СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИСЦЕРАЛЬНОГО ОЖИРЕНИЯ ПО ДАННЫМ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ СЕРДЦА
METHOD FOR VISCERAL OBESITY DETERMINATION BASED ON MAGNETIC RESONANCE TOMOGRAPHY OF HEART

Изобретение относится к области медицины, в частности к лучевой диагностике, и может быть использовано для верификации висцерального ожирения на основании количественной оценки перикоронарной жировой ткани.
В настоящее время концепция факторов риска как возможных причин развития и прогрессирования сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) является основополагающим аспектом лечебно-профилактической медицины. Выделяют две основные группы факторов риска - это немодифицируемые факторы (пол, возраст и генетическая предрасположенность к ССЗ) и группа модифицируемых факторов риска, таких как артериальная гипертензия, курение, дислипидемия, ожирение, сахарный диабет (СД), низкая физическая активность, злоупотребление алкоголем, низкий социальный и образовательный статус и многие другие [1].
Ожирение рассматривается как неинфекционная эпидемия, что обусловлено его высокой распространенностью. По данным ВОЗ ожирение в большинстве стран Европы имеют более 20% населения, а в США - 25%. В России среди лиц старше 30 лет 60% женщин и 50% мужчин имеют избыточную массу тела [2]. Ожирение среди мужчин отмечается у 18,6% и у 32,9% женщин [3].
По данным многих исследований установлена связь между абдоминальным типом ожирения и развитием таких заболеваний, как сахарный диабет 2-го типа, артериальная гипертензия, инфаркт миокарда и ишемический инсульт [4].
Абдоминальная жировая ткань представлена двумя компонентами: подкожной (ПЖТ) и висцеральной (ВЖТ). По результатам проведенных исследований доказано непосредственное влияние именно ВЖТ на развитие метаболического синдрома, СД, атеросклероза и других патологических состояний, ассоциированных с ожирением [5]
В настоящее время висцеральное жировое депо рассматривают с позиции органа с самостоятельной эндокринной функцией, вырабатывающего множество высокоактивных веществ, к которым относятся свободные жирные кислоты, адипокины, лептин, интерлейкин-6, фактор некроза опухоли-α и другие [6]. Кроме того, именно в ВЖТ отмечаются преобладание противовоспалительных цитокинов и более выраженная активность адипоцитов [7].
4,
5
2
Появление метода томографического сканирования тела с возможностью четкой дифференцировки тканей организма на основе различных значений рентгеновской плотности дало толчок к использованию КТ в качестве метода верификации висцерального ожирения при выборе плотностного окна от -190HU до -70HU [8]. В числе первых исследователей нового направления был L. Sjostrom [9], который предложил к использованию методику количественной оценки площади ВЖТ на уровне L L позвонков. Результаты дальнейших исследований взаимосвязи площади ВЖТ, антропометрических показателей ожирения и сердечно-сосудистого риска позволили определить морфометрические КТ-критерии абдоминального висцерального ожирения. С учетом корреляции площади ВЖТ с антропометрическими показателями избыточной массы тела, критерием висцерального ожирения, по данным ряда авторов, является площадь ВЖТ более 130 см [10].
Возможности КТ в дифференцированном подходе к достоверной оценке площади ПЖТ и ВЖТ привели к появлению индексированного показателя ВЖТ/ПЖТ, характеризующего степень преобладания в теле висцерального жира. Значения показателя ВЖТ/ПЖТ более 0,4 свидетельствуют о наличие висцерального ожирения [11].
Возможности КТ фактически возвели данный метод в ранг «золотого стандарта» количественной оценки абдоминальной жировой ткани и позволяют использовать его в исследованиях, направленных на изучение роли висцерального ожирения [12]. Однако, существенным ограничением широкого использования КТ в качестве метода скрининг-диагностики висцерального ожирения является лучевая нагрузка до 2 миллизивертов, которую получает пациент при использовании данной методики.
Взаимосвязь абдоминального висцерального жира с выраженностью других эктопических депо висцеральной жировой ткани позволяет рассматривать новые подходы к верификации висцерального ожирения. В исследовании, проведенном Nang Ei. Ei. Khaing et al [13], в котором приняло участие 487 пациентов была получена достоверная связь объема эпикардиальной жировой ткани с площадью висцеральной жировой ткани (r=0,72, р<0,0001). Кроме того, в рамкам Framingham Heart Study были получены корреляции между площадью висцеральной жировой ткани и основными эктопическими жировыми депо [14].
Скопление жировой ткани по ходу коронарных артерий - перикоронарное жировое депо - представляет собой один из компонентов общей массы висцерального жира в теле человека. Однако использование оценки перикоронарного жирового депо в верификации висцерального ожирения требует наличия достоверных методик его количественного анализа.
Количественная оценка эктопических жировых депо является актуальной темой исследования многих ученых. На основе проведенных исследований доказана высокая прогностическая значимость количественной оценки жировых депо эпикардиальной и перикоронарной локализации в стратификации риска пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Для оценки вышеуказанных жировых депо в лучевой диагностике применяют ультразвуковые методы диагностики, мультиспиральная компьютерная томография и магнитно-резонансная томография.
Известен способ количественной оценки эпикардиальной жировой ткани путем измерения ее толщины с использованием трансторакальной двухмерной эхокардиографии. Методика представляет собой измерение толщины эпикардиальной жировой ткани, как пространства между эпикардиальной поверхностью миокарда свободной стенки правого желудочка и висцеральным листком перикарда. Измерение проводится в конце систолы в течение трех сердечных циклов с последующим расчетом среднего значения толщины [15]. Эта методика описана и активно применяется в практике и научных исследованиях.
Недостатками данного метода является операторозависимость и затруднение визуализации за счет наличия акустического окна. Кроме того, данная методика не позволяет достоверно произвести количественную оценку толщины эпикардиальной жировой ткани по задней стенке левого желудочка и перикоронарного жирового депо, имеющих несомненное влияние на развитие атеросклеротического поражения коронарных артерий.
Методом, зарекомендовавшим себя в качестве «золотого стандарта» оценки как эпикардиального, так и перикоронарного жировых депо, является мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ). Суть метода заключается в проведении МСКТ-коронарографии с введением йодсодержащего контрастного препарата и последующей постпроцессинговой обработкой полученных изображений с целью расчета объема перикоронарной жировой ткани [16]. Однако лучевая нагрузка и применения йодсодержащего контрастного препарата существенно ограничивают широкое использование данной методики в качестве скрининг-диагностики висцерального ожирения в целом, и эпикардиального, перикоронарного жировой депо в частности.
Наиболее близким к заявленному способу является метод измерения объема эпикардиальной жировой ткани с использованием магнитно-резонансной томографии (МРТ). Метод представляет собой неинвазивную методику, основанную на проведении бесконтрастной МРТ сердца с получением изображений сердца, ориентированных по короткой и длинной осям в стандартных импульсных последовательностях. В дальнейшем проводится обработка полученных изображений, на срезах, ориентированных по короткой оси левого желудочка в конце диастолы выделяется эпикардиальная жировая ткань, как пространство между эпикардиальной поверхностью миокарда и висцеральным листком перикарда, методом суммации полученной площади на всех срезах рассчитывается объем эпикардиальной жировой ткани [8]. Однако данный метод не рассматривает возможность оценить именно перикоронарное жировое депо.
Задачами предложенного изобретения являются:
1. Разработка доступного, эффективного и воспроизводимого способа количественной оценки площади перикоронарной жировой ткани на основании данных, получаемых при рутинном бесконтрастном МРТ исследовании сердца.
2. Использование метода оценки площади перикоронарной жировой ткани для определения висцерального ожирения.
Техническим результатом предложенного изобретения является достоверное определение висцерального ожирения при отсутствии лучевой нагрузки на пациента за счет оценки площади перикоронарной жировой ткани на уровне средней трети передней нисходящей и средней трети правой коронарной артерий, полученных в результате бесконтрастной МРТ сердца, синхронизированной с ЭКГ и использованием стандартных быстрых Т1-взвешенных импульсных последовательностей.
Предлагаемый способ определения висцерального ожирения с использованием количественной оценки площади перикоронарной жировой ткани основан на результатах исследования, выполненного на базе ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний». В исследование вошли 128 пациентов, проходивших лечение и обследование на базе НИИ КПССЗ.
Критериями исключения для пациентов из иследования являлись: наличие клаустрофобии, установленный электрокардиостимулятор, или другие металлические предметы в теле пациента.
Всем пациентам выполняли магнитно-резонансную томографию сердца без контрастирования на MP-томографе Exelart Atlas 1.5 (Toshiba, Япония) с напряженностью магнитного поля 1,5 Тесла. В рамках нативного исследования были использованы стандартные быстрые Т1 - взвешенные импульсные последовательности. Параметры сканирования: время эхо (ТЕ) - 24 мс, время повтора (TR) - 1000 мс, угол наклона - 90°, матрица - 256×256, толщина среза - 7 мм. Полученные в результате исследования изображения обрабатывали на мультимодальной рабочей станции с использованием стандартных пакетов программного обеспечения для морфометрического анализа.
Для осуществления предложенного способа пациента располагали на столе MP-томографа в положении на спине, головой в сторону апертуры магнита. На переднюю поверхность грудной клетки пациента накладывали ЭКГ-электроды, для синхронизации с сердечным ритмом. Далее на грудную клетку пациента помещали радиочастотную катушку для исследования сердца. Путем движения стола, пациента перемещали в апертуру томографа. Полученные изображения анатомических срезов в "четырехкамерной" позиции и по короткой оси левого желудочка использовали для количественной оценки перикоронарного жирового депо. Для этого, на полученном поперечном изображении сердца позиционировали кососагиттальный срез с ориентацией вдоль длинной оси левого желудочка через верхушку и середину митрального клапана. Полученное «двухкамерное» изображение сердца использовали для позиционирования, так называемого «ориентировочного четырехкамерного» изображения косопоперечного среза через все камеры сердца, митральный и трикуспидальный клапаны. На основании "ориентировочного четырехкамерного" изображения формировали изображение левого желудочка по короткой оси в плоскости, перпендикулярной плоскости "ориентировочного четырехкамерного" изображения и перпендикулярной межжелудочковой перегородке, на уровне середины левого желудочка. Т1-взвешенное "спин-эхо" изображение левого желудочка по короткой оси использовали для дальнейшего определения площади перикоронарного жира в области передней межжелудочковой борозды на уровне средней трети передней нисходящей артерии. Кроме того, на основании этого изображения осуществляли пространственное позиционирование истинного четырехкамерного изображения сердца для дальнейшего определения площади перикоронарного жира в области предсердно-желудочковой борозды на уровне средней трети правой коронарной артерии. Полученные изображения обрабатывали на мультимодальной рабочей станции с использованием стандартных пакетов программного обеспечения для морфометрического анализа.
2
Для определения площади перикоронарной жировой ткани на уровне средней трети передней нисходящей артерии использовали изображения, ориентированные по короткой оси левого желудочка сердца. На уровне средних отделов левого желудочка с помощью инструмента маркера выделяли область межжелудочковой борозды, ограниченную внутренним листком перикарда и эпикардиальной поверхностью миокарда левого и правого желудочков на уровне средней трети передней нисходящей артерии. После подтверждения границ интересуемой области программа морфометрического анализа автоматически измеряла в см.
2
Для расчета площади перикоронарной жировой ткани на уровне средней трети правой коронарной артерии использовали изображения сердца в четырехкамерной позиции. На полученных изображениях с помощью инструмента маркера выделяли область предсердно-желудочковой борозды, между правым предсердием и правым желудочком на уровне средней трети правой коронарной артерии, ограниченную внутренним листком перикарда и эпикардиальной поверхностью миокарда правых предсердия и желудочка. После подтверждения границ интересуемой области программа морфометрического анализа автоматически измеряла площадь выделенного участка в см.
ЖТПНА
жтпка
При анализе полученных данных среднее значение площади перикоронарной жировой ткани на уровне средней трети передней нисходящей артерии (S) составило 4,38 [3,97; 5,03], значение площади перикоронарной жировой ткани на уровне средней трети правой коронарной артерии (S) составило 3,47 [2,97; 4,16].
Дополнительно для верификации висцерального ожирения и обоснования достоверности предлагаемого способа, всем пациентам выполняли мультиспиральную компьютерную томографию (МСКТ) на 64-срезовом компьютерном томографе Siemens Somatom 64 (Siemens, ФРГ) со следующими параметрами: толщина среза - 1 мм, матрица изображения - 512×512, напряжение на трубке - 120 кВ, сила тока - 100 мАс. Сканирование осуществляли на уровне L4-L5 позвонков в краниокаудальном направлении. Постпроцессинговую обработку полученного пакета DICOM изображений осуществляли на мультимодальной рабочей станции "Leonardo" (Siemens, ФРГ).
2
Количественная оценка абдоминального депо висцерального жира в соответствии с принятым стандартом включала в себя измерение площади висцеральной (ВЖТ) и подкожной (ПЖТ) жировой ткани, а также расчет индекса отношения площадей висцерального и подкожного жира (ВЖТ/ПЖТ). Измерение площади осуществляли на поперечном изображении, на уровне середины межпозвонкового диска L4-5. В зоне интереса жировая ткань определяли в окне плотностью от -160 HU до -50 HU. Значения площади ВЖТ более 130 см и значения индекса ВЖТ/ПЖТ более 0,4 соответствовали висцеральному ожирению [10].
При анализе данных полученных в ходе МСКТ-исследования значения площади ВЖТ составили 169,5[123,4; 205,9], значения площади ПЖТ составили 255,3 [183,2; 360,9]. Значения индекса ВЖТ/ПЖТ составили 0,64 [0,53; 0,89].
На основании полученных данных по результатам МСКТ исследования висцеральное ожирение было зафиксировано у 90 человек (70,3%), а при дополнении морфометрии индексом ВЖТ/ПЖТ (значения более 0,4) количество пациентов с висцеральным ожирением увеличилось до 101 человека (78,9%).
жтпна
ЖТПКА
Далее провели сопоставление результатов анализируемых исследований ВЖТ с использованием корреляционного анализа, в ходе которого выявлены прямые сильные связи S предлагаемого способа и индекса ВЖТ/ПЖТ (r=0,98, р<0,05), а также S и индекса ВЖТ/ПЖТ (r=0,97, р<0,05).
жтпна
ЖТПКА
2
2
Учитывая полученные данные и наличие известного порогового значения индекса ВЖТ/ПЖТ (до 0,4), сделали вывод о возможном вычислении аналогичного значения для площади перикоронарной жировой ткани на уровне средних третей передней нисходящей и правой коронарной артерий. При проведении последующих математических вычислений было выявлено, что соответствующим пороговым значением значением для S является 3,0 см, тогда как для S - 2,25 см.
2
2
Таким образом, если площадь перикоронарной жировой ткани, измеренной на уровне средней трети правой коронарной артерии, равняется 2,25 см и более при одновременном значении площади перикоронарной жировой ткани, измеренной на уровне средней трети передней нисходящей артерии равной 3,0 см и более, то испытуемое лицо имеет висцеральное ожирение.
Предложенный способ позволяет достоверно выявить висцеральное ожирение у пациентов при проведении МРТ-исследования сердца без использования контрастных препаратов.
Сущность изобретения поясняют чертежи, где на фиг. 1 изображено последовательное позиционирование МРТ срезов сердца, где: 1 - поперечный срез через область левого желудочка; 2 - двухкамерное изображение сердца; 3 - ориентировочное четырехкамерное изображение сердца; 4 - Т1 взвешенное изображение левого желудочка по короткой оси; 5 - истинное Т1 взвешенное четырехкамерное изображение сердца. На фиг. 2 выделена перикоронарная жировая ткань на уровне средней трети передней нисходящей артерии и представлен автоматический расчет ее площади. На фиг. 3 представлена перикоронарная жировая ткань на уровне средней трети правой коронарной артерии и представлен автоматический расчет ее площади.
Рассмотрим полученные данные на примере двух пациентов.
2
2
Пациент А., 63 года. По данным МСКТ у пациента А. значения площади ВЖТ составили 125 см, площади ПЖТ составили - 361 см. На основе полученных данных рассчитан индекс ВЖТ/ПЖТ равный 0,34. Полученные значения показывают отсутствие признаков висцерального ожирения у данного пациента.
2
2
2
2
По данным МРТ значения площади ЖТПНА составили 1,28 см, а значения площади ЖТПКА - 1,68 см (рисунок 4, 5). Площадь перикоронарной жировой ткани не превышает пороговых значений для площади перикоронарной жировой ткани как правой коронарной артерии (2,25 см), так и передней нисходящей артерии (3,0 см). Соответственно признаков висцерального ожирения у данного пациента не определяется, что подтверждается данными эталонного МСКТ-исследования.
2
2
Пациент Б., 66 лет. По данным МСКТ значения площади ВЖТ составили 248 см, площади ПЖТ - 289 см. На основе полученных данных рассчитан индекс ВЖТ/ПЖТ, равный 0,85. Полученные значения показывают наличие признаков висцерального ожирения у данного пациента.
2
2
По данным МРТ площадь ЖТПНА составила 4,68 см, а значения площади ЖТПКА составили - 4,05 см.
Сопоставление результатов количественной оценки площади перикоронарной жировой ткани пациента Б. и рассчитанных пороговых значений для площади перикоронарной жировой ткани указывает на наличие признаков висцерального ожирения у данного пациента.
Способ количественной оценки площади перикоронарной жировой ткани позволяет неинвазивно оценить жировое депо данной локализации, что может быть экстраполировано на весь объем висцеральной жировой ткани и использовано для определения висцерального ожирения. Бесспорными преимуществами данного метода является отсутствие лучевой нагрузки для пациента, а также возможность достоверной оценки перикоронарного жирового депо, как показателя висцерального ожирения, при проведении рутинного MP-исследования сердца без использования контрастных препаратов.
Литература
1. Оганов Р.Г., Масленникова Г.Я. Профилактика сердечно-сосудистых и других неинфекционных заболеваний - основа улучшения демографической ситуации в России. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. - 2005. - Т. 4. - №3 (приложение 1). - С. 4-9 [Oganov R.G., Maslennikova G.Ya. Prevention of cardiovascular and other non-communicable diseases. Cardiovascular therapy and prevention. 2005; 4 (3 supp. 1):4-9. (in Russ)].
2. Ожирение в России: статистические данные [Электронный ресурс]. 2013; Режим доступа: http://health.passion.ru/novosti-zdorovya/lishnii-ves/ozhirenie-v-rossii-statisticheskie-dannye.htm.__Ozhirenie v Rossii: statisticheskie dannye [Elektronnyj resurs]. 2013; Rezhim dostupa: http://health.passion.ru/novosti-zdorovya/lishnii-ves/ozhirenie-v-rossii-statisticheskie-dannye.htm.
3. WHO Global Health Observatory Data Repository. Report [Internet]. Geneva: World Health Organization; 2013 [cited 2015 Feb 12]. Available from: http://www.euro.who.int/en/health-topics/disease-prevention/nutrition / country-work/russian-federation2/.
4. Николаев Д.В., Смирнов A.B., Бобринская И.Г. и др. Биоимпедансный анализ состава тела человека. М. 2009 [Nikolaev D.V., Smirnov A.V., Bobrinskaya I.G., et al. Bioimpedansnyiy analiz sostava tela cheloveka. M. 2009. (in Russ)].
5. Бондаренко B.M., Марчук В.П., Пиманов С.И. и др. Корреляция содержания висцеральной жировой ткани по данным компьютерной томографии с антропометрическими показателями и результатами ультразвукового исследования. Вестник Витебского государственного медицинского университета. - 2013. - №1. - С. 31-38 [Bondarenko V.M., Marchuk V.P., Pimanov S.I., et al. Korrelyatsiya soderzhaniya vistseralnoy zhirovoy tkani po dannyim kompyuternoy tomografii s antropometricheskimi pokazatelyami i rezultatami ultrazvukovogo issledovaniya. Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2013; 1:31-38. (in Russ)]
6. Ibrahim M.M. Subcutaneous and visceral adipose tissue: structural and functional differences. Obes Rev. 2010; 11(1):11-18. doi:10.1111/j.1467-789X.2009.00623.x
7. Мельниченко Г.А., Дедов И.И. Ожирение: этиология, патогенез, клинические аспекты. М. 2004 [Melnichenko G.A., Dedov I.I. Ozhirenie: etiologiya, patogenez, klinicheskie aspektyi. M. 2004. (in Russ)]
8. Elming M.B., Lonborg J., Rasmussen Т.,  J.T., Engstrom Т., Vejlstrup N., Kober L., Kofoed K.F. Measurements of pericardial adipose tissue using contrast enhanced cardiac multidetector computed tomography comparison with cardiac magnetic resonance imaging. Int J Cardiovasc Imaging. 2013; 29(6): 1401-1407. doi: 10.1007/s 10554-013-0218-6
9. Sjostrom L. A computed tomography based multicompartment body composition technique and anthropometric predictions of lean body mass, total and subcutaneous adipose tissue. Int J Obes. 1991; 15(2): 19-30.
10. Lemieux S.,  D., Bouchard C., Tremblay A.,  J.P. A single threshold value of waist girth identifies normal-weight and overweight subjects with excess visceral adipose tissue. Am J Clin Nutr. 1996; 64(5):685-693.
11. Matsuzawa Y., Nakamura Т., Shimomura I. et al. Visceral fat accumulation and cardiovascular disease. Obes Res. 1995; 3(5): 645-647.
12.  A.M., Kayali A., Poyraz A.K., et al. The relationship between coronary artery disease and pericoronary epicardial adipose tissue thickness. J Int Med Res. 2015; 43(1): 17-25. doi:10.1177/0300060514558323
13. Ei. Ei. Khaing N, Shyong TE, Lee J, Soekojo CY, Ng A, Van Dam RM. Epicardial and visceral adipose tissue in relation to subclinical atherosclerosis in a Chinese population. PLoS One. 2018 Apr 25; 13(4):e0196328. doi: 10.1371/journal.pone.0196328
14. Jane J. Lee, Alison Pedley, Udo Hoffmann, Joseph M. Massaro, Daniel Levy, Michelle T. Long. Visceral and intrahepatic fat are associated with cardiometabolic risk factors above other ectopic fat depots: the framingham heart study. The American Journal of Medicine (2018) 131, 684-692. https://doi.org/10.1016/j.amjmed.2018.02.002
15. Iacobellis G., Willens H. Echocardiographic epicardial fat: a review of research and clinical applications. J Am Soc Echocardiogr. 2009; 22(12): 1311-1319. doi: 10.1016/j.echo.2009.10.013.
16. Shi K.L., Qi L., Mao D.B., Chen Y., Qian J.Y., Sun Y.B., Guo X.G. Impact of age on epicardial and pericoronary adipose tissue volume. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2015; 19(17):3257-3265.