【應用教學】Millar壓力導管特殊應用

眾所皆知，Millar壓力導管廣泛用於心血管壓力測量，但作為高精度的壓力感測器，Millar能做的不只是這些，以下介紹較鮮為人知的應用，希望能讓各位研究學者開拓新的研究思路。

 #1 腫瘤間質液壓力

體內的液體主要分布在三個腔體中分別為：血管內、間質和細胞內。

間質位於細胞之間，約占身體體積的六分之一，主要作用為血管系統和細胞之間的氧氣、營養物質和廢物交換。

水份和物質在這些腔體之間的運動也稱為跨微血管流動 (transcapillary flow)，是透過血管內流體和蛋白質以及周圍間質所施加的流體靜力(hydrostatic)和滲透壓(或壓力梯度)所調節。¹

間質液壓力 (IFP) 是通過基質細胞和細胞外基質分子的相互作用來調節的。然而，在腫瘤中，IFP 會顯著高於正常值，進而阻礙藥物有效遞送到腫瘤中。¹

了解 IFP 的增加如何影響藥物滲透到各種腫瘤中是癌症生物學的一個基本核心。

通過在體內監測腫瘤 IFP ，研究人員已經能夠觀察到腫瘤生長、IFP 增加和治療反應降低之間的關聯性。迄今為止小鼠還是做為癌症研究中最常用的動物模型，並發展出一系列完整的直接或間接測量腫瘤 IFP 的方法。其中直接方法會直接測量壓力的大小。間接方法則是透過計算推導出腫瘤壓力的數值。²

下面我們將討論癌症研究的 IFP 的直接測量。

如何測量腫瘤 IFP？

透過將測量探針直接插入腫瘤組織來測量腫瘤 IFP。兩種最常用的測量腫瘤壓力的方法是針芯法(wick-in-needle)和壓力導管法。

然而，壓力導管方法具有檢測間值液壓和固體壓力的能力，其中固體壓力是確定腫瘤準確 IFP 的一個重要因素。²

操作法如下，將校正過的壓力導管插入麻醉動物的腫瘤中。使用引導針先刺入感興趣的腫瘤或組織之中，再將針頭移出後馬上插入導管探針。

接著將導管連接到橋式放大器和PowerLab生理訊號紀錄系統以蒐集壓力訊號。然後可以在LabChart軟體中視覺化和分析壓力訊號。

Millar 導管提供了一種簡單、準確的方法來記錄各種動物模型中的腫瘤間質液壓力。Millar 的 SPR-1000、SPR-320 和 SPR-524 壓力導管均已用於提供高品質的腫瘤 IFP 測量（詳見以下文章）。

引用 Millar 技術進行 IFP 測量的文獻：

• A simple method for measuring interstitial fluid pressure in cancer tissues (2005) - SPR-320 catheter
• Enzymatic Targeting of the Stroma Ablates Physical Barriers to Treatment of Pancreatic Ductal Adenocarcinoma - SPR-1000  catheter
• Antifibrotic Therapy Disrupts Stromal Barriers and Modulates the Immune Landscape in Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (2019) - SPR-1000 catheter
• Interstitial Pressure in Pancreatic Ductal Adenocarcinoma Is Dominated by a Gel-Fluid Phase (2016) -  SPR-1000 or SPR-671 catheter

 #2 橫膈膜壓力

橫膈膜位於肺臟與心臟的正下方，在呼吸過程以及其他清除呼吸道所需的行為（如咳嗽、嘔吐和打噴嚏）中扮演重要的腳色。它透過肌肉收縮和放鬆產生不同程度的力來執行呼吸和非呼吸行為，而這些動作可以透過測量橫膈膜壓力來定義。³

因此當要了解各種損傷和疾病（例如神經肌肉疾病）如何影響橫膈肌產生力量的能力時，測量橫膈膜壓力就非常重要。

橫膈膜壓力已經可以在眾多物種之中測量研究，包括人類（臨床）、綿羊、狗、兔子、大鼠和小鼠。

傳統上在較大的動物中，會使用雙球囊導管系統(dual balloon catheter system)測量橫膈膜壓力，將球囊導管從鼻子插入到食道和胃中，分別測量食道壓力 (Peso) 和胃壓力 (Pgas) 。⁴ 然後再從這兩個壓力訊號之間的差值推導出橫膈膜壓力。

近年來，除了雙球囊導管系統，固態壓力導管也開始應用於測量和隔膜壓力，尤其是在研究小型動物模式（如小鼠）時，因為在這些動物中要從鼻子中插入氣球不是件容易的事情。³

如何測量橫膈膜壓力？

將兩個壓力導管（例如，3.5 F、SPR-524 Millar 導管）插入麻醉小鼠的食道，一個在食道中測量胸腔食道壓力 (Peso) 另一個插入胃中測量胃壓力 (Pgas)，。將來自導管的壓力訊號再透過橋式放大器放大、PowerLab生理訊號紀錄主機紀錄，並在LabChart中分析壓力訊號，可以根據 Pgas 和 Peso 之間的差值自動計算橫膈膜壓力。

此外，根據動物種類、大小和兩個壓力部位之間所需的間距，Millar還提供另外兩種大鼠雙壓力導管 2.5F、SPR-721 和 2.5F、SPR-940，只需要插入一根導管即可測量到橫膈膜壓力。

若想了解有關如何使用 Millar 壓力導管測量橫膈膜壓力的更多詳細訊息，請觀看以下文章。

 使用 Millar 技術SPR-524 導管用於橫膈膜壓力測量的研究： 

• Functional Measurement of Respiratory Muscle Motor Behaviors using Transdiaphragmatic Pressure (2017) 
• Novel method for transdiaphragmatic pressure measurements in mice (2013)
• Functional impact of diaphragm muscle sarcopenia in both male and female mice (2015) 
• Impact of Unilateral Denervation on Transdiaphragmatic Pressure (2016)

 #3 脊椎或椎間盤內壓力

脊椎，是人體的支柱——沒有它，連簡單的運動例如走路、彎腰或撿起物體都無法做到。脊椎的另一個重要功能是保護脊髓和相關的神經根，讓大腦和身體的其他部位能夠正常相互溝通。

測量椎間盤內應力或壓力可以提供有關作用在脊椎上的負載訊息。這在研究神經退化性疾​​病、脊椎側彎、椎間盤突出或脊髓損傷等疾病時更為重要，因為這些疾病會影響到各種壓力或負載在脊椎上的分佈情形。常常使用綿羊作為該領域的動物模式，因為它們的脊椎形狀與人類相似。

如何測量椎間盤內壓力？

在開放式椎間盤切除術⁵期間將壓力傳感器插入椎間盤的髓核，或使用帶有合適 Millar 壓力傳感器的保護性脊柱針來監測椎間盤內壓力。⁶

Millar Mikro 壓力導管 偵測壓力範圍從 -760 mmHg 到 4000 mmHg，因為主要應用是測量血壓，所以具有從 -50 mmHg 到 300 mmHg 的線性響應。然而，椎間盤內壓力通常在 1000 - 3000 mmHg 之間，遠高​​於一般的血壓範圍，因此必須在傳感器的線性範圍外進行壓力測量。

幸運的是，我們的PowerLab和LabChart生理訊號紀錄系統可以進行非線性測量。在LabChart中使用 Multi-Point Calibration Extension 可以在整個壓力範圍 (0 -4000 mmHg) 內進行多點校準。

另外要注意的是， 用於將壓力導管連接到PowerLab的 Millar 壓力訊號調節器，其最大壓力靈敏度為 ~ 500 mmHg。因此，為了要測量超出此範圍的壓力（例如椎間盤內壓力），必須要搭配橋式放大器使用。

有關測量動物椎間盤內壓力的更多訊息，請查看以下文章。

引用 Millar 技術測量椎間盤內壓力的研究：

• Effects of chondroitinase ABC on intradiscal pressure in sheep (2001) - SPR 407 catheter
• Effect of cervical spine fusion on adjacent-level intradiscal pressure and segmental motion (2002) - SPR 524 catheter

參考文獻

1. Heldin, C., Rubin, K., Pietras, K. et al. High interstitial fluid pressure — an obstacle in cancer therapy. Nat Rev Cancer 4, 806–813 (2004) doi:10.1038/nrc1456

2. Kim, H., Yu, A.R., Lee, J.J. et al. Measurement of Tumor Pressure and Strategies of Imaging Tumor Pressure for Radioimmunotherapy. Nucl Med Mol Imaging 53, 235–241 (2019). https://doi.org/10.1007/s13139-019-00598-7

3. Greising, S. M., Sieck, D. C., Sieck, et al. Novel method for transdiaphragmatic pressure measurements in mice. Respiratory physiology & neurobiology, 188(1), 56–59 (2013). https://doi.org/10.1016/j.resp.2013.04.018

4. ATS/ERS Statement on respiratory muscle testing. Am J Respir Crit Care Med. 2002;166:518–624.

5. Takahashi, K., Shima, I., Porter, R.W. Nerve root pressure in lumbar disc herniation. Spine 24, 2003-2006 (1999). doi: 10.1097/00007632-199910010-00007

6. Sasaki, M., Takahashi, T., Miyahara, K., Hirose, T. Effects of chondroitinase ABC on intradiscal pressure in sheep. Spine 26, 463-468 (2001).