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.
肾功能正常,以保持血流动力学稳态和是由药物毒性损害的主要部位。药物引起的肾毒性估计危重病人导致的急性肾损伤(AKI)的所有临床病例19- 25%。 AKI检测历来依靠指标,如血清肌酐(SCR)或血液尿素氮(BUN),这是在肾功能不全的早期肾毒性的全面评估明显不足。目前,对在AKI的早期阶段正确地检测血流动力学改变,而这种改变可能实际上先于血清生物标记物水平的上升不健壮的诊断方法。这种早期发现可以帮助医生作出准确的诊断,并有助于在决策制定治疗策略。大鼠用顺铂治疗诱导AKI。肾毒性进行了评估,使用高频超声,可控硅测量六天后的组织病理学肾。使用二维和彩色多普勒血流图像评价被用来研究连续大鼠肾毒性,使用超声检查。我们的数据通过组织学检查显示,成年大鼠成功的药物性肾损伤。彩色多普勒基于AKI的超声评估显示,阻力指数(RI)和搏动指数(PI)治疗组均增加;和峰收缩速度(毫米/秒),舒张末期速度(毫米/秒)和速度 – 时间积分(VTI,毫米)在肾动脉在同一组降低。重要的是,通过超声检查评估这些血流动力学改变之前血肌酐水平的上升。因此,基于超声指数如RI或PI可在啮齿类动物肾功能下降的有用的预测指标。从在接受AKI大鼠肾脏我们基于超声观测,我们发现,这些无创血流动力学测量可以考虑在检测早期肾功能不全的准确,灵敏,可靠的方法。 ŧ他的研究还强调与研究动物的使用相关的伦理问题的重要性。
血肌酐(SCR)一直是黄金标准指标来评估超过二十年的肾功能。最近,许多研究报告说,出现肾损伤比SCR中1的变化要早得多。不过,也有用于检测在肾损伤包括药物引起的肾毒性的进程的初期出现血流动力学改变不稳健的方法。
药物引起的急性肾功能不全的血流动力学导致的肾组织的损伤,并进一步发展为肾功能衰竭2,3。在过去的几十年里,研究表明,成像工具,如计算机断层扫描(CAT),功能性磁共振成像(fMRI)技术,并发挥超声血流动力学评估4的作用。在当前的成像工具,灰阶超声加上彩色多普勒技术,是最常用的建立和评估肾3,5,6-解剖状态。 Sullivan 等。人与BonniN 等。人最近报道说,超声是在血管收缩和缺氧应激动物模型7,8分析血流动力学改变一个有效的,强大的,非侵入性的工具。这种技术也通常用于检测动脉狭窄9,10。
在高分辨率超声成像领域最新的技术进步已经允许研究者使用高频率(25-80兆赫)和高分辨率(<0.03毫米分辨率)探针来解决心血管毒性,体内 11。我们推测,使用这种高分辨率的超声研究肾脏将为早期发现肾毒性的非侵入性和灵敏的方法了前所未有的机遇。
顺铂是用于治疗睾丸癌,卵巢癌,膀胱癌,头,肺,颈部癌症的组合与其他药物12-14。顺铂已充分证明肾毒性是由于磷细胞坏死roximal小管(PT)和收集管导致上升的血液尿素氮(BUN)和SCR 15。在此,我们提供了使用非侵入性的肾脏超声表征使用药物(顺铂)的大鼠模型肾功能不全的详细的一步一步的方法诱导的肾毒性。
在过去的十年中,许多进步都发生在超声技术,包括高频机械探头,它提供高品质,灵敏度和准确度超声数据的发展。这些探针可在5到12毫米和高帧速率(大于200帧/秒)的穿透深度为大约50微米轴向分辨率,因此,它可以作为一个强大的工具来研究小动物如大鼠和小鼠18 19。另外,它也允许收集关于轻度镇静或清醒动物的超声图像与在生理水平的生命体征。此外,这种非侵入性的方式也提供了机会,以在不牺牲动物19执行的疾病进展过程中的结构和功能的改变纵向评估。
1959年,博士。 Rusell和刷最初描述的三个“R”规则(替换,减少和细化),以提高AWAR在研究中使用动物伦理问题eness。该协议显示了首次非侵入性的小动物超声可以利用下Nephorotoxicity研究最少痛苦,折磨或痛苦最小数量的动物。因此,它是为满足实验动物的三个“R'规则的潜在有效方式。
许多超声研究都集中在心脏应用;肾功能评估,往往是从心的状态而不是肾脏20-25的直接研究测量得出。我们已经建立了一个成像方法,以可视化的肾脏实时解剖和功能的变化。我们使用了预先选择的一组互补的声学窗,灰阶/ B模式和彩色多普勒,特异于肾视图。我们所使用的RI和PI指数来评估这些指数与肾功能中的顺铂诱导的毒性模型中的变化之间的关系。
<p class=“jove_content”>但是,也有一些挑战和限制所提出的成像方法如下:1)麻醉剂的适当选择和麻醉的程度是心脏和呼吸稳定性是至关重要的。不一致的生理现象(包括呼吸和心脏的波动)影响肾动脉血流,成像和肾功能评估的质量。我们将使用IACUC批准注射麻醉剂,戊巴比妥(50毫克/公斤体重,IP),如我们的备份麻醉剂,以确保在成像和肾功能的评估在适当的正常生理功能; 2)脱毛是关键的一步,为胸毛存在影响了超声图像的质量; 3)当肾脏超声检查是受过训练的操作相对简单;对于一般的操作者,这是至关重要的,以适应技术动物个体的独特解剖学和作出轻微的操作; 4)如大鼠的尺寸是相当大的(大于350克),较低的频率探针(小于在这项研究中21兆赫使用)可能需要最佳成像。这可能是谨慎的成像系统的操作建议之前采取的培训课程。在使用超声提出的方法和衍生协议检测药物肾毒性的新颖之处在于对肾损伤的情况下,血流动力学改变其早期强大的检测。结果表明,事实上,肾内血管血液动力学变化先上升血肌酐。这些数据是使用组织学分析对常规金标准基准,并证明小动物超声是一种无创,敏感和可重复的方式,其具有动物使用的最低限度的要求。因此,这是早期发现使用大鼠模型药物引起的肾毒性的有效工具。
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 | |