Возможности эндоскопической лазерной биоспектрофотометрии при заболеваниях пищеварительного тракта

ВОЗМОЖНОСТИ ЭНДОСКОПИЧЕСКОЙ ЛАЗЕРНОЙ БИОСПЕКТРОФОТОМЕТРИИ ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОГО ТРАКТА

Е.В. Великанов1, С.Г Терещенко1,Л.ГЛапаева1, Л.Е. Гаганов1, А.А. Титаева1, И.Е. Свинцов2

1 Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского, Москва, Россия

2 Луховицкая центральная районная больница, Московская область, Россия

POSSIBILITIES OF AN ENDOSCOPIC LASER BIOSPECTROFOTOMETRY IN DISEASES OF DIGESTION SYSTEM

E.V. Velikanov1, S.G. Tereschenko1, L.G. Lapaeva1, L.E. Gaganov1, I.E. Svinzov2

1 Moscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI) named after M.F. Vladimirsky, Moscow, Russia

2 Central Regional Hospital, Lukhovitsy, Russia

РЕЗЮМЕ Исследованы возможности использования эндоскопической лазерной биоспектрофотометрии

для изучения флуоресценции эндогенных порфиринов при доброкачественных и некоторых злокачественных заболеваниях пищеварительного тракта. Оценена эффективность флюоресцентной диагностики при различных поражениях желудка и толстой кишки. Разработаны критерии оценки коэффициентов флюоресцентной контрастности, полученных в зоне поражения и в интактной слизистой. Определена корреляция изменений коэффициентов флюоресцентной контрастности и морфологических изменений патологического очага, зарегистрированных при динамическом наблюдении.

Ключевые слова: лазерная биоспектрофотометрия, предраковые заболевания пищеварительного тракта, неспеци-

фический язвенный колит, эндогенные порфирины, коэффициент флуоресцентной контрастности, спектроанализатор ЛЭСА-01.

ABSTRACT Possibilities of use of an endoscopic laser biospectrofotometry for studying fluorescence of endo-

genous porphyrins are investigated at benigh and some malignant diseases of a digestive path. The effectiveness of fluorescent diagnostics is estimated at various defeats of a stomach and a ^lon. Criteria of an assessment of factors of the fluorescent contrast are developed which were received in a zone of defeat and in the intact mucous. Correlation of changes of factors of fluorescent contrast and the morphological changes of the pathological center registered at dynamic supervision is defined.

Keywords: laser biospectrofotometry, precancer diseases of digestion system, nonspecific ulcer colitis, endo-

genous porphyrins, factor of the fluorescent contrast, spectroanalysator LASA-01.

ВОК — волоконно-оптический кабель СОЖ — слизистая оболочка желудка

ЛИ — лазерное излучение СОЖКТ — слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта

НЯК — неспецифический язвенный колит

Своевременная и эффективная диагностика неопластических заболеваний слизистой оболочки пищеварительного тракта относится к актуальной проблеме клинической медицины [1-3].

В настоящее время принято различать предраковые (или фоновые) заболевания и предраковые изменения слизистой оболочки желудка (СОЖ). Предраковые заболевания представляют собой патологические состояния, которые при соответствующих условиях могут привести к развитию рака (например, хронические гастриты, язвы, полипы желудка, оперированный желудок, неспецифический язвенный колит — НЯК), т.е. ассоциируются с повышенным риском развития неоплазии [4]. Предраковые изменения — это морфологически доказанные изменения слизистой оболоч-

ки, достоверно свидетельствующие о развитии процесса в сторону злокачественного роста. Основные предраковые изменения слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта (СОЖКТ) становятся этапами «каскада Correa»: атрофия, кишечная метаплазия и дисплазия эпителия [5].

Раннее выявление предраковых изменений может реально способствовать предотвращению развития онкопроцесса или его диагностике на курабельных стадиях развития.

При эрозиях, длительно незаживающих язвах, полиповидных образованиях пищеварительного тракта, рубцовых изменениях, НЯК, несмотря на кажущую -ся простоту их визуальной диагностики, встречаются ошибки, обусловленные сложностью оценки состо-

яния тканей в зоне этих патологических процессов. Клинические методы диагностики — гистологический и цитологический позволяют решить проблему с достаточной степенью точности лишь в случае выраженной визуализации процесса. Их возможности ограничены ложнопозитивными (от 4 до 33%) и ложнонегативными результатами (от 5 до 62%). Кроме того, информативность биопсийного материала зависит от качества его забора врачом-эндоскопистом [6].

Поиск новых способов выявления предраковых изменений СОЖКТ обусловлен желанием улучшить диагностические возможности при оценке различной патологии пищеварительного тракта. Диагностика и мониторинг патофизиологических изменений эпителия пищевода, желудка, толстой кишки могут быть осуществлены с помощью использования технологий, позволяющих, минимально травмируя объект исследования, получать о нем необходимую и достоверную информацию. Одним из направлений поиска становится биоспектрофотометрическая диагностика, в частности, оценка эндогенной флюоресценции биоткани [7-11], которая основана на регистрации и анализе спектральных характеристик патологических и интак-тных (здоровых) зон. Оптимальной для такой диагностики считается длина волны 600-1200 нм, которую дает лазерное излучение в красной области спектра (630-750 нм) [1, 3, 9, 10]. На этих длинах волн флюоресцируют эндогенные порфирины, которые накапливаются в опухоли в концентрации, в 3-5 раз превышающей таковую в нормальных тканях [3]. Порфирины обладают способностью к флюоресценции под воздействием лазерного излучения (ЛИ) — так называемая аутофлюоресценция. При этом для пораженных участков характерно наличие двух пиков флюоресценции — в диапазонах волн 630 и 690 нм. Порфирины могут накапливаться не только в злокачественных опухолях, но и в некротических, лимфоидных и других измененных, а также в пролиферирующих тканях, т.е. во всех растущих популяциях клеток, но при этом селективность поглощения порфиринов в этих случаях ниже, чем для раковых клеток [2, 9, 12, 13].

Цель данного исследования — изучить возможности биоспектрофотометрии в оценке флюоресценции эндогенных порфиринов при заболеваниях пищеварительного тракта.

Лазерное биоспектрофотометрическое исследование слизистой оболочки выполнено у 490 больных. Различные заболевания желудка были у 423 пациентов, НЯК — у 67.

Исследована эндогенная флюоресценция слизистой оболочки, при этом обнаружены 576 различных патологических процессов желудка (множественные эрозии — 27, хроническая язва — 187, термическая язва после полипэктомии — 23, гиперпластические полипы — 132, аденомы — 49, фовеолярные гиперплазии — 28, гетеротопии поджелудочной железы — 12, хронический гастрит — 48), оперированного желудка (эрозии — 5, язва гастроэнтероанастомоза — 43, пос-леязвеннный рубец — 22) и толстой кишки (язвенное поражение при НЯК — 67). Кроме того, в 20 случаях изучена неизмененная слизистая оболочка желудка и в 23 — неизмененная слизистая толстой кишки.

Все патологические изменения на основании проведенного комплексного обследования изначально рассматривались как доброкачественные процессы.

Мужчин было 244, женщин — 246. Возраст больных колебался от 14 до 86 лет. Длительность анамнеза заболевания варьировала от 1 года до 15 лет.

Для исследования применяли лазерный эндоскопический спектроанализатор ЛЭСА-01. Он представляет собой компактную лазерную диагностическую медицинскую систему, которая позволяет регистрировать спектр диффузного отражения и вынужденной флюоресценции тканей в оптическом диапазоне длин волн от 500 до 690 нм с минимальным интервалом времени, равным 0,5 с.

Для определения критериев патологических изменений необходимо проведение калибровки прибора по интенсивности флюоресценции, поскольку величина амплитуды именно флюоресцентной составляющей определяет наличие или отсутствие патологии. С этой целью использовали устройство для амплитудной калибровки [14]. После калибровки системы проводили эзофагогастроскопию или колоноскопию по стандартной методике. После нахождения патологического процесса волоконно-оптический кабель (ВОК) спектроанализатора располагали в биопсийном канале эндоскопа и под визуальным контролем подводили к слизистой оболочке исследуемой патологической поверхности до легкого контакта с ней. Исследование эндогенной флюоресценции осуществляли лазерным светом при выключенном эндоскопическом источнике света (галогеновая лампа осветителя), чтобы избежать его влияния на флюоресценцию. Затем вновь включали эндоскопический источник света и под визуальным контролем подводили ВОК к следующей исследуемой точке. Измерения проводили в центре патологического процесса и в области его края, особенно в зоне изменений его слизистой оболочки (гиперемия, эрозия, изъязвление и т.д.), а также в интактной слизистой оболочке на расстоянии 1-5 см.

В ходе проведения исследования на экране дисплея в режиме реального времени отображался график интенсивности флюоресценции (длина волн от 600 до 900 нм).

Для количественной оценки эндогенной флюоресценции использовался коэффициент флюоресцентной контрастности — К) [8], который определяли по формуле:

где: /ф — интенсивность в максимуме спектра флюоресценции, /л — интенсивность в максимуме отраженного ЛИ, определенные непосредственно по экрану монитора компьютера.

Эффективность флюоресцентной диагностики определяли на основании сравнения данных биоспе-крофотометрии с результатами плановых гистологических исследований биопсийного и операционного материалов.

При сопоставлении результатов гистологического исследования и соответствующих им коэффициентов флюоресцентной контрастности были рассчитаны средние коэффициенты флюоресцентной контрастности для различных патологических процессов, представленные (таблица).

В процессе проведенных клинических исследований были рассчитаны величины К). Для визуально неизмененной СОЖ он составил 0,25±0,07, для толстой кишки — 0,24±0,05, при гастрите — 0,26±0,08.

Эти данные позволили выделить контрольную группу, разработать методологические подходы для выполнения исследований при патологических образованиях, определить оптимальную последовательность процедуры, а также провести расчет параметров, имеющих значение для количественной характеристики состояния слизистой оболочки при различной патологии.

Та блица

Средние значения коэффициентов флюоресцентной контрастности исследуемых патологических процессов

слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта

Патологический процесс Число наблюдений Коэффициент флюоресцентной контрастности Коэффициент интактной слизистой оболочки

Заболевания желудка

Гастрит 48 0,26±0,08 0,23±0,05

Фовеолярная гиперплазия 28 0,27±0,04

Хронические эрозии 32 0,48±0,08

Послеязвенный рубец 22 0,26±0,06

Эктопия поджелудочной железы 12 0,25±0,04

Язва желудка 187 0,50±0,09

Язва оперированного желудка 43 0,52±0,09

Термическая язва после полипэктомии 23 0,52±0,06

Полип желудка

гиперпластический 132 0,24±0,05 0,37±0,04

аденома 49 0,44±0,06 0,28±0,05

Неизмененная слизистая желудка 20 0,25±0,07

Заболевания толстой кишки

Язвенный колит

Стадия обострения 35 0,54±0,07 0,32±0,05

Стадия ремиссии 32 0,36±0,05 0,31±0,04

Неизмененная слизистая толстой кишки 23 0,24±0,05

Анализ биоспектрограмм слизистой оболочки при заболеваниях желудка (фовеолярных гиперплазиях, хронических эрозиях, послеязвенных рубцах) и 12 эктопий поджелудочной железы показал, что спектры аутофлуоресценции по своим характеристикам не отличаются от спектров друг друга и контрольной группы. Средние значения коэффициента флюоресцентной контрастности в точках, находящихся в области поражения, составили 0,27±0,04 и достоверно не отличались от показателей в интактной слизистой (0,23±0,05) и слизистой оболочке контрольной группы.

Анализ биоспектрограмм язвенного процесса любой локализации показал, что спектры аутофлюоресценции слизистой оболочки в язве по своим характеристикам значительно превышают спектры в контрольной группе. К)язвенного поражения составил в желудке 0,5±0,09, в области анастомоза — 0,52±0,09, в области термического дефекта после полипэктомии — 0,52±0,06, в толстой кишке — 0,54±0,07 и статистически достоверно (р<0,05) отличался от контрольной группы. Динамические наблюдения в процессе лечения показали обратное развитие язвенного процесса, что выражалось в динамике стабилизации К).

При эндоскопической биоспектрофотометрии слизистой оболочки гиперпластических полипов желудка установлено, что спектры аутофлюоресценции в этих

случаях не отличались от спектров в контрольной группе, но имели различие со спектрами в интактной слизистой оболочке. В среднем К)слизистой оболочки гиперпластического полипа составил 0,24±0,05 и был достоверно (р<0,05) ниже аналогичного в интактной слизистой — 0,37± 0,04.

При эндоскопической биоспектрофотометрии слизистой оболочки аденом желудка выявлено, что спектры аутофлюоресценции отличались от спектров контрольной группы и имели различие со спектрами в интактной слизистой оболочке. В среднем К) слизистой аденом составил 0,44±0,06 и был статистически достоверно (р<0,05) выше аналогичного в интактной слизистой — 0,28±0,05.

Обнаруженные изменения показателя флуоресцентной контрастности соответствуют литературным данным о различии морфологических изменений в СОЖ при различных полипах [15-20].

Результаты исследования 390 патологических процессов показали, что К)варьировал в пределах от 0,15 до 1,1. Анализ этих данных позволил отметить, что при значениях К)=0,6 и более нарастает вероятность обнаружения злокачественного процесса.

Были выделены две группы пациентов: с К) меньше 0,6 (1-я ) и с К), равным и более 0,6 (2-я группа).

В 345 случаях (88%) значение К) не превышало 0,6. У этих пациентов были получены однородные спектры аутофлюоресценции, одинаковые по интенсивности, не зависящие от локализации патологических образований. Среднее значение К) составило 0,48±0,09. При дальнейшем динамическом наблюдении в 9 случаях (2,3%) в данной группе был выявлен злокачественный характер роста. Этот результат был расценен как ложноотрицательный.

Значение К) было равно или превышало 0,6 в оценке 46 наблюдений (12%). В этой группе были получены спектры аутофлюоресценции, значительно отличающиеся от таковых в 1-й группе. Обнаружены также существенные различия между интенсивностью аутофлюоресценции в интактной слизистой оболочке и в патологическом очаге. Значение К) у больных данной группы в среднем составило 0,79±0,1 с колебаниями от 0,6 до 1,1, что статистически достоверно выше (р<0,001) значений в интактной слизистой. В 37 наблюдениях (9,4%) при гистологическом исследовании обнаружен злокачественный характер образования, в том числе в 32 случаях выявлена аденокарцинома.

Комплексное динамическое обследование 9 пациентов, у которых значение К) превышало 0,6, не выявило злокачественного роста. Гистологически была обнаружена дисплазия эпителия разной степени. Увеличение интенсивности флюоресценции эндогенных порфиринов при тяжелой дисплазии обусловлено изменением метаболизма атипичных клеток и значительным накоплением эндогенных порфиринов при поражении всего эпителиального пласта. Эти наблюдения представляют значительный интерес, так как дисплазия, в особенности тяжелая, служит не только маркером риска развития карциномы, но и этапом морфогенеза рака [5, 13]. Поэтому пациенты нуждаются в комплексном динамическом наблюдении.

Следует отметить, что в данное исследование были включены больные с длительно протекающими патологическими процессами в желудке и толстой кишке, с чем, по нашему мнению, связана высокая специфичность метода.

Таким образом, оценка эндогенной флюоресценции позволяет анализировать тонкие биоспектрофо-тометрические эффекты и может быть использована в эндоскопическом диагностическом исследовании, особенно для решения вопроса о необходимости и выборе места прицельной биопсии в случае сомнительной визуальной и морфологической картины. Относительная дешевизна и малая инвазивность, отсутствие побочных эффектов и необходимости предварительной подготовки делают эндоскопичес-

кую биоспектрофотометрию методом выбора при динамическом наблюдении больных с хроническими заболеваниями желудка и кишечника.

Использование флюоресцентного метода в эндоскопии наряду с высокоспециализированной морфологической диагностикой позволяет значительно увеличить выявляемость злокачественных новообразований на ранних стадиях, тем самым своевременно определить показания к радикальному оперативному вмешательству.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сотников В.Н., Дубинская Т.К., Никишина Е.И. Полипы и доброкачественные подслизистые опухоли пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки // Современные принципы эндоскопической диагностики и лечения новообразований желудочно-кишечного тракта. - М., 1999. - С. 7-8.

2. Черноусов А.Ф., Поликарпов С.А., Годжелло Э.А. Ранний рак и предопухолевые заболевания желудка. - М.: ИздАТ, 2002. - 256 с.

3. Онкология. Клинические рекомендации / под ред. В.И. Чиссова, С. Л. Дарьяловой. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006. - 701 с.

4. Пасечников В.Д., Чуков С.З. Эпидемиология рака желудка //Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии и колопроктоло-гии. - 2002. - № 3. - С. 18-26.

5. Correa P. Human gastric carcinogenesis: A multistep and multifactorial process-First American Cancer Society Award Lecture on Cancer Epidemiology and Prevention // Cancer Res. - 1992. - Vol. 52, N 24. -P. 6735-6740.

6. Faigel D.O., Eisen G.M., Baron T.H. et al. Tissue sampling and analysis // Gastrointest. Endosc. - 2003. - Vol. 57, N 7. - P. 811-816.

7. Кузин Н.М., Харнас С.С., Мерзляков А.Е. Флюоресцентная эндоскопия в диагностике рака желудка // Хирургия. - 1997. - № 6. - С. 7071.

8. Рогаткин Д. А., Моисеева Л. Г., Барыбин В. Ф., Черный В.В. Современные методы лазерной клинической биоспектрофотометрии. Часть 1. Введение в биоспектрофотометрию. Используемые методики и аппаратное оснащение. - М.: Изд-во ВИНИТИ, 1997. - 55 с.

9. Laxen F. Gastric polyps and gastric carcinoma // Ann. Clin. Res. - 1981. -Vol. 13, N 3. -P. 154-155.

10. Cothren R.M., Richards-Kortum R., Sivak M.V. et al. Gastrointestinal tissue diagnosis by laser-induced fluorescence spectroscopy at endoscopy // Gastrointest Endosc. - 1990. - Vol. 36, N 2. - P. 105-111.

11. Beck T., Stepp H., Wittig R. et al. A fluorescence diagnostic system detecting cancer-specific enzymatic activities: preliminary results // Proceedings of the SPIE. - 2009. - Vol. 7169. - 71691G-7176.

12. Золотаревский Б.Б., Склянская О.А. Сравнительная оценка дисплазии и раннего рака желудка по данным определения содержания ДНК // Архив патологии. - 1984. - № 5. - С. 59-66.

13. Рогаткин Д.А., Приснякова О.А., Моисеева Л.Г., Черкасов А.С. Оценка точности лазерной клинической флюоресцентной диагностики // Измерительная техника. - 1998. - № 7. - С. 58-61.

14. Лапаева Л.Г. Закономерности взаимодействия лазерного излучения с биологической тканью, создание на их основе специализированного биофотометра: автореф. дис. ... канд. мед.наук. - М., 1999. - 24 с.

15. Коваленко В.Л., Куренков Е.Л., Кокшаров В.Н. Морфологическая характеристика гиперпластических и аденоматозных полипов желудка // Архив патологии. - 1998. - № 2. - С. 18-23.

16. Куренков Е.Л. Морфогенез и прогрессирование приобретенных эпителиальных полипов // Актуальные проблемы внутренней патологии: материалы науч.-практ. конф., посвящ. 80-летию со дня рождения и 60-летию трудовой, творческой, научной и педагогической деятельности проф. П.Д. Синицына. - Челябинск, 2001. - С. 120-121.

17. Минушкин О.Н., Бурков С.Г., Бурдина Е.Г., Сербин А.М. Некоторые аспекты взаимосвязи геликобактерной инфекции, полипоза желудка и рака желудка // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии и колопроктологии. -2001. - № 3. - С. 7-11.

18. Минушкин О.Н, Арутюнов А.Г., Бурков С.Г. О взаимосвязи гипер-пластических процессов в слизистой оболочке желудка и хелико-бактерной инфекции // Терапевтический архив. - 2002. - № 1. -С. 37-40.

19. Самсонов В.А. Опухоли и опухолеподобные образования желудка. - М.: Медицина, 1989. - 240 с.

20. Серов В.В., Аруин Л.И. Дисплазия и ранний рак желудка // Архив патологии. - 1985. - № 11. - С. 6-13.

21. Поддубный Б.К., Нечипай А.М., Роттенберг В.И. Эпителиальная дисплазия и рак желудка // Советская медицина. - 1989. - № 3. -С. 34-38.

22. Плохинский Н.А. Алгоритмы биометрии / под ред. Б.В. Гнеденко. - 2-е изд. - М.: Изд-во Моск. гос. ун-та, 1980. - 150 с.

Поступила 07.08.2012

Контактная информация:

Великанов Евгений Викторович,

к.м.н., ведущий научный сотрудник эндоскопического отделения ГУ МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского e-mail: evg-velikanov@yandex.ru