用于尿功能测试的成人男性尿道超声检查

摘要

我们描述了使用高频超声与对比成像作为测量膀胱体积、膀胱壁厚度、尿速、空隙体积、空隙持续时间和尿道直径的方法。此策略可用于评估下尿路功能障碍 (LUTD) 的各种小鼠模型中的无效功能障碍和治疗效果。

摘要

由于人口老龄化,临床良性前列腺增生(BPH)和下尿路症状(LUTS)的发病率呈上升趋势,造成了严重的经济和质量负担。转基因和其他小鼠模型已经开发,以重现这种多因素疾病的各个方面;然而,缺乏准确量化尿功能障碍的方法和新的治疗方案的有效性。在这里,我们描述了一种可用于测量膀胱体积和分泌物壁厚、尿速、空隙体积和空隙持续时间以及尿道直径的方法。这将允许评估疾病进展和治疗效果随着时间的推移。小鼠用胶质麻醉,用超声波对膀胱进行可视化。对于非对比度成像,对膀胱进行三维图像,以计算体积和评估形状;从这张图像测量了膀胱壁厚度。为了进行对比度增强成像,使用 PE50 管连接到注射器的 27 号针在膀胱圆顶上放置导管。在排尿事件发生之前,将0.5 mL的对比波勒注入膀胱。在第一次空隙事件中,在多普勒速度样品窗口的点处确定了尿道直径。对产生流速的每个后续事件测量速度。最后,高频超声证明是评估小鼠泌尿功能期间膀胱和尿道测量的有效方法。此技术在实验环境中评估 BPH/LUTS 的新疗法可能很有用。

引言

良性前列腺增生(BPH)是一种随着男性年龄增长而发展的疾病,影响近90%的80岁以上男性1、2岁。虽然BPH的发展一般与衰老有关,其他因素,包括肥胖和代谢综合征,可导致BPH在相对年轻的男性3,4。许多患有BPH的男性出现下尿道症状(LUTS),这大大降低了他们的生活质量,有些症状并发症可能包括出血、感染、膀胱出口阻塞(BOO)、膀胱结石和肾衰竭。BPH的治疗费用每年超过40亿^美元。BPH引起的LUTS诊断通常依赖于使用AUA症状指数(AUASI)评分,尿流测量,以及前列腺^大小8的评估。BPH/LUTS 的病因是复杂和多因素的,疾病的发展和进展与前列腺增生(前列腺增殖)、平滑肌肉收缩和纤维化相关。目前的治疗包括使用β-肾上腺素阻滞剂调节膀胱和前列腺内的平滑肌肉张力,以减轻LUTS和/或5+还原酶抑制剂,以减少雄激素代谢和减少前列腺大小。更好的疾病模型,鼠等,使准确的研究各种因果关系和治疗因素的影响,在这种疾病过程中是极可取的9。

啮齿动物模型已被广泛用于研究泌尿动力学;然而,大多数研究都集中在女性云母和疾病10。为了全面检查雄性LUTS的各个方面,已经开发并用于研究BPH的不同方面,包括细胞增殖的变化,平滑的肌肉功能,胶原蛋白沉积和^{炎症11。12,13,然而,}啮齿动物和人类前列腺解剖学不同.虽然人类前列腺是紧凑的,包裹在冷凝纤维肌肉层,啮齿动物前列腺是球状;这些差异使疾病进展和治疗效果的直接比较复杂化。此外,LUTS在小鼠中很难评估,因为无法直接测量麻烦。相反,目前研究疾病的方法将组织特征与比较泌尿水平的生理特征(即膀胱体积和壁厚与尿流测定、空隙点测定和膀胱学终点数据)相关联BPH模型和控制动物^之间的功能障碍12,15,16,17,18。生理特征经常被评估为死后的尸检终点,并且在同一动物内无法跨时间观察BOO。最近,我们确定了骨盆尿道(前列腺尿道)的细分,其中外源性激素植入物导致缩小基于验尸后尸检^评估12。目前的方法不允许在空隙期间对尿道缩小进行直接的体内评估。

超声波是一种非侵入性诊断和评估技术,已成功应用于其他疾病模型。它用于量化器官体积和评估血管流量19,20,21。超声波还用于可视化和指导显微注射,允许有针对性地注射干细胞或其他药物,并评估收缩和舒张心脏功能。

该协议描述了使用高频超声波来评估下尿道解剖学和评估麻醉小鼠的泌尿生理学。我们描述了超声波用于测量膀胱体积和壁厚。我们还描述了使用对比度增强的超声波来测量尿速、尿量、空隙持续时间和尿道直径。超声波的使用提供了对体内下尿道的更全面的了解,确定疾病如何改变正常的空隙功能,并为我们提供了更好的评估新治疗方案有效性的工具。目前,非对比度成像协议是非终端,而当前对比度增强成像协议是一个终端程序。

研究方案

威斯康星大学麦迪逊分校的机构动物护理和使用委员会(IACUC)批准了涉及动物受试者的程序。

1. 动物准备

1. 将一只24个月大的C57Bl6/J雄性小鼠放入预充电室,带3-5%的离室,直到正确的反射丢失,呼吸速率减慢。
2. 如有必要,使用剪子从动物的腹部头发,手术和/或成像。使用脱毛霜去除所有剩余的头发。
3. 将鼠标置于鼻锥中,鼻锥体中带有 2% 的异常,放在加热平台上,以保持麻醉。确认麻醉的深度,因为动物在踏板退步反射时失去运动(图1B)。

2. 超声波设置

1. 将中心频率为 30 MHz 的 MV707 探头连接到有源端口,并将应用预设为"腹部成像"(图 1A)。
2. 将超声波探头与膀胱长轴平行放置(图1C)。
3. 膀胱、前列腺和尿道的长轴和短轴图像在B模式中制作(图1D)。
4. 使用"xy"微操纵器移动鼠标。

3. 非对比度成像协议

1. 使用线性距离测量工具测量膀胱壁厚度,并跟踪膀胱壁 b 模式采集后的外部边缘到内边缘。
2. 通过跟踪膀胱壁内部以创建轮廓,在 3D 模式采集时使用体积工具测量膀胱 3D 体积。然后,通过膀胱的厚度生成多个轮廓以计算体积。

4. 微气泡对比度重新悬浮/激活

1. 通过在涡旋混合器中摇动 45 s 以封装溶液中的微气泡,激活造影剂(例如 DEFINITY)。此步骤对于优化对比度增强至关重要。

5. 导管插入

1. 用小鼠麻醉并贴在加热平台上,用直锋利/直的剪刀将膀胱用中线切口穿过皮肤和腹壁。
2. 通过柔性聚乙烯管 (PE 50) 将连接到注射器的 27 号针头插入膀胱。用盐水预填充管子,以确保没有气泡注入膀胱。

6. 对比度增强成像协议

1. 为了确认针头放置,在通过超声波观察时向膀胱中注入10μL的盐水。
2. 将盐水注射器替换为含有对比度的注射器,以改善尿道壁的可视化和排空事件,因为尿道通常折叠。获得尿道的完整长轴视图并保存图像后,旋转探头 90°以获得短轴视图和 M-Mode 图像。
3. 以每3s0.5 mL的微气泡注入膀胱,直到发生排尿事件。
4. 在第一次空隙事件中,使用线性距离工具和测量边缘到边缘的多普勒速度采样窗口点处的尿道直径。
5. 正确定位尿道后,将探头与尿道相关的角度,使之与尿流更平行。
6. 向膀胱中注入第二个微气泡,并使用速度时间积分 (VTI) 工具测量事件速度。
7. 收集数据后,用宫颈脱位对小鼠实施安乐死。

7. 数据计算和分析

1. 选择 VTI 工具通过跟踪记录的图像来测量速度。
2. 使用前缘到前缘约定测量从 B 模式或 M 模式图像的尿道直径。
3. 使用上述公式 (CSA ) 使用上述图像测量值计算横截面面积 (CSA)。
4. 使用尿道的 CSA 计算空隙体积,并将其乘以多普勒跟踪(速度时间积分)下的面积(CSA x VTI = 体积)。
5. 假设每立方厘米密度为 1克,计算实际空隙尿量。

结果

超声波可以使用或不带对比度增强,具体取决于实验设计和端点测量。老鼠用除胶和被洗去的毛分,所有的头发痕迹都用脱毛霜去除。麻醉动物被放置在加热平台上,超声波探头沿膀胱的长轴定位(图1)。

图2显示了在没有造影剂的情况下获得的小鼠膀胱的代表性超声图像。膀胱壁为高呼(白色),膀胱壁厚度使用软件测量包测量。可以渲染?...

讨论

目前评估啮齿动物下尿路的技术受限于它们将空隙生理学的变化与导致疾病进展的前列腺动物学变化直接关联的能力。虚斑测定和尿流测定可用于评估啮齿动物的自发排尿事件,这些技术可用于评估15、16、17期间的变化。然而,对于这两种技术,膀胱丰满不能在测试开始前评估。此外,排尿的变化可能由于行为,而不是疾病进展的直?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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