Ultrasonographie des adulten männlichen Harntraktes für Harnfunktionstests

Zusammenfassung

Wir beschreiben die Verwendung von hochfrequentem Ultraschall mit Kontrastbildgebung als Methode zur Messung des Blasenvolumens, der Blasenwanddicke, der Uringeschwindigkeit, des Hohlraumvolumens, der Hohlraumdauer und des Harnröhrendurchmessers. Diese Strategie kann verwendet werden, um die Nichtigkeitsstörung und Behandlungswirksamkeit in verschiedenen Mausmodellen der unteren Harnwegsfunktionsstörung (LUTD) zu bewerten.

Zusammenfassung

Die Inzidenz von klinisch gutartiger Prostatahyperplasie (BPH) und niedrigeren Harnwegssymptomen (LUTS) nimmt aufgrund der alternden Bevölkerung zu, was zu einer erheblichen wirtschaftlichen und Lebensqualitätsbelastung führt. Transgene und andere Mausmodelle wurden entwickelt, um verschiedene Aspekte dieser multifaktoriellen Krankheit nachzubilden; jedoch, Methoden, um genau quantitieren Harnstörungen und die Wirksamkeit der neuen therapeutischen Optionen fehlen. Hier beschreiben wir eine Methode, die verwendet werden kann, um Blasenvolumen und Detrusorwanddicke, Harngeschwindigkeit, Hohlraumvolumen und Hohlraumdauer und Harnröhrendurchmesser zu messen. Dies würde die Bewertung des Krankheitsverlaufs und der Wirksamkeit der Behandlung im Laufe der Zeit ermöglichen. Mäuse wurden mit Isofluran beanstandet, und die Blase wurde durch Ultraschall visualisiert. Für die kontrastreiche Bildgebung wurde ein 3D-Bild der Blase aufgenommen, um das Volumen zu berechnen und die Form auszuwerten; die Blasenwanddicke wurde aus diesem Bild gemessen. Für eine kontrastreiche Bildgebung wurde ein Katheter durch die Blasekuppel mit einer 27-Spur-Nadel platziert, die mit einer Spritze durch PE50-Schläuche verbunden ist. Ein Bolus von 0,5 ml Kontrast wurde in die Blase infundiert, bis ein Wasserlassen ereignistrat. Der Harnröhrendurchmesser wurde am Punkt des Doppler-Geschwindigkeitsprobenfensters während des ersten Leerungsereignisses bestimmt. Die Geschwindigkeit wurde für jedes nachfolgende Ereignis gemessen, das eine Durchflussrate ergibt. Zusammenfassend hat sich der Hochfrequenz-Ultraschall als wirksame Methode zur Beurteilung von Blasen- und Urethralmessungen während der Harnfunktion bei Mäusen erwiesen. Diese Technik kann bei der Bewertung neuartiger Therapien für BPH/LUTS in einem experimentellen Umfeld nützlich sein.

Einleitung

Gutartige Prostatahyperplasie (BPH) ist eine Krankheit, die bei Männern entwickelt, wie sie älter werden und betrifft fast 90% der Männer über 80 Jahre^{alt 1,2}. Obwohl die Entwicklung von BPH im Allgemeinen mit dem Altern verbunden ist, können andere Faktoren wie Fettleibigkeit und metabolisches Syndrom zu BPH bei relativ jüngeren Männern führen^3,4. Viele Männer mit BPH entwickeln niedrigere Harnwegssymptome (LUTS), die ihre Lebensqualität deutlich verringern, und einige Erfahrung Komplikationen, die Blutungen, Infektion, Blasenauslass Obstruktion (BOO), Blasensteine, und Nierenversagen gehören können. Die Kosten für die Behandlung von BPH übersteigt 4 Milliarden US-Dollar jährlich^5,6,7. Die durch BPH verursachte LutS-Diagnose beruht in der Regel auf der Verwendung des AUA-Symptomindex (AUASI) Score, der Uroflowmetrie und der Bewertung der Prostatagröße⁸. Die Ätiologie von BPH/LUTS ist komplex und multifaktoriell, und Krankheitsentwicklung und -progression wurden mit Prostatahyperplasie (Prostataproliferation), glatter Muskelkontraktilität und Fibrose in Verbindung gebracht. Aktuelle Behandlungen beinhalten die Verwendung von adrenergen Blockern, um einen glatten Muskeltonus in der Blase und Prostata zu regulieren, um LUTS- und/oder 5-Reduktase-Inhibitoren zu lindern, um den Androgenstoffwechsel zu verringern und die Prostatagröße zu verringern. Bessere Krankheitsmodelle, murin und andere, um die genaue Untersuchung der Auswirkungen der verschiedenen ursächlichen und therapeutischen Faktoren in diesem Krankheitsprozess im Laufe der Zeit zu ermöglichen, ist sehr wünschenswert⁹.

Nagetiermodelle wurden ausgiebig zur Erforschung der Urodynamik verwendet; die meisten Studien konzentrieren sich jedoch auf weibliche Micturition und Krankheit¹⁰. Um alle Aspekte der männlichen LUTS vollständig zu untersuchen, wurden Nagetiermodelle entwickelt und verwendet, um verschiedene Aspekte von BPH zu untersuchen, einschließlich Veränderungen in der Zellproliferation, glatte Muskelfunktion, Kollagenablagerung und Entzündung^{11, 12 , 13 , 14}. Allerdings unterscheiden sich Nagetier und menschliche Prostataanatomie. Während die menschliche Prostata kompakt ist und von einer kondensierten fibromuskulären Schicht umhüllt ist, ist die Nagetier-Prostata lobular; und diese Unterschiede erschweren direkte Vergleiche der Krankheitsprogression und der Wirksamkeit der Behandlung. Darüber hinaus sind LUTS bei Mäusen schwer einzuschätzen, da es nicht möglich ist, die Mühe direkt zu messen. Stattdessen korrelieren aktuelle Methoden zur Untersuchung von Krankheiten histologische Merkmale mit physiologischen Merkmalen (z. B. Blasenvolumen und Wanddicke mit Uroflussmetrie, Hohlraum-Assays und Zystometrie-Endpunktdaten), die das Niveau der Harnmittel vergleichen. Dysfunktion zwischen BPH-Modell und Kontrolltieren^{12,15,16,17,18}. Physiologische Merkmale werden häufig als post-mortem Nekropsie-Endpunkte bewertet, und es besteht eine Unfähigkeit innerhalb desselben Tieres, BOO im Laufe der Zeit zu beobachten. Kürzlich haben wir eine Unterteilung der Beckenharnröhre (die prostatische Harnröhre) identifiziert, bei der exogene Hormonimplantate eine Verengung auf der Grundlage von post-mortem Nekropsie-Bewertungen verursachen¹². Aktuelle Methoden erlauben keine direkte In-vivo-Bewertung der Urethralverengung während der Leerung.

Ultraschall ist eine nicht-invasive Diagnose- und Bewertungstechnik, die erfolgreich in anderen Krankheitsmodellen eingesetzt wurde. Es wird verwendet, um das Organvolumen zu quantifizieren und den Gefäßfluss^19,20,21zu bewerten. Ultraschall wird auch verwendet, um Mikroinjektionen zu visualisieren und zu leiten, die gezielte Injektionen von Stammzellen oder anderen Medikamenten ermöglichen, und um die systolische und diastolische Herzfunktion zu bewerten.

Dieses Protokoll beschreibt den Einsatz von Hochfrequenz-Ultraschall zur Bewertung der Anatomie der unteren Harnwege und zur Beurteilung der Harnphysiologie bei anästhesierten Mäusen. Wir beschreiben den Einsatz von Ultraschall zur Messung des Blasenvolumens und der Wanddicke. Wir beschreiben auch die Verwendung von kontrastverstärktem Ultraschall zur Messung der Uringeschwindigkeit, des Urinvolumens, der Leerraumdauer und des Harnröhrendurchmessers. Die Verwendung von Ultraschall bietet ein umfassenderes Verständnis der unteren Harnwege in vivo, bestimmt, wie Krankheit die normale Leerungsfunktion verändert, und gibt uns die Werkzeuge, um die Wirksamkeit neuer therapeutischer Optionen besser zu bewerten. Derzeit ist das kontrastfreie Bildgebungsprotokoll nicht terminal, während das aktuelle kontrastverstärkte Bildgebungsprotokoll ein Terminalverfahren ist.

Protokoll

Verfahren, an denen Tierquäler beteiligt sind, wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) an der University of Wisconsin – Madison genehmigt.

1. Tierzubereitung

1. Legen Sie eine 24 Monate alte, C57Bl6/J-Männchenmaus in eine vorgeladene Kammer mit 3-5% Isofluran, bis der Rechtereflex verloren geht und die Atemfrequenz verlangsamt wird.
2. Verwenden Sie bei Bedarf Clipper, um das Bauchhaar des Tieres für eine Operation und/oder Bildgebung zu rasieren. Entfernen Sie alle verbleibenden Haare mit einer Enthaarungscreme.
3. Legen Sie die Maus in einer Supine-Position in einem Nasenkegel mit 2% Isofluran auf einer beheizten Plattform, um die Anästhesie aufrechtzuerhalten. Bestätigen Sie die Tiefe der Anästhesie durch Bewegungsverlust des Tieres als Reaktion auf einen Pedal-Entzugsreflex (Abbildung 1B).

2. Ultraschall-Setup

1. Schließen Sie eine MV707-Sonde mit einer Mittelfrequenz von 30 MHz an den Aktiv-Port an, wobei die Anwendung auf "Bauchbildgebung" voreingestellt ist (Abbildung 1A).
2. Positionieren Sie die Ultraschallsonde parallel zur langen Achse der Blase (Abbildung 1C).
3. Lange und kurze Achsenbilder der Blase, der Prostata und der Harnröhre werden im B-Modus gemacht (Abbildung 1D).
4. Verwenden Sie die "xy" Mikromanipulatoren, um die Maus zu bewegen.

3. Kontrastfreie bildgebende Protokoll

1. Messen Sie die Blasenwanddicke mit dem linearen Abstandsmesswerkzeug und verfolgen Sie die Außenkante bis zum Innenrand der Blasenwand b-mode nach der Erfassung.
2. Messen Sie das Bladder 3D-Volumen mit dem volumetrischen Werkzeug auf der 3D-Modus-Erfassung, indem Sie die Innenseite der Blasenwände verfolgen, um eine Kontur zu erstellen. Mehrere Konturen werden dann durch die Dicke der Blase erzeugt, um das Volumen zu berechnen.

4. Microbubble Kontrast Resuspension/Aktivierung

1. Aktivieren Sie das Kontrastmittel (z.B. DEFINITY), indem Sie 45 s lang im Wirbelmischer schütteln, um die Mikroblasen in Lösung zu kapseln. Dieser Schritt ist entscheidend für eine optimale Kontrastverbesserung.

5. Kathetereinfügung

1. Mit der Maus betäuben und auf die beheizte Plattform geklebt, setzen Sie die Blase mit einem Mittellinienschnitt mit geraden scharfen / stumpfen Scheren durch die Haut und Bauchwand.
2. Legen Sie eine 27-Spur-Nadel, die durch flexible Polyethylenschläuche (PE 50) mit einer Spritze verbunden ist, in die Blase ein. Füllen Sie die Schläuche mit Kochsaline, um sicherzustellen, dass keine Luftblasen in die Blase injiziert werden.

6. Kontrastverstärktes Bildgebungsprotokoll

1. Um die Nadelplatzierung zu bestätigen, indieerste 10 l Kochchen in die Blase, während man sie über Ultraschall beobachtet.
2. Ersetzen Sie die Salinespritze durch eine Spritze, die Kontraste enthält, um die Visualisierung von Urethralwänden und Leerungsereignissen zu verbessern, da die Harnröhre normalerweise zusammengebrochen ist. Sobald eine vollständige lange Achsenansicht der Harnröhre erhalten und ein Bild gespeichert ist, drehen Sie die Sonde um 90°, um eine kurze Achsenansicht und ein M-Mode-Bild zu erhalten.
3. Einen Bolus von Mikroblasen bei 0,5 ml pro 3 s in die Blase einlassen, bis ein Wasserlassen eintritt.
4. Messen Sie während des ersten Leerungsereignisses den Harnröhrendurchmesser am Punkt des Dopplergeschwindigkeits-Probenfensters mit dem linearen Entfernungswerkzeug und der Messung von Kante zu Kante.
5. Wenn die Harnröhre richtig lokalisiert ist, winkeln Sie die Sonde in Bezug auf die Harnröhre, um paralleler zum Urinfluss zu werden.
6. Instillieren Sie einen zweiten Bolus von Mikroblasen in die Blase und messen Sie die Ereignisgeschwindigkeit mit dem Velocity Time Integral (VTI) Werkzeug.
7. Nach der Datenerfassung die Maus mit Zervixdislokation einschläfern.

7. Datenberechnung und -analyse

1. Wählen Sie das VTI-Werkzeug aus, um die Geschwindigkeit zu messen, indem Sie die aufgezeichneten Bilder nachverfolgen.
2. Messen Sie den Durchmesser der Harnröhre aus dem B-Modus- oder M-Modus-Bild mit der Vorderkante bis zur Führenden Kantenkonvention.
3. Berechnen Sie die Querschnittsfläche (CSA) mit der folgenden Formel (CSA ) mithilfe der oben erhaltenen Bildmessungen.
4. Berechnen Sie das Leervolumen mit dem CSA der Harnröhre und multiplizieren Sie das mit dem Bereich unter der Doppler-Spur (Geschwindigkeitszeitintegral) (CSA x VTI = Volumen).
5. Berechnen Sie das tatsächliche leergeschebte Urinvolumen unter der Annahme einer Dichte von einem Gramm pro Kubikzentimeter.

Ergebnisse

Ultraschall kann je nach versuchsweiser Konstruktion und Endpunktmessung mit oder ohne Kontrastverbesserung verwendet werden. Mäuse werden mit Isofluran befruchtet und rasiert und alle Spuren von Haaren mit einer Enthaarungscreme entfernt. Anästhesisierte Tiere werden auf einer beheizten Plattform platziert, wobei die Ultraschallsonde entlang der langen Achse der Blase positioniert ist (Abbildung 1).

Abbildung 2 zeigt repräsentativ...

Diskussion

Aktuelle Techniken zur Bewertung der unteren Harnwege von Nagetieren sind durch ihre Fähigkeit eingeschränkt, Veränderungen in der Leerungsphysiologie direkt mit Veränderungen in der Prostatahistologie zu korrelieren, die sich auf das Fortschreiten der Krankheit belaufen. Leere Spot-Assays und Uroflowmetrie können verwendet werden, um spontane Wasserlassen-Ereignisse bei Nagetieren zu bewerten, und diese Techniken können verwendet werden, um Veränderungen über einen Zeitraum^{von 15,}

Materialien

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