Ultraljud av den vuxna manliga urinvägarna för urin funktionella tester
Summary
Vi beskriver användningen av högfrekvent ultraljud med kontrast bild Ande som en metod för att mäta urinblåsan volym, urinblåsan väggtjocklek, urin hastighet, annullera volym, void varaktighet, och uretral diameter. Denna strategi kan användas för att bedöma tömning dysfunktion och behandlingseffekt i olika musmodeller av nedre urinvägarna dysfunktion (lutd).
Abstract
Incidensen av kliniska benign prostatahyperplasi (BPH) och nedre urinvägarna symtom (LUTS) ökar på grund av den åldrande befolkningen, vilket resulterar i en betydande ekonomisk och livskvalitet börda. Transgena och andra musmodeller har utvecklats för att återskapa olika aspekter av denna multifaktoriella sjukdom; emellertid, metoder för att exakt kvantitera urin dysfunktion och effektiviteten av nya terapeutiska alternativ saknas. Här beskriver vi en metod som kan användas för att mäta urinblåsan volym och detrusormuskeln väggtjocklek, urin hastighet, tom volym och void varaktighet, och uretral diameter. Detta skulle möjliggöra utvärdering av sjukdomsprogression och behandlingseffektivitet över tid. Möss var sövda med isofluran, och urinblåsan visualiserades av ultraljud. För icke-kontrast Imaging, en 3D-bild togs av urinblåsan för att beräkna volym och utvärdera form; urinblåsan väggtjockleken mättes från denna bild. För kontrast-Enhanced Imaging, en kateter placerades genom kupolen i urinblåsan med hjälp av en 27-gauge nål ansluten till en spruta med PE50 slangar. En bolus på 0,5 mL kontrast infunderas i urinblåsan tills en urinering händelse inträffade. Urethral diameter bestämdes vid tidpunkten för Doppler Velocity prov fönstret under den första tömning händelsen. Hastigheten mättes för varje efterföljande händelse som gav en flödeshastighet. Sammanfattningsvis, högfrekvent ultraljud visade sig vara en effektiv metod för att bedöma urinblåsan och Urethral mätningar under urin funktion hos möss. Denna teknik kan vara användbar vid bedömningen av nya terapier för BPH/LUTS i en experimentell miljö.
Introduction
Benign prostatahyperplasi (BPH) är en sjukdom som utvecklas hos män när de åldras och drabbar nästan 90% av männen över 80 år1,2. Även om utvecklingen av BPH är allmänt förknippad med åldrande, andra faktorer, inklusive fetma och metabola syndromet kan leda till BPH i relativt yngre män3,4. Många män med BPH utveckla nedre urinvägarna symtom (LUTS) som avsevärt minskar deras livskvalitet, och vissa upplever komplikationer som kan innefatta blödning, infektion, urinblåsan utlopp obstruktion (BOO), stenar i urinblåsan, och njursvikt. Kostnaden för behandling av BPH överstiger $4 000 000 000 årligen5,6,7. Diagnos av LUTS orsakad av BPH i allmänhet förlitar sig på användningen av AUA symptom index (AUASI) poäng, uroflowmetri, och bedömning av prostata storlek8. Etiologin för BPH/LUTS är komplex och multifaktoriell, och sjukdomsutveckling och progression har förknippats med prostatahyperplasi (prostata proliferation), glatt muskelkontraktilitet, och fibros. Nuvarande behandlingar inkluderar användning av α-adrenerga blockerare för att reglera smidig muskeltonus i urinblåsan och prostata för att lindra LUTS och/eller 5 α-reduktas hämmare att minska androgen metabolism och minska prostata storlek. Bättre sjukdomsmodeller, murin och andra, för att möjliggöra en noggrann studie av effekterna av varierande orsakande och terapeutiska faktorer i denna sjukdomsprocess över tid är mycket önskvärt9.
Gnagare modeller har använts i stor utsträckning för att studera urodynamik; emellertid, de flesta studier är inriktade på kvinnlig urinering och sjukdom10. För att fullt ut undersöka alla aspekter av manliga LUTS, gnagare modeller har utvecklats och används för att studera olika aspekter av BPH inklusive förändringar i cellulär proliferation, smidig muskelfunktion, kollagen deposition, och inflammation11, 12 , 13 , 14. emellertid, gnagare och mänsklig prostata anatomi skiljer sig. Medan den mänskliga prostatan är kompakt och innesluten av en kondenserad fibromuskulära skikt, gnagare prostata är lobular; och dessa skillnader komplierar direkta jämförelser av sjukdomsprogression och behandlingseffekt. Dessutom är LUTS svåra att bedöma hos möss, eftersom det inte är möjligt att direkt mäta besvär. I stället, nuvarande metoder för att studera sjukdom korrelerar histologiska funktioner med fysiologiska egenskaper (dvs urinblåsan volym och väggtjocklek med uroflowmetry, void spot analyser, och effekt Endpoint data) som jämför nivån av urin dysfunktion mellan BPH-modell och kontrolldjur12,15,16,17,18. Fysiologiska funktioner utvärderas ofta som post-mortem nekropsy slutpunkter, och det finns en oförmåga inom samma djur att observera BOO över tid. Nyligen har vi identifierat en underindelning av bäcken urinröret (den prostatiska urinröret) där EXOGEN hormon implantat orsakar en förträngning baserat på obduktion nekropsy bedömningar12. Nuvarande metoder tillåter inte direkt, in vivo-bedömning av uretral förträngning under tömning.
Ultraljud är en icke-invasiv diagnostisk och utvärderings teknik som framgångsrikt har använts i andra sjukdomsmodeller. Det används för att kvantifiera organ volym och bedöma vaskulära flödet19,20,21. Ultraljud används också för att visualisera och vägleda mikroinjektioner, möjliggör riktade injektioner av stamceller eller andra droger, och att utvärdera systoliskt och diastoliskt hjärtfunktion.
Detta protokoll beskriver användningen av högfrekvent ultraljud för att utvärdera nedre urinvägarna anatomi och bedöma urinfysiologi hos sövda möss. Vi beskriver användningen av ultraljud för att mäta urinblåsan volym och väggtjocklek. Vi beskriver också användningen av kontrast-förstärkt ultraljud för att mäta urin hastighet, urinvolym, void varaktighet, och urinröret diameter. Användningen av ultraljud ger en mer omfattande förståelse av de nedre urinvägarna in vivo, avgör hur sjukdomen förändrar normal tömning funktion, och ger oss verktyg för att bättre utvärdera effektiviteten av nya terapeutiska alternativ. För närvarande är icke-kontrast Imaging Protocol icke-terminal, medan det aktuella kontrast-Enhanced Imaging Protocol är en terminalprocedur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nuvarande tekniker för att utvärdera de nedre urinvägarna av gnagare begränsas av deras förmåga att direkt korrelera förändringar i tömning fysiologi med förändringar i prostata histologi till följd av sjukdomsprogression. Void spot-analyser och uroflowmetri kan användas för att bedöma spontana urineringshändelser hos gnagare, och dessa tekniker kan användas för att utvärdera förändringar under en tidsperiod15,16,…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vill tacka Emily Ricke, kristen Uchtmann och Ricke Lab för deras hjälp med djurhållning och återkoppling på detta manuskript. Vi skulle vilja tacka NIDDK och NIEHS för deras ekonomiska stöd för dessa studier: U54 DK104310 (WAR, JAM, PCM, CMV, DEB), R01 ES001332 (krig, CMV), K12 DK100022 (TTL, AR-A, DH). Innehållet är ensam ansvarig för författarna och representerar inte de officiella åsikter NIH.
Materials
| 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 |
References
- Kirby, R. S. The natural history of benign prostatic hyperplasia: what have we learned in the last decade. Urology. 5, 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, 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).
