Диагностические возможности капилляроскопии ногтевого ложа при диабетической ретинопатии

Одним из тяжелых осложнений сахарного диабета (СД) является развитие диабетической ретинопатии (ДР), которая на ранних стадиях протекает бессимптомно, а затем быстро происходит ухудшение состояния со значительным снижением зрительных функций вплоть до их утраты [1, 2]. При этом проведенное лечение при начальных пролиферативных изменениях сетчатки при своевременном обращении пациента позволяет сохранить высокое зрение и стабилизировать ДР, в отличие от случаев, когда пациенты обращаются с далекозашедшими пролиферативными поражениями сетчатки [2—5]. Однако выявление ДР на ранних стадиях возможно только при своевременном обращении пациента к высококвалифицированному врачу-офтальмологу, что бывает не всегда [1, 2]. Поэтому задача выявления ДР на более ранних стадиях является актуальной проблемой, как критерий сохранения зрения и повышения возможностей реабилитации со снижением инвалидности по зрению у пациентов с СД [6, 7].

Учитывая основополагающую роль поражения микрососудов в патогенезе СД [1, 2], многими авторами показано выявление патологических изменений в микрососудистом русле с помощью капилляроскопии ногтевого ложа как современного неинвазивного метода исследования [8—13]. Ранее в научной литературе было отмечено [8, 14, 15], что у пациентов с ДР с развитием заболевания наблюдаются прогрессирующие патологические изменения микроциркуляции ногтевого ложа, выявляемые при компьютерной капилляроскопии, в первую очередь − снижение линейной скорости артериального и венозного кровотока и уменьшение плотности капиллярной сети. При этом изменения микроциркуляции ногтевого ложа у пациентов с различными стадиями ДР коррелировали с изменениями микроциркуляции в сосудистом сплетении макулярной зоны, выявляемыми методом оптической когерентной томографии-ангиографии (ОКТ-А) и подтвержденными многими авторами [14—20].

С учетом того, что нарушения плотности капиллярной сети и снижение скорости капиллярного кровотока ногтевого ложа у больных с ДР распознаются уже на непролиферативной стадии заболевания, представляется возможным использование параметров капилляроскопии для раннего выявления пациентов группы риска прогрессирования ДР.

Цель исследования — изучить диагностические возможности и прогностическую ценность параметров капилляроскопии ногтевого ложа для раннего выявления ДР у пациентов с СД 2-го типа.

В исследовании приняли участие 90 пациентов Тамбовского филиала «МНТК "Микрохирургия глаза" им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава России, из них 69 женщин и 21 мужчина в возрасте 67,0 [60,0; 71,0] года. Среди обследованных был 31 пациент с непролиферативной ДР (НПДР) составившие 1-ю основную группу, 29 пациентов с пролиферативной ДР (ПДР) составившие 2-ю основную группу, и 30 пациентов без офтальмо-, эндокринной и сосудистой патологии, составившие контрольную группу. Критериями исключения в группах были: гипертоническая болезнь II и III стадии, клинически значимый диабетический макулярный отек (по классификации ETDRS 1991 г.), анти-VEGF-терапия в анамнезе.

Офтальмологическое обследование кроме традиционных методов включало ОКТ-А и капилляроскопию ногтевого ложа. Методом ОКТ-А исследовалось состояние микроциркуляторного русла центральной области сетчатки на приборе Optovue RTVue-100 (США) с использованием протокола Scanning protocols EnFace vessel Density 6×6 mm [8, 16—24]. При ОКТ-А анализировалась относительная плотность сосудов микроциркуляторного русла в 9 зонах поверхностного и тех же 9 зонах глубокого слоя сосудистого сплетения сетчатки, а также усредненное по фовеа и парафовеа значение — Whole Image (рис. 1).

Рис. 1. Графическое представление протокола ОКТ-А EnFace vessel Density поверхностного (а) и глубокого (б) слоев сосудистого сплетения сетчатки (Optovue RTVue-100). Данные пациента О. (2-я основная группа).

Капилляроскопия ногтевого ложа выполнялась с использованием компьютерного капилляроскопа КК-01 (ЗАО Центр «Анализ веществ», Россия; рег. свидетельство №РЗН 2020/12767 от 04.12.20) [8] (рис. 2). Изучались следующие параметры: линейная и площадная плотность капиллярной сети, длина капилляра, ширина капилляра, диаметры артериального, венозного и переходного отделов, скорость кровотока в артериальном и венозном отделах; полученные данные анализировались компьютерной программой прибора.

Рис. 2. Капилляры ногтевого ложа у пациентов при капилляроскопии.

а — группа контроля; б — 1-я основная группа (с НПДР); в, г — 2-я основная группа (с ПДР).

Статистическую обработку полученных данных осуществляли с помощью пакетов программ Statistica 10.0 (Dell Inc., США) и MedCalc 12.4 (MedCalc Software, Бельгия). Определение информативности анализируемых критериев капилляроскопии ногтевого ложа проводилось математическим моделированием методом построения кривой операционных характеристик (ROC-кривой) с последующим сопоставлением площади под кривой (AUC), а также расчетом оптимальной точки отсечения диагностического показателя и основных характеристик диагностической информативности. Для разработки нового алгоритма диагностики НПДР и ПДР применялось математическое моделирование методом бинарной логистической регрессии.

В поставленных задачах исследования планировалось оценить изменения микроциркуляции ногтевого ложа методом капилляроскопии у здоровых лиц и у пациентов с ДР с исследованием в этих же обследуемых группах состояния ретинальной микроциркуляции центральной области сетчатки с использованием метода ОКТ-А с последующим выявлением и расчетом параметров, характерных для пациентов с НПДР и с ПДР, и по полученным данным провести корреляционный анализ с выявлением взаимосвязей, полученных в двух исследованиях параметров, а также разработать рекомендации по раннему выявлению ДР врачами, осуществляющими диспансерное наблюдение больных с СД 2-го типа.

При анализе результатов ОКТ-А у пациентов обеих групп с ДР выявлены изменения микроциркуляции по сравнению с пациентами контрольной группы как в поверхностном, так и в глубоком слое сосудистого сплетения в макулярной зоне (табл. 1, 2). Различия показателей поверхностного слоя сосудистого сплетения сетчатки между основными и контрольной группами отмечались во всех зонах, кроме зоны фовеа (параметр Fovea), и были особенно выражены в парафовеолярной области (параметр Parafovea). Различия подавляющего большинства параметров между контрольной группой и 1-й основной группой, а также между контрольной группой и 2-й основной группой являлись статистически значимыми, что подтвердило высокую информативность ОКТ-А в диагностике сосудистых изменений при ДР. Различия между 1-й и 2-й основными группами являлись значимыми лишь в нескольких зонах: Fovea, Parafovea superior-hemi, Parafovea tempo и Parafovea nasal, — что говорит о нарастании изменений микрососудистого русла при прогрессировании тяжести процесса (см. табл. 1).

Таблица 1. Плотность сосудистой сети поверхностного слоя сосудистого сплетения сетчатки у клинически здоровых лиц и пациентов с ДР по данным ОКТ-А (в %)

Примечание. Здесь и в табл. 2, 3 жирным шрифтом выделены статистически значимые различия.

Таблица 2. Плотность сосудистой сети глубокого слоя сосудистого сплетения сетчатки у клинически здоровых лиц и пациентов с ДР по данным ОКТ-А (в %)

Анализ показателей ОКТ-А глубокого слоя сосудистого сплетения показал аналогичную картину с высокой значимостью различий между основными и контрольной группами по всем исследованным параметрам. В то же время статистически значимые различия между 1-й и 2-й основными группами были выявлены для меньшего числа параметров: в Fovea и Parafovea inferior-hemi (см. табл. 2).

Таким образом, анализ цифровых параметров сосудистого сплетения сетчатки, по данным ОКТ-А, выявил различия микроциркуляторных изменений сетчатки при различных стадиях ДР, что согласуется с результатами других авторов [20—24].

Согласно результатам сопоставления средних величин, в исследуемых группах наиболее выраженные различия по данным ОКТ-А отмечались для общей плотности сосудов по всем секторам (Whole image) и плотности сосудов в парафовеальной зоне (Parafovea), что согласуется с данными других авторов [18, 21—24], но, по нашим данным, они более выражены в поверхностной капиллярной сети, вследствие чего именно эти характеристики были взяты для последующего анализа диагностической информативности.

Проведение капилляроскопии ногтевого ложа в этих же группах пациентов (табл. 3) выявило наличие взаимосвязи между стадиями ДР и патологией капилляров ногтевого ложа, причем наиболее выраженные изменения показателей капилляроскопии оказались у пациентов II основной группы, что подтверждает наличие у них генерализованной микроангиопатии, возникающей по мере прогрессирования СД и согласуется с данными литературы [14, 15].

Таблица 3. Сравнение количественных показателей капилляроскопии в исследуемых группах

По мере прогрессирования СД и диабетической микроангиопатии наиболее выраженные изменения затрагивают плотность капиллярной сети.

По данным капилляроскопии, наблюдается снижение плотности капиллярной сети (линейной и площадной) у пациентов 1-й основной группы и прогрессирование уменьшения этого показателя у пациентов 2-й основной группы, что также соответствует снижению плотности капилляров сетчатки при прогрессировании ДР. Показана статистически значимая разница между 1-й основной и контрольной группами (p≤0,001), 2-й основной и контрольной группами (p≤0,001) и 1-й и 2-й основными группами (p≤0,001). При сравнении плотности капиллярной сети в контрольной группе и 2-й основной группе выясняется, что величина этого показателя снижается почти в 2 раза, в то время как разница между контрольной группой и 1-й основной группой не столь значительна.

Поражение микроциркуляторного русла при СД также сопровождается изменением скорости капиллярного кровотока.

Уже на ранних стадиях диабетической ангиоретинопатии у пациентов 1-й основной группы отмечается достаточно существенное замедление капиллярного кровотока как в артериальном, так и в венозном отделе (в 1,4 и в 1,3 раза соответственно, по сравнению с контрольной группой). По мере прогрессирования микрососудистых аномалий у пациентов 2-й основной группы скорость капиллярного кровотока снижается еще больше (в 1,6 и в 1,5 раза соответственно, по сравнению с контрольной группой). Статистически значимые различия скорости капиллярного кровотока в артериальном и венозном отделах продемонстрированы между 1-й основной группой и контрольной группой (p≤0,001), 2-й основной группой и контрольной группой (p≤0,001) и между 1-й и 2-й основными группами (p≤0,001).

Также поражение микрососудов у больных СД характеризовалось укорочением длины видимой части капилляров в обеих основных группах. Длина капилляров в 1-й и 2-й основных группах (189,6±38,39 и 173,14±34,54 мкм соответственно) была статистически значимо меньше по сравнению с контрольной группой (234,26±38,90 мкм), а кроме того имелась статистически значимая разница между 1-й и 2-й основными группами (p≤0,001), что говорит о значимом уменьшении данного параметра по мере прогрессирования ДР.

В то же время такие параметры, как ширина капилляров и диаметры всех отделов капилляров не имели значимых межгрупповых различий и, соответственно, для выявления ДР этот параметр был неинформативен.

Для изучения возможности использования результатов капилляроскопии ногтевого ложа с целью оценки возможного наличия и степени тяжести ДР был проведен анализ корреляционных взаимосвязей полученных данных ОКТ-А с параметрами капилляроскопии в исследуемых группах (табл. 4). При этом была выявлена выраженная положительная корреляция с площадной плотностью и слабая положительная корреляция с линейной плотностью капиллярной сети ногтевого ложа, особенно в парафовеолярных зонах сетчатки. Отмечались прямая корреляция с длиной капилляров ногтевого ложа и обратная корреляция с их шириной. Выявлена отрицательная корреляция параметров капилляров ногтевого ложа с плотностью сосудистой сети всех отделов капилляров сетчатки глаза, слабее выраженная в зоне Fovea, Parafovea inferior-hemi и Parafovea superior. Наиболее сильные положительные корреляции отмечены для скорости кровотока в капиллярах ногтевого ложа с зонами Whole image и Parafovea, которая тем выше, чем больше плотность капиллярной сети макулярной области сетчатки глаза.

Таблица 4. Анализ корреляционных взаимосвязей данных капилляроскопии ногтевого ложа с параметрами ОКТ-А у пациентов с ДР

Примечание. Жирным шрифтом отмечены статистически значимые (p≤0,05) коэффициенты корреляции.

Таким образом, корреляционный анализ результатов ОКТ-А и данных капилляроскопии показал, что изменения микроциркуляции ногтевого ложа у пациентов с различными стадиями ДР были взаимосвязаны с изменениями относительной плотности микроциркуляции в сосудистом сплетении макулярной зоны, выявляемыми методом ОКТ-А, и зависели от тяжести заболевания.

Для оценки диагностической информативности микроциркуляции ногтевого ложа были исследованы параметры: «Скорость кровотока в артериальном отделе», «Скорость кровотока в венозном отделе» и «Плотность капиллярной сети площадная», так как данные характеристики имеют наиболее выраженные взаимосвязи с параметрами микроциркуляции в сосудистом сплетении центральной зоны сетчатки по данным ОКТ-А [8].

Анализ операционных кривых показал, что скорость кровотока в артериальном отделе обладает высокой диагностической информативностью для выявления наличия НПДР (рис. 3, а): чувствительность составила 95%, специфичность — 100%. Площадь под ROC-кривой (AUC) составила 0,994, Z=114,6 (p<0,0001). В соответствии со значением точки отсечения наличие НПДР можно предполагать, если показатель скорости артериального кровотока ниже 512 мм/с.

Рис. 3. ROC-кривые в группах пациентов без ДР и с НПДР.

а — скорость кровотока в артериальном отделе; б — скорость кровотока в венозном отделе; в — плотность капиллярной сети площадная.

Диагностическая информативность скорости кровотока в венозном отделе (рис. 3, б) также очень высока, хотя и несколько ниже, чем для артериального отдела: чувствительность — 88,3%, специфичность — 100,0%, AUC=0,982 при Z=45,3 (p<0,0001). Значение точки отсечения указывает, что наличие НПДР можно предполагать, если показатель скорости венозного кровотока ниже 585 мм/с.

Согласно рис. 3, в, параметр плотности капиллярной сети также обладает значительной диагностической информативностью для выявления наличия НПДР: чувствительность составила 76,7%, специфичность — 86,7%. Площадь под ROC-кривой (AUC) составила 0,846, Z=6,42 (p<0,0001). Согласно значению точки отсечения наличие НПДР можно предполагать, если показатель плотности капиллярной сети ниже 38,4%.

Следовательно, для диагностики НПДР параметры капилляроскопии ногтевого ложа, особенно скорость кровотока в артериальном отделе, являются высокоинформативными.

Результаты капилляроскопии ногтевого ложа обладают высокой информативностью и для диагностики ПДР, что следует из рис. 4 с результатами ROC-анализа исследуемых параметров для групп с НПДР и ПДР.

Рис. 4. ROC-кривые в группах пациентов с НПДР и ПДР.

а — скорость кровотока в артериальном отделе; б — скорость кровотока в венозном отделе; в — плотность капиллярной сети площадная.

Показатель скорости кровотока в артериальном отделе (см. рис. 4, а) ниже 451 мм/с указывает на наличие ПДР с чувствительностью 100,0% и специфичностью 80,0%. Если показатель скорости кровотока в венозном отделе (см. рис. 4, б) ниже 441 мм/с, то с чувствительностью 96,7% и специфичностью 76,7% можно прогнозировать наличие ПДР. Показатель плотности капиллярной сети (см. рис. 4, в) менее 30,4% также указывает на наличие ПДР с чувствительностью 96,7% и специфичностью 86,7%. При этом в сравнении групп с НПДР и ПДР параметр плотности капиллярной сети имеет несколько большую диагностическую информативность (AUC=0,963), чем скорость артериального кровотока (AUC=0,941) или скорость венозного кровотока (AUC=0,909).

Таким образом, ROC-анализ данных капилляроскопии ногтевого ложа показал, что показатели плотности капиллярной сети, скорости артериального и венозного кровотока обладают высокой диагностической информативностью для выявления как НПДР, так и ПДР.

Построенные математические модели позволили выделить по три критических параметра (точки отсечения) для прогнозирования НПДР и ПДР и имеют разные характеристики диагностической информативности, поэтому возникла необходимость создания единого диагностического алгоритма с комплексной оценкой всех характеристик.

Для разработки нового алгоритма выявления НПДР и ПДР применялся метод бинарной логистической регрессии («0» — патология отсутствует, «1» — наличие патологии). Выбор предикторов осуществляли по результатам анализа операционных кривых согласно точкам отсечения. При этом каждая величина результатов капилляроскопии ногтевого ложа пациента сравнивалась с полученными критическими значениями и принималось, что она равна «0» если значение предиктора находится в пределах нормы, и равна «1», если выходила за пределы критического значения.

Проведенный анализ позволил получить ряд характеристик математического прогноза, представленных в табл. 5.

Таблица 5. Результаты математического прогноза НПДР и ПДР методом логистической регрессии у пациентов с СД

Согласно представленным в табл. 5 данным, уравнение для оценки вероятности (p) наличия НПДР выглядит следующим образом:

p=1/1+e^Z

при z= –2,288+3,797·X1+2,139·X2–0,268·X3,

где X1 — независимая переменная «Скорость кровотока в артериальном отделе ≤512 мм/с (1/0)»; X2 — независимая переменная «Скорость кровотока в венозном отделе ≤485 мм/с (1/0)»; X3 — независимая переменная «Плотность капиллярной сети площадная ≤38,4% (1/0)».

Все коэффициенты независимых переменных, за исключением переменной «Плотность капиллярной сети площадная», были статистически значимыми; наиболее весомым из них, согласно значениям отношения шансов (Exp (B)), оказался параметр «Скорость кровотока в артериальном отделе». Наименьший вклад в прогнозирование НПДР вносит параметр «Плотность капиллярной сети площадная». Модель описывает 76,6% экспериментальных значений (R²=0,766), правильность предсказания по полученной формуле составила 92,2%.

Уравнение для оценки вероятности (p) наличия ПДР выглядит следующим образом:

p=1/1+e^Z

при z= –2,288+3,797·X1+2,139·X2–0,268·X3,

где X1 — независимая переменная «Скорость кровотока в артериальном отделе ≤451 мм/с (1/0)»; X2 — независимая переменная «Скорость кровотока в венозном отделе ≤441 мм/с (1/0)»; X3 — независимая переменная «Плотность капиллярной сети площадная ≤30,4% (1/0)».

Все коэффициенты независимых переменных, за исключением переменной «Скорость кровотока в венозном отделе», были статистически значимыми, наиболее весомым из них, согласно значениям отношения шансов (Exp (B)), оказался параметр «Плотность капиллярной сети площадная». Наименьший вклад в прогнозирование ПДР вносит параметр «Скорость кровотока в венозном отделе». Модель описывает 80,2% экспериментальных значений (R²=0,802), и правильность предсказания по полученной формуле составила 94,4%.

Предсказываемые значения для зависимой переменной ≥0 и ≤1 при любых значениях независимых переменных. При y>0,5 принималось, что существует высокая вероятность наличия диагностируемого заболевания.

Проверка адекватности (cross-validation) математической модели осуществлялась путем применения процедуры «скользящего экзамена» (jack-knife) — поочередного временного удаления части наблюдений (20%) и последующего пересчета. Результаты проверки представлены в табл. 6, они характеризуют модель как достаточно стабильную, отличия полученных величин точности прогноза не превышали 7,8% от результатов в целой выборке.

Таблица 6. Результаты проверки математических моделей прогноза НПДР и ПДР у пациентов с СД

Применение полученного алгоритма прогноза ДР на непролиферативной и пролиферативной стадиях выглядит следующим образом.

Пациент А., 1954 года рождения. Диагноз: «СД 2-го типа, ДР нет». Значения капилляроскопии ногтевого ложа: скорость кровотока в артериальном отделе — 635 мм/с (переменная больше порогового значения, принимает значение «0»), скорость кровотока в венозном отделе — 605 мм/с (переменная больше порогового значения, принимает значение «0»), плотность капиллярной сети площадная — 48,4% (переменная больше порогового значения, принимает значение «0»).

При математическом моделировании вероятности наличия НПДР получена следующая функция:

p=1/1+е^{(–2,288+3,797·0+2,139·0—0,268·0)}=0,085.

Полученное значение переменной y<0,5; прогнозируем отсутствие заболевания. Прогноз совпадает.

Пациентка А., 1945 года рождения. Диагноз: «СД 2-го типа, НПДР». Значения капилляроскопии ногтевого ложа: скорость кровотока в артериальном отделе — 397 мм/с (переменная меньше порогового значения, принимает значение «1»), скорость кровотока в венозном отделе — 434 мм/с (переменная меньше порогового значения, принимает значение «1»), плотность капиллярной сети площадная — 43,4% (переменная больше порогового значения, принимает значение «0»).

При математическом моделировании вероятности наличия НПДР получена следующая функция:

p=1/1+е^{(–2,288+3,797·1+2,139·1–0,268·0)}=0,967.

Полученное значение переменной y>0,5; прогнозируем наличие заболевания. Прогноз совпадает.

Таким образом, разработанный диагностический алгоритм позволяет с высокой точностью прогнозировать наличие НПДР и ПДР у пациентов с СД. Для удобства его практического использования в клинической практике была создана соответствующая компьютерная программа, позволяющая врачам неофтальмологического профиля, осуществляющим диспансерное наблюдение больных с СД 2-го типа, своевременно направить их в специализированный офтальмологический центр для определения показаний к раннему лечению ДР (рис. 5).

Рис. 5. Скриншоты компьютерной программы для расчета результатов прогноза ДР по данным капилляроскопии ногтевого ложа: результаты расчетов для клинических примеров №1 (а) и №2 (б).

1. Осуществлена оценка прогностической информативности таких параметров микроциркуляции ногтевого ложа, как «Скорость кровотока в артериальном отделе», «Скорость кровотока в венозном отделе» и «Плотность капиллярной сети площадная», в диагностике ДР. Достигнутые высокие чувствительность и специфичность указывают на принципиальную перспективность результатов капилляроскопии ногтевого ложа в качестве критериев скрининга ДР.

2. Определены критические «точки отсечения» основных характеристик капилляроскопии ногтевого ложа, которые позволяют врачу сделать заключение о риске развития ДР у пациентов с СД 2-го типа.

3. Выявлено, что для диагностики НПДР наиболее информативными параметрами капилляроскопии ногтевого ложа являются значения скорости кровотока, особенно в артериальном отделе, а в диагностике пролиферативной стадии ДР наибольшую прогностическую значимость имеет площадная плотность капиллярной сети.

4. На основе сопоставления индивидуальных результатов капилляроскопии ногтевого ложа пациента с полученными при анализе операционных кривых критическими значениями построены математические модели комплексного прогнозирования ДР с высокой точностью предсказания наличия непролиферативной и пролиферативной стадии (92,2 и 94,4% соответственно).

5. Для практического применения полученных результатов в клинической практике врачей неофтальмологического профиля, осуществляющих диспансерное наблюдение больных СД 2-го типа, создана компьютерная программа с расчетом результатов прогноза ДР по данным капилляроскопии ногтевого ложа, позволяющая своевременно направить пациентов с СД 2-го типа на консультацию к офтальмологу для диагностики клинически значимой ДР до того, как произойдет необратимое ухудшение зрения.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: А.Г., О.Ф.

Сбор и обработка материала: А.Г.

Статистическая обработка: С.Ш.

Написание текста: А.Г

Редактирование: А.Г., О.Ф.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.