке окна образца скорости Доплера с помощью линейного инструмента расстояния и измерения от края до края.
- С urethra правильно расположен, угол зонда по отношению к уретру, чтобы стать более параллельным поток мочи.
- Привить второй болюс микропузырей в мочевой пузырь, и измерить скорость события с помощью скорости времени интеграла (VTI) инструмент.
- После сбора данных, эвтаназии мыши с вывихом шейки матки.
7. Расчет и анализ данных
- Выберите инструмент VTI для измерения скорости путем отслеживания записанных изображений.
- Измерьте диаметр уретры из B-режима или M-режима изображения, используя передний край к передним краю конвенции.
- Рассчитайте поперечную область (CSA) с помощью следующей формулы (CSA) с помощью измерений изображений, полученных выше.
- Рассчитайте объем пустоты с помощью CSA уретры и умножение, что на область под след доплера (скорость времени интегральной) (CSA x VTI - объем).
- Рассчитайте фактический объем недействительной мочи, предполагая плотность одного грамма на кубический сантиметр.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Ультразвук можно использовать с или без повышения контраста в зависимости от экспериментального проектирования и измерения конечных точек. Мыши обезвлеживаются с изофлюран и побрился, и все следы волос удалены с кремом для депилаториев. Обезболили животных помещают на нагретую платформу с ультразвуковым зондом, расположенным вдоль длинной оси мочевого пузыря(рисунок1).
На рисунке 2 показаны репрезентативные ультразвуковые изображения ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Современные методы оценки нижних мочевыводящих путей грызунов ограничены их способностью непосредственно соотносить изменения в физиологии опустошительной с изменениями в статической гистологии, вытекающими из прогрессирования заболевания. Пустота пятно анализы и uroflowmetry могут быть использованы для оценки спонтанного мочеиспускания событий у грызунов, и эти методы могут быть использованы для оценки изменений в течение периода времени15,16,
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторам нечего раскрывать
Благодарности
Мы хотели бы поблагодарить Эмили Рик, Кристен Uchtmann, и Рик лаборатории за их помощь с животноводством и обратной связи на эту рукопись. Мы хотели бы поблагодарить NIDDK и NIEHS за их финансовую поддержку для этих исследований: U54 DK104310 (WAR, JAM, PCM, CMV, DEB), R01 ES001332 (WAR, CMV), K12 DK100022 (TTL, AR-A, DH). Содержание является исключительной ответственностью авторов и не отражает официальных взглядов NIH.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 21 мм Прозрачная трубка | Supera Anesthesia Innov | 301-150 | |
| 27 калибр игла | BD | Z192376 | |
| 4 порта Manifold | Supera Anesthesia Innov | RES536 | |
| DEFINITY | Lantheus Medical Imaging | DE4 | |
| F/AIR Canister | Supera Anesthesia Innov | 80120 | |
| Graefe щипцы (зубчатые, Straight) | F.S.T. | 11050-10 | |
| Входные/выходные фитинги | Supera Anesthesia Innov | VAP203/4 | |
| Isoflurane | Midwest Vet Supply | 193.33161.3 | |
| Изофлуран Вапорайзер | Supera Anesthesia Innov | VAP3000 | |
| MV707 зонд | Fujifilm VisualSonics Inc | ||
| Кислородный расходомер | Supera Anesthesia Innov | OXY660 | |
| Полиэтиленовая трубка 50 | BD | 427516 | |
| Регулятор давления / манометр | Supera Anesthesia Innov | OXY508 | |
| Контуры дыхания | Supera Anesthesia Innov | CIR529 | |
| Маленькие мыши Конус носа | Supera Anesthesia Inov | ACC526 | |
| Стерильный физиологический раствор | Midwest Vet Supply | 193.74504.3 | NaCl 0.9%, инъекционный |
| Прямые острые/тупые ножницы | Fine Scientific Tools (F.S.T) | 14054-13 | |
| Шприц | BD | 309646 | 5 мл |
| Vevo 770 | Fujifilm VisualSonics Inc | ||
| VIALMIX | Lantheus Medical Imaging | VMIX |
Ссылки
- 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).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
