גילוי מוקדם של הפרעות בתפקוד הכליות המודינמי סמים באמצעות טכנולוגיה Sonographic בחולדות
Summary
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.
Abstract
הכליה בדרך כלל מתפקד לשמור על הומאוסטזיס המודינמי ו הוא האתר העיקרי של הנזק שנגרם על ידי רעילות התרופה. סמים כלייתית מוערך לתרום 19- 25% מכלל המקרים הקליניים של אי-ספיקת כליות חריפה (AKI) בחולים אנושים. זיהוי AKI הסתמך היסטורי בערכים כגון קריאטינין בסרום (SCR) או חנקן אוריאת בדם (BUN) אשר אינם מספיקים במובהק הערכה מלאה של כלייתית בשלב המוקדם של אי ספיקה כלייתית. נכון לעכשיו, לא קיימת שיטת אבחון חזקה כדי לזהות שינוי המודינמי מדויק בשלב המוקדם של AKI תוך שינויים כאלה באמת עשויים להקדים את עליית רמות סמן ביולוגית בסרום. גילוי מוקדם כזה יכול לעזור לרופאים לבצע אבחון מדויק ולסייע בקבלת החלטות עבור אסטרטגיה טיפולית. חולדות טופלו ציספלטין לגרום AKI. Nephrotoxicity הוערך במשך שישה ימים באמצעות sonography בתדירות גבוהה, מדידה SCR ועל histopathology שלכִּליָה. הערכה המודינאמית באמצעות 2D ותמונות-דופלר צבע שימשו ללמוד כלייתית סדרתי בחולדות, באמצעות sonography. הנתונים שלנו הראו פגיעה בכליות מוצלחת-סמי חולדות מבוגרות על ידי בדיקה היסטולוגית. הערכת sonographic מבוססת צבע-דופלר של AKI עולה כי מדד resistive (RI) ו-מדד pulsatile (PI) הוגדלו בקבוצת הטיפול; מהירות-סיסטולי השיא (מ"מ / s), מהירות הדיאסטולי-end (מ"מ / s) ומהירות בזמן נפרד (VTI, מ"מ) ירדו בעורקים כליות באותה קבוצה. חשוב לציין, השינויים המודינמי אלה הוערכו על ידי sonography שקדמו לעליית רמות SCR. Sonography מבוסס מדדים כמו RI או PI ולכן יכולים להיות סמנים חזויים שימושיים של ירידה בתפקוד הכלייתי במכרסמים. מתצפיות sonography המבוסס שלנו בכליות של חולדות שעברו AKI, הראינו כי מדידות המודינמי לא פולשנית אלה עשויות לשקול כשיטה מדויקת, רגישה וחזקה באיתור הפרעות בתפקוד כליות בשלב מוקדם. Tבמחקרו גם מדגיש את החשיבות של סוגיות אתיות הקשורות לשימוש בבעלי חיים במחקר.
Introduction
קריאטינין בסרום (SCR) כבר מטרי זהב הסטנדרטית על מנת להעריך את תפקוד הכליות במשך יותר משני עשורים. לאחרונה, מחקרים רבים דיווחו כי פגיעה כלייתית מתרחשת הרבה יותר מוקדם ממה השינויים SCR 1. עם זאת, אין שיטות חזקות לגילוי שינויים המודינמי המתרחשים בתחילת הקורס של פגיעת כלייתית כוללים כלייתית סמים.
סמים תפקוד המודינמי ספיקת כליות חריפה מוביל נזק לרקמות הכליה התקדמות נוספת כדי אי ספיקת כליות 2,3. בעשורי השנים האחרונים, מחקרים מצביעים על כך כלי הדמיה כגון טומוגרפיה ממוחשבת (CAT), הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) ו sonography לשחק תפקיד ערכה המודינאמית 4. בשנת כלי ההדמיה הנוכחיים, sonography הגוני אפור בשילוב עם טכניקות הצבע-דופלר, הם נפוצים ביותר להקים להעריך את מצב אנטומי של כליות 3,5,6. סאליבן et. al. ו Bonniet n. al. לאחרונה דווח כי sonography הוא כלי יעיל, חזק ולא פולשנית בשינויים המודינמי ניתוח במודלים של בעלי חיים vasoconstriction היפוקסיה מתח 7,8. טכניקה זו היא גם בשימוש נפוץ כדי לזהות עורקים היצרות 9,10.
ההתקדמות הטכנית האחרונות בתחום של הדמיה אולטרסאונד ברזולוציה גבוהה אפשרו החוקרים להתייחס רעילות קרדיווסקולרית באמצעות בתדירות גבוהה (25-80 MHz) ו-ברזולוציה גבוהה (<0.03 רזולוציה מ"מ) בדיקות, in vivo 11. אנו משערים כי באמצעות sonography ברזולוציה גבוהה זה ללמוד כליות יספק הזדמנות חסרת תקדים עבור שיטה לא פולשנית ורגישה לגילוי מוקדם של כלייתית.
ציספלטין משמש לטיפול אשכים, שחלות, שלפוחית שתן, ראש, ריאה, סרטן הצוואר בשילוב עם תרופות אחרות 12-14. ציספלטין צפו מתועד היטב כלייתית עקב נמק בתא של ptubules roximal (PT) ותעלות איסוף הביא עולה חנקן אוריאה בדם (BUN) SCR 15. בזאת, אנו מספקים מתודולוגיה צעד-אחר-צעד מפורט של שימוש sonography כליות לא פולשנית לאפיין הפרעות בתפקוד כליות תוך שימוש במודל העכברים של והתרופות (ציספלטין) -induced כלייתית.
Protocol
Representative Results
Discussion
בעשור האחרון, התקדמות רבה שחלה בטכנולוגית sonographic כוללים פיתוח בדיקות מכאניות בתדירות גבוהה, אשר מציעות נתוני sonographic עם איכות גבוהה, רגישות ודיוק. בדיקות אלה יכולים לספק כ -50 מיקרומטר ברזולוציה צירית בעומק החדירה של 5 עד 12 מ"מ מסגרת חליפין גבוה (יותר מ -200 מסגרת / sec), ובכך היא יכולה לשמש כלי חזק ללמוד חיות קטנות כגון חולדות ועכברים 18, 19. יתר על כן, הוא גם מאפשר לאסוף תמונות sonographic על חיות מסוממות קל או בהכרה עם סימנים חיוניים ברמות פיסיולוגיות. בנוסף, אפנות פולשני זה גם מספקת הזדמנות לבצע הערכה אורכת של שינויים מבניים ותפקודיים במהלך התקדמות מחלה מבלי להקריב בעלי חיים 19.
בשנת 1959, בני זוג. Rusell המברשת ראשון תארו את השלושה הכללים "R" (החלפה, הפחתה, ועידון) להעלות Awar eness של סוגיות אתיות שימוש בבעלי חיים במחקר. הפרוטוקול המוצע מראה בפעם הראשונה sonography חיה קטנה פולשני יכול מנצל מספר מינימלי של בעלי חיים תחת כאב, סבל או מצוקה לפחות במחקר Nephorotoxicity. לכן, היא שיטת יעיל פוטנציאל לענות על שלוש "ר 'כללים בחיות מעבדה.
מחקרי sonographic רבים התמקדו ביישומי לב; ערכות תפקוד כליות לעתים קרובות נגזרו ממדידות של מצב לב ולא מחקר ישיר של הכליה 20-25. הקמנו מתודולוגיה הדמיה כדי לחזות שינויים אנטומיים ותפקודיים בכליה בזמן אמת. השתמשנו סט שנבחר מראש של חלונות אקוסטיים משלימה, מצב בגווני אפור / B ו- Color-דופלר, ספציפית עבור תצוגת כליות. השתמשנו RI ומדדי PI מנת להעריך את הקשר בין מדדים אלו והשינויים בתפקוד הכלייתי במודל הרעיל המושרה ציספלטין.
<p class="Jove_content"> עם זאת, ישנם כמה אתגרים ומגבלות לשיטות הדמיה המוצע כדלקמן: 1) הבחירה המתאימה של סוכן הרדמה ומידת הרדמה הם קריטיים ליציבות לב ונשימה. תופעה פיזיולוגית לא עקבית (ובין היתר, תנודות הנשימה וקצב הלב) להשפיע על זרימת עורק הכליה, איכות הערכת תפקוד הדמיה וכליות. נשתמש IACUC אושרה סוכן הרדמה בזריקות, Pentobarbital (50 מ"ג / ק"ג משקל גוף, IP), כסוכן הרדמה הגיבוי שלנו על מנת להבטיח תפקוד פיזיולוגי תקין נכונה במבדק הפונקציה הדמיה כליות; 2) אפילציה הוא שלב קריטי, כנוכחות של שיער החזה משפיע על איכות התמונות sonographic; 3) בעוד sonography של כליות הוא פשוט יחסית עבור מפעיל מיומן; עבור המפעיל הממוצע, זה קריטי להתאים טכניקה לאנטומיה הייחודית של בעלי חי פרט ולהפוך מניפולציות קטין; 4) אם הגודל של חולדות הוא די גדול (מעל 350 גרם), בדיקה בתדירות נמוכה (פחות מ השתמש במחקר זה 21 MHz) עשוי להידרש הדמיה אופטימלית. זה יכול להיות נבון לקחת קורס הכשרה לפני הניתוח המוצע של מערכת ההדמיה.החידוש באיתור כלייתית הנגרם סמים באמצעות מתודולוגיה sonographic המוצעת והפרוטוקול נגזר הוא זיהוי המוקדם שלה החזק של שינויים המודינמי במקרה של פגיעה כלייתית. תוצאות המחקר מראות כי שינויים המודינמי וסקולרית התוך-כלייתית למעשה להקדים את עליית SCR. נתונים אלה היא השווה נגד תקן זהב הקונבנציונלי באמצעות ניתוח היסטולוגית ולהפגין כי sonography חיה הקטן הוא שיטה פולשנית, רגישה, לשחזור, אשר יש דרישה מינימאלית של שימוש בבעלי חיים. וכך הינו כלי יעיל לגילוי מוקדם של כלייתית סמים באמצעות מודל עכברוש.
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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).
Materials
| 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 | |
Referencias
- Bonventre, J. V. Diagnosis of acute kidney injury: from classic parameters to new biomarkers. Contrib Nephrol. 156, 213-219 (2007).
- Lerman, L. O., Textor, S. C., Grande, J. P. Mechanisms of tissue injury in renal artery stenosis: ischemia and beyond. Progress in cardiovascular diseases. 52 (3), 196-203 (2009).
- Karas, M. G., Kizer, J. R. Echocardiographic assessment of the right ventricle and associated hemodynamics. Progress in cardiovascular diseases. 55 (2), 144-160 (2012).
- Milman, Z., et al. Hemodynamic response magnetic resonance imaging: application for renal hemodynamic characterization. Nephrol Dial Transplant. 28, 1150-1156 (2013).
- Anavekar, N. S., et al. Usefulness of right ventricular fractional area change to predict death, heart failure, and stroke following myocardial infarction (from the VALIANT ECHO Study). Am J Cardiol. 101 (5), 607-612 (2008).
- Lindqvist, P., Calcutteea, A., Henein, M. Echocardiography in the assessment of right heart function. Eur J Echocardiogr. 9 (2), 225-234 (2008).
- Sullivan, J. C., et al. Novel use of ultrasound to examine regional blood flow in the mouse kidney. American journal of physiology. Renal physiology. 297, F228-F235 (2009).
- Bonnin, P., Sabaa, N., Flamant, M., Debbabi, H., Tharaux, P. L. Ultrasound imaging of renal vaso-occlusive events in transgenic sickle mice exposed to hypoxic stress. Ultrasound Med Biol. 34 (7), 1076-1084 (2008).
- Desberg, A. L., et al. Renal artery stenosis: evaluation with color Doppler flow imaging. Radiology. 177 (3), 749-753 (1990).
- Ciccone, M. M., et al. The clinical role of contrast-enhanced ultrasound in the evaluation of renal artery stenosis and diagnostic superiority as compared to traditional echo-color-Doppler flow imaging. International angiology : a journal of the International Union of Angiology. 30 (2), 135-139 (2011).
- Bauer, M., et al. Echocardiographic speckle-tracking based strain imaging for rapid cardiovascular phenotyping in mice. Circ Res. 108 (8), 908-916 (2011).
- Boulikas, T., Vougiouka, M. Recent clinical trials using cisplatin, carboplatin and their combination chemotherapy drugs (review). Oncology reports. 11 (3), 559-595 (2004).
- Vaidya, V. S., Ferguson, M. A., Bonventre, J. V. Biomarkers of acute kidney injury. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 48, 463-493 (2008).
- Hye Khan, M. A., Abdul Sattar, M., Abdullah, N. A., Johns, E. J. Cisplatin-induced nephrotoxicity causes altered renal hemodynamics in Wistar Kyoto and spontaneously hypertensive rats: role of augmented renal alpha-adrenergic responsiveness. Exp Toxicol Pathol. 59, 253-260 (2007).
- Vaidya, V. S., Bonventre, J. V. Mechanistic biomarkers for cytotoxic acute kidney injury. Expert Opin Drug Metab Toxicol. 2 (5), 697-713 (2006).
- Lu, T. S., Chen, H. W., Huang, M. H., Wang, S. J., Yang, R. C. Heat shock treatment protects osmotic stress-induced dysfunction of the blood-brain barrier through preservation of tight junction proteins. Cell stress, & chaperones. 9 (4), 369-377 (2004).
- Kaya, M. . Hemodynamics – New Diagnostic and Therapeutic Approaches. , 1-30 (2012).
- Bjornerheim, R., Grogaard, H. K., Kjekshus, H., Attramadal, H., Smiseth, O. A. High frame rate Doppler echocardiography in the rat: an evaluation of the method. European journal of echocardiography : the journal of the Working Group on Echocardiography of the European Society of Cardiology. 2 (2), 78-87 (2001).
- Zhang, L., et al. A high-frequency, high frame rate duplex ultrasound linear array imaging system for small animal imaging. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency. 57, 1548-1557 (2010).
- Frea, S., et al. Echocardiographic evaluation of right ventricular stroke work index in advanced heart failure: a new index?. J Card Fail. 18 (12), 886-893 (2012).
- Marwick, T. H., Raman, S. V., Carrio, I., Bax, J. J. Recent developments in heart failure imaging. JACC Cardiovasc Imaging. 3 (4), 429-439 (2010).
- Pokreisz, P. Pressure overload-induced right ventricular dysfunction and remodelling in experimental pulmonary hypertension: the right heart revisited. Eur Heart J supplements. 9 (Supplement H), H75-H84 (2007).
- Senechal, M., et al. A simple Doppler echocardiography method to evaluate pulmonary capillary wedge pressure in patients with atrial fibrillation. Echocardiography. 25 (1), 57-63 (2008).
- Souders, C. A., Borg, T. K., Banerjee, I., Baudino, T. A. Pressure overload induces early morphological changes in the heart. Am J Pathol. 181 (4), 1226-1235 (2012).
- Tanaka, N., et al. Transthoracic echocardiography in models of cardiac disease in the mouse. Circulation. 94 (5), 1109-1117 (1996).
