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.
Die Nierenfunktion normalerweise hämodynamischen Homöostase und ist ein wichtiger Ort der durch Medikamententoxizität verursacht wurden. Arzneimittel-induzierte Nephrotoxizität wird geschätzt, dass 19- 25% aller klinischen Fälle von akutem Nierenversagen (AKI) bei kritisch kranken Patienten beizutragen. AKI Erkennung hat in der Vergangenheit auf Metriken verlassen, wie Serum-Kreatinin (SCR) oder Blutharnstoffstickstoff (BUN), die nachweislich unzureichend vollständige Bewertung der Nephrotoxizität in der frühen Phase der Nierenfunktionsstörung sind. Derzeit gibt es keine robusten Diagnoseverfahren genau zu hämodynamischen Veränderungen in der frühen Phase der AKI erfassen, während solche Änderungen tatsächlich den Anstieg des Serum-Biomarker Ebenen voraus könnten. Eine solche Früherkennung Klinikern helfen, eine genaue Diagnose zu stellen und in die in der Entscheidung helfen, für die therapeutische Strategie zu machen. Die Ratten wurden mit Cisplatin behandelt AKI zu induzieren. Nephrotoxizität wurde für sechs Tage mit Hochfrequenz-Sonographie, sCr Messung beurteilt und auf HistopathologieNiere. Hämodynamische Auswertung mit Hilfe von 2D und Farb-Doppler-Bilder wurden verwendet, um seriell Nephrotoxizität in Ratten untersucht, die Sonographie. Unsere Daten zeigten erfolgreiche Arzneimittel-induzierte Nierenschädigung bei erwachsenen Ratten durch die histologische Untersuchung. Farb-Doppler-basierte sonographische Beurteilung der AKI darauf hingewiesen, dass resistive-Index (RI) und pulsierender-Index (PI) wurden in der Behandlungsgruppe erhöht; und Peak-systolischen Geschwindigkeit (mm / s), enddiastolische Geschwindigkeit (mm / s) und die Geschwindigkeits-Zeit-Integral (VTI, mm) wurden in Nierenarterien in der gleichen Gruppe verringert. Wichtig ist durch die Sonographie ausgewertet, diese hämodynamischen Veränderungen voran den Aufstieg sCr Ebenen. Sonography-basierte Indizes wie RI oder PI kann so nützlich prädiktive Marker werden bei Nagetieren die Nierenfunktion von rückläufig. Aus unserer Sonographie-basierte Beobachtungen in den Nieren von Ratten, die AKI unterzog, haben wir gezeigt, dass diese nicht-invasive hämodynamische Messungen als eine genaue, empfindliche und robuste Methode bei der Aufdeckung von frühen Stadium des Nierenfunktionsstörung betrachten kann. Tseine Studie unterstreicht auch die Bedeutung der ethischen Fragen im Zusammenhang mit Tierversuchen in der Forschung.
Serum-Kreatinin (SCR) wurde der Goldstandard metrische Nierenfunktion zu beurteilen, für mehr als zwei Jahrzehnten. Vor kurzem wurden viele Studien berichtet , dass Nierenschädigung tritt viel früher als die Veränderungen in sCr 1. Es gibt jedoch keine robusten Verfahren zum Nachweis der hämodynamischen Veränderungen, die früh im Verlauf der Nierenschädigung einschließlich Arzneimittel-induzierter Nephrotoxizität auftreten.
Arzneimittel-induzierte akute Niereninsuffizienz führt hämodynamischen Dysfunktion zu Nierengewebeschäden und weitere Progression zu Nierenversagen 2,3. In den letzten paar Jahrzehnten, zeigen Studien , dass Imaging – Tools wie Computertomographie (CAT), funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) und Sonographie eine Rolle bei der hämodynamischen Bewertung 4 spielen. In der aktuellen Imaging – Tools, Sonographie Graustufen gekoppelt mit Farb-Doppler – Techniken, sind die am häufigsten 3,5,6 zu etablieren und zu bewerten anatomischen Status der Niere eingesetzt. Sullivan et. al. und Bonnin et. al. berichteten kürzlich , dass die Sonographie eine wirksame, leistungsfähige und nicht-invasive Werkzeug bei der Analyse hämodynamischen Veränderungen in Vasokonstriktion und Hypoxie Stress Tiermodellen 7,8 ist. Diese Technik wird auch allgemein zu detektieren arterielle Stenose 9,10 verwendet.
Die neuesten technischen Fortschritte auf dem Gebiet der hochauflösenden Ultraschall – Bildgebung erlaubt haben Forscher kardiovaskuläre Toxizität unter Verwendung von Hochfrequenz (25-80 MHz) und hoher Auflösung (<0,03 mm Auflösung) Sonden in vivo 11 zu adressieren. Wir vermuten, dass diese hochauflösenden Sonographie Nieren zu untersuchen wird eine einmalige Gelegenheit für eine nicht-invasive und empfindliche Methode zur Früherkennung von Nephrotoxizität bieten.
Cisplatin wird verwendet , Hoden zu behandeln, Eierstock-, Blase, Kopf, Lunge und Hals – Tumoren in Kombination mit anderen Arzneimitteln 12-14. Cisplatin hat war gut dokumentierte Nephrotoxizität aufgrund Zellnekrosen von proximal Tubuli (PT) und Sammelkanäle führten Blutharnstoffstickstoff (BUN) und sCr 15 steigt. Hier bieten wir eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Methode der Verwendung von nicht-invasiven Nierensonographie Funktionsstörungen der Nieren mit dem Rattenmodell der Droge (Cisplatin) -induzierten Nephrotoxizität zu charakterisieren.
In den letzten zehn Jahren haben viele Fortschritte traten in sonographische Technologie, einschließlich der Entwicklung von Hochfrequenz-mechanischen Sonden, die sonographische Daten mit hoher Qualität, Empfindlichkeit und Genauigkeit bieten. Diese Sonden können etwa 50 & mgr; m axiale Auflösung bei einer Eindringtiefe von 5 bis 12 mm und eine hohe Bildraten (größer als 200 Bilder / s), so kann es als ein robustes Werkzeug dienen kleine Tiere zu studieren , wie Ratten und Mäuse 18, 19. Darüber hinaus erlaubt es auch sonographische Bilder auf leicht sediert oder bewusste Tiere mit Vital bei physiologischen Ebenen zu sammeln. Darüber hinaus bietet diese nicht-invasive Modalität auch Gelegenheit Längs Beurteilung der strukturellen und funktionellen Veränderungen während der Progression der Krankheit durchzuführen , ohne Tiere 19 zu opfern.
Im Jahr 1959, Drs. Rusell und Pinsel beschrieben zuerst die drei "R" Regeln (Replacement, Reduction und Refinement) awar zu erhöhenENESS ethische Fragen in der Nutzung von Tieren in der Forschung. Das vorgeschlagene Protokoll zeigt zum ersten Mal, dass nicht-invasive Kleintier Sonographie kann minimale Anzahl von Tieren unter geringsten Schmerzen, Leiden oder Ängste in Nephorotoxicity Studie verwendet. Daher ist es ein potentielles effektive Modalität die drei "R" Regeln für die Versuchstiere zu genügen.
Viele sonographische Untersuchungen haben in Herzanwendungen konzentriert; die Nierenfunktion Beurteilungen wurden oft aus Messungen der Herzfunktion abgeleitet statt einer direkten Untersuchung der Nieren 20-25. eine Bildgebungsmethode zu visualisieren anatomischen und funktionellen Veränderungen in der Niere und in Echtzeit Wir haben festgestellt. Wir verwendeten einen vorgewählten Satz komplementärer akustischen Fenster, Graustufen / B-Modus und Farb-Doppler, die spezifisch für Nieren Ansicht. Wir nutzten die RI und PI-Indizes, die die Beziehung zwischen diesen Indizes und den Veränderungen der Nierenfunktion in der Cisplatin induzierte Toxizität Modell zu bewerten.
<p class="Jove_content"> Es gibt jedoch einige Probleme und Einschränkungen der vorgeschlagenen Bildgebungsverfahren wie folgt: 1) eine geeignete Wahl des Narkosemittels und der Grad der Anästhesie entscheidend sind für Herz- und Atmungsstabilität. Uneinheitliche physiologisches Phänomen (einschließlich Atmungs- und Herzfrequenzschwankungen) beeinflussen Nierenarterie Fluss, die Qualität der Bildgebung und die Nierenfunktion Beurteilung. Wir verwenden IACUC injizierbares Anästhetikum zugelassen, Pentobarbital (50 mg / kg Körpergewicht, ip), da unser Sicherungs Anästhetikum richtige normale physiologische Funktion bei der Abbildung und Nierenfunktion Beurteilung zu gewährleisten; 2) Depilation ist ein entscheidender Schritt, wie Vorhandensein von Brusthaar, die Qualität der sonographische Bilder beeinflusst; 3) Während die Sonographie der Nieren relativ einfach für einen geschulten Bediener; für den durchschnittlichen Bediener ist es entscheidend Technik einzelnen Tieres einzigartige Anatomie anzupassen und minor Manipulationen machen; 4) Wenn die Größe der Ratten ist ziemlich groß (über 350 Gramm), eine untere Frequenzsonde (weniger als die in dieser Studie 21 MHz verwendet wird) kann für eine optimale Bildgebung erforderlich. Es könnte sein, klug ein Training vor dem geplanten Betrieb des Bildgebungssystems zu übernehmen.Die Neuheit bei der Aufdeckung von Medikamenten-induzierten Nephrotoxizität die vorgeschlagene sonographische Methodik und abgeleitete Protokoll ist seine frühe robuste Detektion von hämodynamischen Veränderungen im Falle von Nierenschäden. Die Ergebnisse zeigen, dass die intraNierenGefäß hämodynamischen Veränderungen in der Tat die steigende sCr vorangehen. Diese Daten werden gebenchmarkt gegen die herkömmlichen Goldstandard histologischen Analyse mit und zeigen, dass Kleintier Sonographie ist eine nichtinvasive, empfindliche und reproduzierbare Modalität, die minimale Anforderung der Tiernutzung hat. Es ist somit ein wirksames Instrument zur Früherkennung von Medikamenten-induzierten Nephrotoxizität unter Verwendung von Rattenmodell.
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 | |