Bladder urine oxygen tension for assessing renal medullary oxygenation in rabbits: experimental and modeling studies

膀胱尿液氧分壓用于評估兔腎髓質(zhì)氧合：實驗和建模研究

來源：Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，Volume 311，R532–R544, 2016

《美國生理學(xué)雜志 - 調(diào)節(jié)、整合與比較生理學(xué)》，第311卷，第R532–R544頁，2016年

 

摘要

論文摘要指出膀胱尿液氧分壓（PO2）可能用于監(jiān)測急性腎損傷風(fēng)險，前提是它與腎髓質(zhì)PO2相關(guān)。因此，研究在麻醉兔中檢驗了這種關(guān)系，并描述了氧在輸尿管和膀胱壁的擴散特性。隨后開發(fā)了一個計算模型，用于從膀胱尿液PO2預(yù)測髓質(zhì)PO2。實驗結(jié)果顯示，膀胱尿液PO2的變化與髓質(zhì)PO2變化強相關(guān)（within-rabbit r2=0.87-0.90），但受尿液流速影響。氧在輸尿管壁的擴散會削弱信號，尤其在低流速時，而膀胱壁的氧擴散很慢，不是主要混雜因素。模型預(yù)測表明，在生理尿液流速范圍內(nèi)（0.1-0.5 ml/min），膀胱尿液PO2的變化能解釋髓質(zhì)PO2變化的10-50%，因此膀胱尿液PO2有潛力作為急性腎損傷的實時生物標(biāo)志物。

 

研究目的

研究目的是評估膀胱尿液氧分壓是否能可靠反映腎髓質(zhì)氧合狀態(tài)，并探討氧在尿路擴散的混雜因素，開發(fā)一個計算模型來從膀胱尿液PO2推斷髓質(zhì)PO2，從而為急性腎損傷風(fēng)險監(jiān)測提供一種無創(chuàng)方法。

 

研究思路

研究思路結(jié)合了實驗和建模方法。實驗部分分為四個協(xié)議：Protocol 1 通過系統(tǒng)性干預(yù)（高氧、缺氧、血管加壓素V1受體激動劑和一氧化氮合酶抑制劑）同時測量腎髓質(zhì)、皮質(zhì)和膀胱尿液PO2，以評估它們之間的關(guān)系；Protocol 2 通過向近端輸尿管灌注不同PO2的鹽水并測量膀胱PO2，研究氧在輸尿管壁的擴散；Protocol 3 測量尿液在輸尿管的傳輸時間，為模型提供流體動力學(xué)參數(shù)；Protocol 4 評估氧在膀胱壁的擴散速率。建模部分基于實驗數(shù)據(jù)開發(fā)了一個輸尿管氧運輸模型，用于模擬氧擴散和預(yù)測髓質(zhì)PO2。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 測量了腎髓質(zhì)組織PO2、皮質(zhì)組織PO2和膀胱尿液PO2，使用熒光探針和Clark電極（如丹麥Unisense電極）。這些數(shù)據(jù)來自Fig.3和Table 2。研究意義是直接量化髓質(zhì)和尿液氧合的相關(guān)性，驗證膀胱尿液PO2作為髓質(zhì)氧合指標(biāo)的有效性，并為模型提供基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

 

 

2 測量了不同灌注PO2和流速下膀胱尿液PO2的變化，來自Fig.6。研究意義是評估氧在輸尿管壁的擴散影響，確認(rèn)在較高尿液流速下（如0.5 ml/min）信號保留較好，而在低流速時信號衰減。

 

3 測量了尿液在輸尿管的傳輸時間與流速的關(guān)系，來自Fig.7。研究意義是確定尿液流速對傳輸時間的影響（傳輸時間∝流速^{-3/4}），為模型提供關(guān)鍵參數(shù)。

 

4 測量了氧在膀胱壁的擴散動力學(xué)，通過向膀胱注入氧平衡鹽水并監(jiān)測PO2變化，來自Fig.8。研究意義是證明膀胱擴散緩慢（時間尺度為40-110分鐘），不是實時測量的主要混雜因素。

 

5 測量了系統(tǒng)性參數(shù)如動脈PO2、血壓、心率等，來自方法部分和Table 2。研究意義是控制整體氧合狀態(tài)，確保實驗條件的穩(wěn)定性。

 

結(jié)論

結(jié)論是膀胱尿液PO2的變化能有效反映腎髓質(zhì)PO2變化，尤其在尿液流速較高時（如利尿條件下）。氧在輸尿管壁的擴散是主要混雜因素，但可通過計算模型校正。因此，膀胱尿液PO2有潛力作為急性腎損傷風(fēng)險的實時生物標(biāo)志物，結(jié)合尿液流速和動脈PO2測量可提高預(yù)測準(zhǔn)確性。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極（Clark型氧電極，50微米尖端）測量了腎皮質(zhì)組織PO2，這種電極具有高空間分辨率，能直接、精確地測量局部組織氧分壓。在研究中的意義是提供了皮質(zhì)氧合的可靠數(shù)據(jù)，用于與髓質(zhì)PO2和尿液PO2比較。例如，在Fig.3和Table 2中，皮質(zhì)PO2在系統(tǒng)性高氧和缺氧時變化顯著（如高氧時增加62%），但藥物干預(yù)如血管加壓素類似物主要降低髓質(zhì)PO2而非皮質(zhì)PO2，這突出了髓質(zhì)氧合的特異性變化。這些數(shù)據(jù)幫助區(qū)分了皮質(zhì)和髓質(zhì)氧合機制，強化了膀胱尿液PO2更直接反映髓質(zhì)狀態(tài)的論點，因為尿液源自髓質(zhì)區(qū)域。此外，Unisense電極的校準(zhǔn)和使用確保了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，為模型驗證提供了關(guān)鍵輸入。