Введение

Патология волос составляет около 4% от общего числа кожных заболеваний [1]. При этом трихология продолжает оставаться наиболее сложным разделом практической дерматологии.

Наиболее важными условиями эффективной помощи больным с патологией волос являются точный диагноз и глубокое понимание патофизиологических процессов, лежащих в основе заболевания [2]. Для получения максимально полных данных, позволяющих принять оптимальные клинические решения, необходимо использовать современные методы диагностики.

Диагностика заболеваний волос за последние годы получила значительное развитие. В настоящее время кроме целенаправленного сбора анамнеза и тщательного клинического обследования эффективно используются инструментальные и лабораторные методы диагностики: дермато-, трихо-, микроскопия волос, осмотр под лампой Вуда, химический анализ волос и другие исследования [3], которые позволяют установить точный диагноз в большем числе случаев.

Однако при некоторых патологиях этих исследований оказывается недостаточно и постановке диагноза может помочь только биопсия. Например, при подозрении на рубцовую алопецию рекомендуется исследование двух биоптатов размером не менее 4 мм, полученных из краевой зоны и из центра пораженного участка, а при подозрении на раннюю стадию потери волос по женскому типу необходимо выполнить 2—3 биопсии [4].

Однако травматичность и возможные осложнения служат препятствием для широкого использования биопсии и практически полностью исключают многоочаговые и повторные гистологические исследования, необходимые для динамических наблюдений и оценки эффективности терапевтических воздействий. Ограничения в проведении патоморфологических исследований определяют поиск новых неинвазивных методов, способных составить альтернативу биопсии и позволяющих осуществлять прижизненную дифференциальную диагностику заболеваний волос и кожи головы.

Относительно новым методом визуализации биотканей для изучения морфологии кожи является оптическая когерентная томография (ОКТ). Благодаря высокой разрешающей способности (20—25 мкм) и сходству получаемой информации с данными гистологического исследования метод называют «оптической биопсией» [5]. Метод разрешен к применению в клинической практике [6].

Структура ткани визуализируется путем регистрации отраженной от внутритканевых элементов части зондирующего излучения, в качестве которого используется низкоинтенсивный свет ближнего инфракрасного диапазона. Благодаря отсутствию инвазивности метод обеспечивает возможность многоочаговых и повторных исследований.

Традиционные 2D-изображения представляют собой ОКТ-образы «среза» кожи глубиной до 2 мм с вертикальной ориентацией, характерной для традиционного гистологического среза, с дифференцированной визуализацией слоев эпидермиса, сосочкового и верхней части сетчатого слоя дермы, придатков кожи и сосудов дермы, размер которых сопоставим с разрешающей способностью метода.

3D-модификация ОКТ обеспечивает получение трехмерного изображения фрагмента кожи площадью 5× мм на глубину до 2 мм, с возможностью изучения как самой трехмерной модели, так и изображений произвольного числа срезов этого фрагмента во фронтальных, сагиттальных, горизонтальных и любых других плоскостях [7]. Возможности использования этого метода для оценки состояния волос и кожи головы практически не изучены.

Цель исследования — изучить возможности применения 3D-ОКТ для прижизненного исследования здоровой кожи и сально-волосяного комплекса волосистой части головы.

Материал и методы

Исследование проводили на базе университетской клиники ПИМУ Минздрава России.

3D-ОКТ-исследование волосистой части кожи головы осуществлено у 20 здоровых добровольцев: 7 мужчин и 13 женщин в возрасте от 18 до 49 лет (средний возраст 31 год). Кожу сканировали в симметричных точках лобной, теменной, височной и затылочной областей. Идентичности точек исследования достигали путем измерения расстояний от выбранных ориентиров, в качестве которых выступали срединный пробор, лобная и затылочная линии роста волос. Волосы в точках исследования предварительно сбривали. Сканирование осуществляли во фронтальном и сагиттальном направлениях и параллельно линии наклона волос.

В работе использовали оптический когерентный томограф для неинвазивного исследования внутренней структуры поверхностных тканей человека «ОКТ-1300-Е» (скоростная модификация 92000 А-сканов в секунду; ООО «БиоМедТех», Россия), снабженный гибким съемным зондом с микросканером для исследования наружных биотканей с 3D-моделированием оптических срезов, со следующими техническими характеристиками: длина волны излучения 1300 нм, мощность излучения на объекте 0,75 мВт (ниже уровня, допустимого по стандарту AMSI), пространственное разрешение 8—20 мкм, глубина сканирования до 2 мм, площадь сканирования 5×5 мм, время получения изображения 20 с (серийное производство ООО «МеЛСиТек», Россия). Для управления томографом и работы с изображениями использовали персональный компьютер и программное обеспечение, разработанное в лаборатории высокочувствительных оптических измерений Института прикладной физики РАН (Н. Новгород).

С целью идентификации компонентов ОКТ-изображения сально-волосяного комплекса здоровой волосистой кожи головы в эксперименте ex vivo использовали образец здоровой кожи площадью 5×5 мм, полученный при иссечении доброкачественного новообразования волосистой кожи головы в теменной области, расположенный в краевой зоне удаленного фрагмента за пределами новообразования (в зоне видимо здоровой кожи). Сканируя образец в плоскости, параллельной наклону волос, получали 3D-ОКТ-изображения указанного фрагмента. Из исследованного образца изготовляли гистологические препараты, нарезая их параллельно плоскости сканирования.

Идентификацию компонентов полученных ОКТ-изображений осуществляли путем визуальных гисто-томографических сопоставлений, используя цифровые изображения гистологических препаратов с 50-кратным увеличением, адекватным масштабу ОКТ-изображений вертикальных «срезов» исследуемого образца.

Результаты

В результате изучения 600 3D-ОКТ-изображений здоровой кожи волосистой части головы установлено, что их структура, а также структура изображений вертикальных срезов волосистой кожи головы в целом соответствует структуре изображений здоровой тонкой кожи, описанной ранее [8] и включает 5 слоев. Первый слой соответствует поверхностной части рогового слоя с рыхлым расположением чешуек, второй — средней и нижней части рогового слоя с плотно прилегающими чешуйками, третий — зоне клеточных слоев эпидермиса, четвертый — области взаимного проникновения эпидермальных выростов и сосочков дермы и пятый — верхней части сетчатого слоя дермы (рис. 1).

Рис. 1. 3D-ОКТ-изображение фрагмента здоровой кожи теменной области волосистой части головы.

а, б — 2D-изображения вертикальных срезов (фронтального и сагиттального); в — изображение горизонтального среза исследуемого образца на уровне рогового слоя; г — реконструированное трехмерное изображение исследуемого фрагмента (3D-модель): 1—5 — номера слоев ОКТ-изображения.

При сравнении с изображениями гладкой кожи все полученные томограммы вертикальных «срезов» волосистой части головы отличались визуализацией сально-волосяных комплексов (от 1 до 5 на каждом изображении) (рис. 2).

Рис. 2. ОКТ-изображения вертикальных срезов волосистой кожи головы с визуализацией сально-волосяных комплексов (теменная зона).

1 — сально-волосяной комплекс; 2 — волосяной стержень; * — сальная железа.

ОКТ-изображения вертикальных «срезов» кожи затылочной области по сравнению с другими локализациями отличались большей плотностью сосудов (рис. 3).

Рис. 3. ОКТ-изображения вертикальных «срезов» волосистой кожи головы с сосудами.

а — лобно-теменная зона; б — затылочная зона. Стрелками указаны сосуды.

При анализе вертикально ориентированных томограмм волосистой кожи головы установлена возможность верификации отдельных компонентов сально-волосяных комплексов (рис. 4).

Рис. 4. Визуализация компонентов сально-волосяного комплекса на ОКТ-изображениях вертикальных срезов здоровой кожи волосистой части головы (височная, теменная и затылочная зоны).

1 — воронка волосяного фолликула; 2— волосяной канал; 3 — волосяной стержень; 4 — верхняя часть эпителиального компонента наружного корневого влагалища, ограничивающего волосяной канал; 5 — сальная железа.

Условием одновременной визуализации всех компонентов сально-волосяного комплекса было совпадение плоскости сканирования с направлением наклона волоса и ее прохождение как можно ближе к центральной части волосяного фолликула. В этом случае на изображениях отчетливо определялись воронка волосяного фолликула в виде инвагинации эпидермиса и волосяной канал, характеризующийся сигналом низкой интенсивности, в ряде случаев с волосяным стержнем, располагающимся внутри волосяного канала с продолжением за его пределами над поверхностью кожи и характеризующимся сигналом высокой интенсивности. Помимо этого визуализировалась верхняя часть эпителиального компонента наружного корневого влагалища, ограничивающего волосяной канал и характеризующегося сигналом высокой или средней интенсивности. Сальная железа верифицировалась со стороны наклона волосяного фолликула, непосредственно под эпидермисом (в пределах 4-го и 5-го слоев изображения) в виде округло-овальных зон сигнала средней или высокой интенсивности. На некоторых изображениях четко визуализировались отдельные ацинусы сальных желез (рис. 5).

Рис. 5. ОКТ-изображение вертикального «среза» здоровой кожи волосистой части головы (височная область) с визуализацией ацинусов сальной железы.

Полученные таким образом изображения практически полностью соответствовали традиционному гистологическому препарату, с тем лишь отличием, что разрешающая способность метода не позволяла дифференцировать клетки. При этом ни на одном из изображений нам не удалось наблюдать мышцу, поднимающую волос, и нижнюю часть луковицы с волосяным сосочком, что обусловлено ограниченной глубиной зондирования.

В случае несовпадения плоскости сканирования с направлением наклона волоса на полученных изображениях визуализировались вертикальные срезы различных отделов сально-волосяного комплекса, определяемые плоскостью сканирования, что не позволяло сразу достоверно оценить все структуры. В этом случае используемое программное обеспечение, предоставляющее техническую возможность исследования изображений произвольного числа срезов полученной трехмерной модели в любых плоскостях, позволяло в процессе анализа изображений выбирать необходимую плоскость получения вертикальных срезов трехмерной модели с возможностью анализа серии изображений последовательных срезов с послойной визуализацией максимального числа фрагментов сально-волосяного комплекса. Однако такой путь обеспечения оптимальной визуализации всех компонентов сально-волосяного комплекса был более трудоемким и требовал больших временных затрат.

В 8% полученных вертикальных изображений при анализе отмечен своеобразный феномен в виде округлой зоны сигнала низкой интенсивности, с четкими границами (рис. 6), расцененный нами как эквивалент гистологического среза пустующего фолликула в фазе телогена.

Рис. 6. ОКТ-изображения вертикальных «срезов» здоровой волосистой кожи головы (теменная зона) с визуализацией пустующих волосяных фолликулов в фазе телогена.

Особенности ОКТ-изображений горизонтальных «срезов» волосистой кожи головы определялись локализацией «среза» и заключались в визуализации поперечных сканов многочисленных сально-волосяных комплексов разной глубины:

— верхней части волосяного канала с волосяным стержнем на уровне середины рогового слоя в виде округлых зон сигнала более низкой интенсивности на общем фоне сигнала средней интенсивности;

— средней части волосяного канала с волосяным стержнем на уровне клеточных слоев эпидермиса в виде округлых зон сигнала средней интенсивности на общем фоне сигнала высокой интенсивности;

— нижней части волосяного канала, а также сальной железы на уровне сосочкового и верхней части сетчатого отделов дермы в виде округлых зон сигнала более низкой интенсивности на общем фоне сигнала слабой интенсивности (рис. 7). При этом необходимо отметить, что исследование изображений горизонтальных срезов на уровне клеточных слоев эпидермиса с особой четкостью позволило визуализировать как изолированно расположенные фолликулы, так и фолликулярные юниты, что может быть использовано в дальнейшем для оценки количественных и качественных характеристик волосяного аппарата (измерения диаметра волосяного стержня и фолликула, оценки плотности волосяного покрова и т.д.).

Рис. 7. ОКТ-изображения горизонтальных «срезов» здоровой кожи волосистой части головы (теменная зона) на уровне рогового слоя (2-й оптический слой изображения — а), клеточных слоев эпидермиса (3-й слой — б), сосочкового слоя кожи (4-й слой — в), верхней части сетчатого слоя дермы (5-й слой — г).

* — стержень волоса, стрелка — «срез» волосяного фолликула.

Дополнительно на ОКТ-изображениях горизонтальных «срезов» на уровне клеточных слоев эпидермиса визуализировались выводные протоки потовых желез, а на уровне сосочкового и верхней части сетчатого отделов дермы — сосуды.

Полученные результаты подтверждены в экспериментах ex vivo путем сопоставления томографических изображений с данными гистологических исследований, установивших соответствие описанных компонентов сально-волосяного аппарата, визуализируемых на ОКТ-изображениях, конкретным структурам гистологических препаратов (рис. 8).

Рис. 8. Результаты сопоставлений данных ОКТ и гистологических исследований в эксперименте ex vivo.

а—в — гистологические препараты; г—е — соответствующие гистологическим препаратам ОКТ-изображения вертикального среза исследуемого образца здоровой кожи волосистой части головы.

Обсуждение

Результаты первых проведенных исследований свидетельствуют о способности 3D-ОКТ визуализировать основные компоненты сально-волосяных комплексов (воронку волосяного фолликула, волосяной канал, волосяной стержень, верхнюю часть эпителиального компонента наружного корневого влагалища, сальную железу), а также сосудов кожи волосистой части головы. При этом одномоментная визуализация всех перечисленных компонентов сально-волосяного комплекса возможна лишь в случае совпадения плоскости среза с направлением наклона фолликула и при максимальной близости к его центральной части. При несоблюдении этих условий на вертикальных изображениях визуализируются лишь фрагменты различных отделов волосяного фолликула и сальной железы разных уровней в зависимости от плоскости среза, причем те же самые трудности возникают и при гистологическом исследовании.

Ограниченная глубина зондирования современных устройств не обеспечивает надежной визуализации концевого отдела луковицы волосяного фолликула.

Таким образом, использованный метод при определенных условиях обеспечивает получение достаточно информативных изображений вертикальных срезов с визуализацией почти всех компонентов сально-волосяного комплекса, но соблюдение этих условий на сегодняшнем этапе исследований требует определенных усилий и временных затрат, что обусловливает необходимость совершенствования метода исследования для обеспечения быстроты, легкости и надежности получения изображений.

Параллельное исследование изображений горизонтальных «срезов» значительно увеличивает информативность метода благодаря возможности точного определения числа и диаметра волосяных фолликулов и стержней волос в пределах исследуемого участка.

Необходимо отметить и зафиксированную нами возможность верификации при ОКТ-исследованиях волосистой кожи головы пустующих фолликулов в фазе телогена. Однако для окончательных выводов по этому вопросу требуются дополнительные исследования.

Выводы

1. Первые результаты наших исследований позволяют говорить о перспективности использования 3D-ОКТ для прижизненной оценки структуры кожи и сально-волосяных комплексов волосистой части головы.

2. Сходство информации, получаемой при проведении ОКТ, с данными гистологических исследований, простота выполнения метода и доступность устройств, возможность проведения многоочаговых и многократных исследований, несомненно, послужат стимулом для дальнейшей разработки метода и внедрения его в клиническую практику.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: Симанкина Ж.Д., Петрова Г.А., Петрова К.С., Потекаев Н.Н., Немирова С.В.

Сбор и обработка материала: Симанкина Ж.Д., Петрова Г.А., Петрова К.С. К.С.Немирова С.В., Карпенко А.А.

Статистическая обработка данных: Симанкина Ж.Д.

Написание текста: Петрова Г.А., Симанкина Ж.Д., Петрова К.С.

Редактирование: Немирова С.В., Карпенко А.А.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.