Спектральный анализ сыворотки крови в дифференциальной диагностике опухолей костей

Первичные новообразования скелета достаточно редки и составляют 1,5—2% всех встречающихся опухолей человека. По данным литературы, заболеваемость первичными опухолями костей в среднем составляет у мужчин 1, а у женщин 0,6—0,7 на 100 000 населения [1]. Статистические данные последних лет свидетельствуют о неуклонном интенсивном росте заболеваемости и смертности при злокачественных новообразованиях костей [2]. Чаще всего опухоли костей поражают детей и лиц молодого возраста, то есть самый социально весомый и значимый контингент населения [3].

Опухоли костей являются одним из труднейших разделов патологии как с точки зрения своевременной и правильной диагностики, так и в свете поиска эффективных методов рационального лечения [4]. При подозрении на опухолевую патологию необходимо комплексное обследование в специализированном учреждении. Одной из наиболее важных проблем онкологической ортопедии является раннее выявление опухолей костей, а также дифференциальная диагностика доброкачественных и злокачественных поражений, так как от своевременности и правильности распознавания патологии зависит выбор оптимального метода лечения [5].

Дифференциальная диагностика опухолей костей скелета сложна и неоднозначна, имеет свои методологические особенности. Следует подчеркнуть, что эти особенности принципиально отличаются от методов диагностики опухолей других локализаций. Несоблюдение единого методологического подхода к дифференциальной диагностике опухолей костей ведет к ложноположительному или ложноотрицательному результату. В результате ошибка в диагностике отражается на лечении конкретного больного и приводит к нерадикальной терапии, способствующей рецидивированию и метастазированию, которые могут завершаться генерализацией процесса, либо к неоправданно радикальному, калечащему лечению [6, 7].

Таким образом, несмотря на наличие огромного количества работ, современных инструментальных методов, до сих пор возникают затруднения в диагностике нозологических форм опухолей костей, в связи с чем пациенты поступают на лечение на поздних стадиях заболевания. Обусловлено это отсутствием патогномоничных клинических и рентгенологических проявлений на ранних стадиях заболевания, разнообразием клинических, рентгенологических и морфологических признаков, а также существованием атипичных форм. Проявления доброкачественных и злокачественных опухолей, в том числе рентгенологические, могут быть сходными, причем не исключается развитие злокачественных новообразований из доброкачественных [8, 9].

Цель исследования — улучшить результаты дифференциальной диагностики опухолей костей с помощью инфракрасной спектроскопии сыворотки крови.

Настоящее клиническое исследование было проведено в период с 2011 по 2013 г. на базе клинико-диагностического отделения и отделения общей онкологии Самарского областного клинического онкологического диспансера (СОКОД). Оно базируется на обследовании 180 пациентов, которые были разделены на две группы. В 1-ю группу (контрольную) вошли 92 пациента, которым в клинико-диагностическом отделении при подозрении на опухоль кости было выполнено классическое комплексное инструментальное обследование: рентгенография, компьютерная томография, сцинтиграфия. С целью определения диагностической ценности постановки предварительного диагноза доброкачественной или злокачественной опухоли кости в контрольной группе пациентов был проведен ретроспективный анализ по архивным историям болезни за 2011 г. Критериями оценки служили: чувствительность, специфичность, точность, прогностическая ценность положительного и отрицательного результата.

В основную группу включили 88 пациентов, которым также проводили комплексное инструментальное обследование при подозрении на опухолевую патологию кости, затем выполняли инфракрасную спектроскопию сыворотки крови (патент РФ № 2352256, 2009 г.). В тех случаях, когда опухоль считали доброкачественной на основании предложенного метода диагностики, больному выполняли одномоментно резекцию кости с замещением дефекта ауто- или аллотрансплантатом, обработку зоны резекции потоком низкотемпературной плазмы и остеосинтез по показаниям. При отнесении опухоли к злокачественной пациентам в стационаре выполняли открытую биопсию опухоли кости.

Метод инфракрасной (ИК) спектроскопии является одним из современных физических методов исследования в органической, биологической химии и медицине [10].

Полученные данные свидетельствуют о том, что происходит повышение содержания карбонильных групп белков в плазме и в эритроцитах крови у больных раком легкого по сравнению с соответствующими показателями у здоровых лиц на 332 и 314% соответственно [11, 12].

У больных раком молочной железы на ранних стадиях было зарегистрировано увеличение концентрации маркера карбонильного напряжения в сыворотке крови [13].

Расчетные и экспериментальные данные показали, что карбонильная группа С=О поглощает на длине волны 1650 см^–1, пик которой легко можно выделить из общего спектра поглощения соединения и судить об ее сравнительной концентрации в исследуемом веществе [14, 15].

В настоящей работе рассматривается анализ концентрации карбонильных групп (С=О) белков сыворотки крови пациента как биомаркера злокачественного процесса.

На базе Самарского государственного медицинского университета впервые было предложено использовать физико-химический метод инфракрасной спектроскопии сыворотки крови в дифференциальной диагностике доброкачественных и злокачественных опухолей костей в комплексе с классическим набором инструментальных исследований как дополнительный диагностический метод.

Определяли коэффициент поглощения ИК-излучения сывороткой крови на длине волны карбонильной группы (1650 см^–1). Чем выше коэффициент поглощения, тем, соответственно, выше концентрация карбонильных групп белков в сыворотке пациента. После получения совокупной выборки с помощью математического моделирования определяли точку разделения в коэффициентах поглощения, соответствующих доброкачественной и злокачественной опухоли кости.

Брали кровь из локтевой вены больного, у которого диагностировали опухоль кости на основании клинических данных и стандартного набора инструментальных исследований. Приготавливали сыворотку крови по стандартной методике. Сыворотку помещали в проточную ячейку нарушенного полного внутреннего отражения инфракрасного Фурье-спектрофотометра Tensor 27 Bruker optics (рис. 1).

Снимались спектры поглощения образцов сыворотки. Затем инфракрасные спектры оцифровывались, определялись коэффициенты поглощения (X) для каждой пробы на длине волны карбонильной группы белка сыворотки крови С=О (1650 см^–1). Цифровая обработка спектров заключалась в вычитании известного спектра воды. Коэффициенты сравнивали и сопоставляли с данными референтного метода.

В результате применения стандартного набора инструментальных исследований при подозрении на опухолевую патологию кости были получены следующие показатели диагностической ценности: чувствительность  — 79,6%, специфичность — 81,3%, точность — 80,4%, прогностическая ценность положительного результата  — 82,9%, прогностическая ценность отрицательного результата — 77,8%.

В результате применения ИК-спектроскопии сыворотки крови в комплексе со стандартным набором инструментальных исследований при подозрении на опухолевую патологию кости были получены следующие показатели диагностической ценности: чувствительность  — 89,1%, специфичность — 84,8%, точность — 87,5%, прогностическая ценность положительного результата — 90,7%, прогностическая ценность отрицательного результата — 82,3%.

Значения коэффициентов поглощения инфракрасного излучения сывороткой крови, соответствующие доброкачественным опухолям, лежали в промежутке 0,07595±0,0076; значения коэффициентов поглощения инфракрасного излучения сывороткой крови, соответствующие злокачественным опухолям, лежали в промежутке 0,09431±0,0082.

Графики теоретических нормальных распределений поглощения сыворотки крови для доброкачественных и злокачественных опухолей представлены на рис. 2. Построение выполняли стандартным методом после табулирования известной формулы для плотности вероятности по закону Гаусса:

Точка разделения между значениями коэффициентов поглощения сыворотки крови доброкачественной и злокачественной опухоли соответствует уровню поглощения Xр=0,085.

Клинический пример 1

Больная Е., 1957 г. р., находилась на стационарном лечении в отделении общей онкологии с диагнозом: гигантоклеточная опухоль типичного строения верхней трети правой бедренной кости 1-й кл. гр. Больную беспокоила боль в правом тазобедренном суставе. Выполнены рентгенография правого бедра в прямой проекции (рис. 3), компьютерная томография и сцинтиграфия скелета (накопление РФП 315%). Заключение: больше данных за хондрому верхней трети правой бедренной кости. Проведена инфракрасная спектроскопия сыворотки крови (рис. 4). Заключение: коэффициент поглощения на длине волны карбонильной группы (1650 см^–1) равен 0,07975. Больной выполнена резекция верхней трети правой бедренной кости, обработка зоны резекции потоком низкотемпературной плазмы аргоноплазменной установкой в режиме коагуляции мощностью 100 Вт, комбинированная реконструкция: аутопластика фрагментом гребня крыла правой подвздошной кости + цементопластика, блокированный интрамедуллярный остеосинтез гамма-стержнем. Гистологическое плановое исследование: гигантоклеточная опухоль типичного строения.

Клинический пример 2

Больной М., 1963 г. р., находился на стационарном лечении в отделении общей онкологии с диагнозом: злокачественная остеобластокластома левой лонной кости pT2N0M0 II стадии 3-й кл. гр. Больного беспокоила боль в левой паховой области, усиливающаяся при ходьбе. Выполнена рентгенография костей таза в прямой проекции (рис. 5). Заключение: опухоль левой лонной кости. При инфракрасной спектроскопии сыворотки крови коэффициент поглощения на длине волны карбонильной группы (1650 см^–1) равен 0,09224 (рис. 6). Выполнена открытая биопсия. Гистологическое плановое исследование: гигантоклеточная опухоль. Для определения степени злокачественности проведено ИГХ-исследование. Индекс пролиферативной активности Ki-67 равен 8%, что соответствует злокачественному варианту гигантоклеточной опухоли.

В качестве главной цели настоящего исследования рассматривался поиск дополнительного диагностического метода, который бы мог дополнить стандартный набор инструментальных исследований, снизить долю ложноположительных результатов за счет повышения специфичности диагностики и долю ложноотрицательных результатов за счет повышения чувствительности.

В реальной клинической практике это позволило бы не проводить необязательные открытые биопсии или, наоборот, гиподиагностику.

Этой цели удалось добиться за счет применения в комплексе со стандартным набором инструментальных исследований инфракрасной спектроскопии сыворотки крови.

При анализе статистических данных мы руководствовались рассчитанным показателем точки разделения Хр=0,085 в коэффициентах поглощения, соответствующих доброкачественной и злокачественной опухоли кости. Диагноз злокачественной опухоли мы ставили при коэффициентах поглощения X≥0,085, диагноз доброкачественной опухоли — при X<0,085.

Применение нового метода в поликлинике с целью предварительной дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных опухолей костей позволило снизить долю ложноположительных результатов за счет повышения специфичности с 81,3 до 84,8%; долю ложноотрицательных результатов за счет повышения чувствительности с 79,6 до 89,1% (р=0,006).

Комплексная диагностика, включающая оценку содержания карбонильных производных белков в сыворотке крови больных, дает возможность существенно увеличить долю истинно положительных результатов дифференциальной диагностики злокачественных и доброкачественных опухолей костей: чувствительность метода — 89,1%, специфичность — 84,8%, точность — 87,5%.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: Г.П.К.

Сбор и обработка материала: А.Н.Н.

Статистическая обработка: В.В.И.

Написание текста: А.Н.Н.

Редактирование: С.В.К.

Конфликт интересов отсутствует.