Горяйнов С.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Потапов А.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Гольбин Д.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Зеленков П.В.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН

Кобяков Г.Л.

ГБУ НИИ нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко

Гаврилов А.Г.

ФГАУ «Научно-исследовательский институт нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» Минздрава РФ, Москва, Россия

Охлопков В.А.

ГБОУ "Омская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации

Шурхай В.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Шелеско Е.В.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН, Москва

Жуков В.Ю.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН

Лощенов В.Б.

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Савельева Т.А.

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Кузьмин С.Г.

НИИ клинической онкологии РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН

Флуоресцентная диагностика и лазерная биоспектроскопия как один из методов мультимодальной нейронавигации в нейрохирургии

Журнал: Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2012;76(6): 57-65

Просмотров : 45

Загрузок : 2

Как цитировать

Горяйнов С. А., Потапов А. А., Гольбин Д. А., Зеленков П. В., Кобяков Г. Л., Гаврилов А. Г., Охлопков В. А., Шурхай В. А., Шелеско Е. В., Жуков В. Ю., Лощенов В. Б., Савельева Т. А., Кузьмин С. Г. Флуоресцентная диагностика и лазерная биоспектроскопия как один из методов мультимодальной нейронавигации в нейрохирургии. Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2012;76(6):57-65.

Авторы:

Горяйнов С.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Все авторы (13)

В современной нейрохирургии используются различные методы предоперационной и интраоперационной нейронавигации, которые позволяют оптимизировать ход операции, сократить ее продолжительность, повысить радикальность и безопасность. К ним относятся: рентгеновская компьютерная (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ), ультразвуковое сканирование; нейронавигационные системы; предоперационная метаболическая навигация (МР-спектроскопия, однофотонная эмиссионная компьютерная томография, позитронно-эмиссионная томография — ПЭТ); интраоперационная метаболическая навигация с различными агентами, а также нейрофизиологические методы (ЭЭГ, вызванные потенциалы различных модальностей, электрокортикография, интраоперационное картирование речедвигательных зон, ядер, корешков и нервных стволов). В настоящей статье мы подробно рассмотрим метод интраоперационной метаболической навигации, дополненный лазерной биоспектроскопией.

История открытия метода флуоресцентной диагностики

В основу фотодинамической диагностики легли исследования немецкого студента медика Oscar Raab. Еще в 1899 г. он сделал доклад на Собрании немецких естествоиспытателей и врачей, а позже опубликовал результаты своих экспериментов в области фототоксикологии [58]. Открытие, как это бывает нередко, было сделано почти случайно. O. Raab проводил эксперименты по токсическому воздействию различных субстанций, в том числе хинина, на инфузорию туфельку (Paramaecium caudatum). Полученные при этом результаты оказались, увы, невоспроизводимыми и неподдающимися объяснению. Но молодой ученый и его руководитель, директор Мюнхенского фармакологического института H. von Tappeiner, обратили внимание на влияние погодных условий во время исследований, особенно на существенно отличавшуюся освещенность. Было установлено, что такие вещества, как акридин, фенилакридин, эозин и хинин, в нетоксичных и малотоксичных концентрациях (в темноте) под влиянием дневного света оказывают на микроорганизмы исключительно сильное повреждающее действие [73]. Интересным оказалось, что общим свойством для этих веществ является флуоресценция. И хотя физические основы этого феномена были тогда еще мало изучены, работу провели именно в этом направлении. Во время экспериментов со светопреломляющей линзой O. Raab и H. von Tappeiner [58] выяснили, что флуоресценцию сильнее всего вызывали те же спектральные волны, которые оказывают наиболее агрессивное воздействие на P. caudatum.

Термин «фотодинамическая реакция» был введен H. von Tappeiner и соавт. [74] в 1904 г. для описания специфической фотохимической реакции, которая приводит к гибели биологических систем в присутствии света, красителя, поглощающего световое излучение, и кислорода. Применение фотодинамического эффекта в онкологии берет свое начало с работы A. Policard в 1924 г. [54], в которой было установлено, что при облучении УФ-светом некоторые злокачественные опухоли человека флуоресцируют в оранжево-красной области спектра. Данное явление объясняли наличием в опухолях эндогенных порфиринов. Как показали современные исследования, накопление эндогенных порфиринов в некоторых типах злокачественных опухолей действительно может происходить на поздних стадиях их развития, распада и метастазирования. Позднее это было подтверждено и на экспериментальных опухолях, которые флуоресцировали в красной области спектра, если животным предварительно вводили гематопорфирин [21], а R. Lipson и соавт. [35] показали в клинике, что после внутривенной инъекции смеси производных гематопорфирина злокачественные опухоли визуализируются за счет характерного флуоресцентного излучения избирательно накопленных порфиринов.

В 1948 г. выполнено первое клиническое исследование флуоресцентного эффекта при внутривенном использовании флуоресцеина во время нейрохирургических операций (n=46) при опухолях головного мозга [45]. В данной работе описан эффект накопления флуоресцеина в опухолевой ткани, что до появления методов нейровизуализации способствовало более точному определению локализации опухоли во время оперативного вмешательства. Накопление флуоресцеина было связано с нарушением проницаемости гематоэнцефалического барьера в области глиомы, и при его введении могла окрашиваться как опухолевая ткань, так и периферические структуры. Кроме того, препарат обладал локальной и общей токсичностью, вызывая аллергические реакции, и обладал длительным периодом элиминирования из организма (табл. 1).

Помимо этого, флуоресцентный сигнал в операционном поле может быть легко изменен различными факторами, включая миграцию внешнего света, выбеливание флуоресцентного эффекта и контаминацию раны кровью, содержащей флуоресцеин. В силу этого, использование флуоресцеина в дальнейшем не получило широкого распространения. Исследовались и другие красящие агенты для визуализации опухолей головного мозга [8, 9]. Однако из-за множества недостатков [13] они не были внедрены в широкую практику, а флуоресцеин в основном получил свое распространение для флуоресцентной ангиографии сосудов сетчатки глаз, а также для диагностики базальной ликвореи. В последние годы вновь появились сообщения по использованию индоцианина зеленого для интраоперационной флуоресцентной ангиографии и визуализации границ внутримозговых опухолей [34, 36, 41].

Неудовлетворенность хирургов существующими методами определения границ опухоли, прежде всего в хирургии внутримозговых опухолей, заставляла искать новые методы интраоперационной нейровизуализации. Следующий этап в развитии фотодинамических технологий в нейроонкологии наступил благодаря применению фотосенсибилизаторов, в частности, 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК), которая является естественным предшественником протопорфирина IX (PpIX), обладающего свойством флуоресценции [64, 66]. Первые работы по использованию 5-АЛК в качестве препарата для фотодинамической диагностики эритролейкемических клеток относятся к 1979 г. [39]. Позже было описано его применение для фотодинамической диагностики при опухолях кожи, слизистых, желчных и мочевых протоков, бронхов [11].

В эксперименте на глиомах 9L и С6 в культуре и в мозге крысы было показано накопление опухолевыми клетками и синтез в них эндогенных порфиринов в присутствии 5-АЛК [25]. В конце 90-х годов XX века появились первые сообщения о возможности применения 5-АЛК в нейрохирургии [64, 66]. В дальнейшем было доказано, что более интенсивное накопление PpIX в опухолевых клетках связано с увеличением проницаемости ткани для 5-АЛК, усилением захвата 5-АЛК опухолевыми клетками, изменением активности ферментов, катализирующих трансформацию PpIX в гем [26].

Принципы метода флуоресцентной диагностики

Принято различать аутофлуоресценцию или эндогенную флуоресценцию, т.е. способность к флуоресценции веществ, входящих в состав тканей, и экзогенную флуоресценцию, суть которой заключается в том, что после введения больному фотосенсибилизаторов, обладающих способностью к селективному накоплению в опухолевой ткани, возникает ее флуоресценция. В настоящее время одним из наиболее используемых фотосенсибилизаторов является 5-АЛК.

Схема 1. Схема биосинтеза гема (Hämbiosynthese nach Petrides PE in Physiologische Chemie, Löffler und Petrides Eds., 4. Aufl., 1988) [38].

5-АЛК — белый кристаллический порошок, предназначенный для приготовления водного раствора для перорального и внутриполостного введения. 5-АЛК — естественный источник синтеза протопорфирина PpIX — светопоглощающего митохондриального хромофора, предшественника гема [20].

Принцип метода заключается в селективном накоплении большого количества PpIX в клетках злокачественной опухоли в условиях избыточной концентрации 5-АЛК. При этом в клетках здорового мозга PpIX накапливается в незначительных количествах или не накапливается совсем [18, 25, 49]. Накопление PpIX происходит в течение нескольких часов. В опухолевых клетках высокий уровень PpIX сохраняется в течение 1—2 сут, в то время как в нормальных клетках он быстро утилизируется путем превращения в фотонеактивный гем. Результатом этого является высокий флуоресцентный контраст опухоли и окружающей ткани, что служит важным фактором для установления и уточнения границ опухоли при проведении флуоресцентной диагностики. Проницаемость интактного гематоэнцефалического барьера для 5-АЛК очень низкая — скорость потока составляет около 0,2 мкл/г в минуту, причем основным механизмом транспорта является пассивная диффузия [19]. Обнаружено несколько механизмов транспорта 5-АЛК через гематоликворный барьер в сосудистых сплетениях желудочков мозга, которые в норме обеспечивают низкую концентрацию 5-АЛК в ликворе по сравнению с концентрацией в плазме крови [49]. При опухолевом поражении вследствие нарушения целостности гематоэнцефалического барьера в области опухоли наблюдается проникновение 5-АЛК в клетки опухоли и перифокальную зону мозгового вещества, однако интенсивный синтез собственно фотосенсибилизатора — PpIX наблюдается только в опухолевых клетках, что выгодно отличает использование 5-АЛК от других ранее предпринимавшихся попыток «окрашивания» опухоли за счет поврежденного гематоэнцефалического барьера [64].

Для синтеза одной молекулы PpIX требуется 8 молекул 5-АЛК; отдельные этапы синтеза гема катализируют специальные ферменты, среди которых следует отдельно выделить феррохелатазу и порфобилиногендезаминазу, так как их активность в опухолевых клетках повышена по сравнению с неизмененной мозговой тканью [53]. Поскольку феррохелатаза в злокачественных опухолях действует медленно, добавление в среду большого количества 5-АЛК приводит к избыточному образованию PpIX и, следовательно, к повышенному накоплению хромофора в митохондриях опухоли. Кроме того, в опухолевых клетках активность порфобилиногендезаминазы повышена, в результате чего PpIX более интенсивно накапливается в тканях-мишенях по сравнению с нормальными клетками.

Препарат 5-АЛК обладает низкой токсичностью, в ходе экспериментальных и клинических исследований не отмечено ни одного случая летального исхода или нарушения функции внутренних органов. Препарат обычно вводится перорально в дозе 20 мг/кг за 2—3 ч до поступления пациента в операционную [66]. Изредка отмечается кратковременная фотосенсибилизация, редко — транзиторное кратковременное повышение уровня печеночных ферментов. В течение 24 ч после перорального приема препарат полностью выводится с мочой, не накапливаясь в тканях организма [64].

Специально разработанные приставки к операционным микроскопам обеспечивают возможность интраоперационной визуализации красно-розового свечения PpIX [66], что позволяет определять границы злокачественной опухоли, при этом интенсивность флуоресценции зависит от энергии активирующего излучения микроскопа [66]. Свет с длиной волны 405 нм максимально адсорбируется молекулами PpIX, а видимая флуоресценция отмечается в диапазоне 635—704 нм [23].

Принцип флуоресцентной навигации был также успешно комбинирован с эндоскопической техникой и в настоящее время широко используется для диагностики опухолей в урологии, гинекологии и других областях, где эндоскопическая диагностика играет важнейшую роль. Кроме того, благодаря угловому обзору, эндоскоп позволяет визуализировать «слепые зоны», которые нередко оказываются за пределами поля зрения операционного микроскопа, и их осмотр требует нежелательной тракции мозга [57].

Флуоресцентная диагностика в нейроонкологии

Хорошо известно, что одним из ключевых факторов прогноза при внутримозговых опухолях, помимо возраста и функционального статуса пациента, является радикальность удаления опухоли [3]. В ходе недавнего клинического исследования III фазы, проведенного группой по изучению применения 5-АЛК при глиомах, было продемонстрировано, что 5-АЛК-флуоресцентная навигация позволяет увеличить частоту радикальной резекции злокачественных глиом по сравнению с традиционной микрохирургией (65 и 35% соответственно). При этом авторы [67] добились увеличения в 2 раза 6-месячной безрецидивной выживаемости (41,0% против 21,1%).

По данным литературы [44], при использовании 5-АЛК у пациентов со злокачественными глиомами флуоресценция наблюдается в 80—90% случаев. По нашим данным [4, 6], видимая флуоресценция в хирургии глиом головного мозга Grade I—IV наблюдается примерно в 2/3 случаев. Использование интраоперационной флуоресцентной диагностики в хирургии глиом имеет ряд преимуществ, среди которых можно отметить следующие:

— более интенсивная визуализация анапластических участков глиом [22];

— лучшая дифференцировка тканей при продолженном росте глиом высокой степени злокачественности после предшествующего адъювантного лечения [31, 48];

— возможность выявления опухолевых клеток в стенках желудочков даже при отсутствии видимой инвазии их стенок [24].

На основании наших исследований [6] было установлено, что неизмененная стенка бокового желудочка в норме слабо флуоресцирует в режиме BL 400, вероятно, вследствие того, что субэпендимарная зона боковых желудочков является областью нейрогенеза в головном мозге человека. По данным литературы [59], дискутабельным является вопрос о флуоресценции доброкачественных внутримозговых опухолей. Описан флуоресцирующий эффект при плеоморфной ксантоастроцитоме у девочки 9 лет. Некоторые исследователи [6] отмечают положительный флуоресцентный эффект у пациентов с пилоидными астроцитомами, олигодендроглиомами и олигоастроцитомами головного мозга.

Флуоресценция опухоли во время операции, обеспеченная 5-АЛК, помогает хирургам в идентификации истинного края опухоли во время резекции глиальных опухолей, что приводит к более полной резекции опухолей [61, 65], а также остатков опухоли и ишемизированной перифокальной ткани [6]. Установлена корреляция между накоплением 5-АЛК в опухоли и контрастированием опухоли на МРТ [64] и ПЭТ с аминокислотами [63]. В ряде исследований [32], кроме 5-АЛК, использован альбумин, меченный аминофлуоресцеином. При сравнении ПЭТ с аминокислотами и МРТ с контрастом и 5-АЛК навигации в хирургии глиом выявлено, что при низкодифференцированных глиомах ПЭТ дала положительный результат в 86% случаев, тогда как 5-АЛК оказалась эффективной в 57% случаев [22]. По данным наших исследований [6], примерно в 50% случаев видимая флуоресценция отмечалась при глиомах Grade I—II, при этом наибольшей способностью к накоплению 5-АЛК обладают олигодендроглиомы, пилоидные астроцитомы и глиомы с кистозным компонентом.

При сравнении интраоперационной нейронавигации и интраоперационной метаболической навигации с 5-АЛК в хирургии высокозлокачественных глиом показано, что чувствительность навигации составила 57,8%, специфичность — 57,4%, а для 5-АЛК данные показатели составили соответственно 91,1 и 89,4% [52]. При сочетании этих методов чувствительность 5-АЛК навигации, по мнению P. Panciani и соавт. [52], может быть увеличена, однако это приводит к снижению показателей специфичности исследования.

В хирургии глиом головного мозга с продолженным ростом чувствительность и специфичность метода интраоперационной метаболической навигации с 5-АЛК требует уточнения. При исследовании 354 биоптатов, взятых в местах с положительной видимой флуоресценцией от 40 пациентов, авторы выявили ложноположительные биоптаты только в 12 (3,4%) случаях — наличие видимого свечения при отсутствии в биоптатах опухолевых клеток [48]. В литературе описаны случаи видимой флуоресценции при демиелинизирующих заболеваниях и лучевых некрозах после проведения радиотерапии. Ложноположительные результаты могут быть объяснены инфильтрацией перифокальной области реактивными астроцитами и макрофагами, аккумулирующими 5-АЛК [70]. Аналогичные случаи наблюдали и в общей онкологии после оперативных вмешательств на бронхах [10].

Работы с наиболее крупными сериями менингиом, оперированных с применением флуоресцентной навигации, опубликованы D. Collucia и соавт. [17] (33 пациента), Y. Kajimoto и соавт. [28] (27) и А.А. Потаповым [7] (21). Показано, что этот метод может быть полезен для выявления инвазии твердой мозговой, арахноидальной оболочек и подлежащей кости [7].

В хирургии внутримозговых метастазов флуоресцентный эффект получен в 32 (62%) из 52 случаев [29, 43]. В ряде работ сообщается о внутривенном использовании флуоресцеина натрия для интраоперационной диагностики метастазов в головной мозг [51]. В работе М.И. Куржупова [5] на примере 42 пациентов отмечена высокая эффективность метода флуоресцентной диагностики и лазерной спектроскопии при метастатическом поражении головного мозга. Описан случай успешного использования 5-АЛК в хирургии внутричерепного метастаза гепатоцеллюлярной карциномы у пациента 63 лет [46]. Таким образом, флуоресцентная диагностика в нейроонкологии доказала свою несомненную эффективность у пациентов с различными группами опухолей центральной нервной системы.

Флуоресцентная диагностика в сосудистой нейрохирургии

В 1961 г. H. Novotny и D. Alvis [50] показали возможность серийного фотографирования контрастированных флуоресцеином сосудов глазного дна. Флуоресцеин — слабая двухосновная кислота из группы ксантенов, используется в виде натриевой соли, хорошо растворимой в воде, и обладает очень высокой эмиссионной способностью — до 95% поглощенного синего света с максимумом абсорбции в диапазоне 480—500 нм, после чего наблюдается свет флуоресценции (с максимумом эмиссионной кривой 525—530 нм). При введении в кровь 80—85% флуоресцеина связывается с альбуминами плазмы. Однако эти связи слабы и лабильны и значительно зависят от температуры и рН крови. Благодаря небольшим размерам молекулы и низкой молекулярной массе флуоресцеин легко проникает через большинство биологических мембран путем диффузии. Окрашивание кожи и слизистых оболочек достигает максимума через 10 мин после введения; освобождение тканей от флуоресцеина происходит в течение 24—48 ч, в основном через печень и почки [1].

К противопоказаниям для внутривенного использования флуоресцеина натрия относят: 1) беременность; 2) тяжелые реакции на флуоресцеин и другие тяжело протекающие аллергические реакции в анамнезе.

В настоящее время в сосудистой нейрохирургии все шире используется интраоперационная флуоресцентная диагностика. Визуальная оценка комплекса аневризмы и прилежащих сосудов не всегда позволяет достоверно оценить гемодинамическую ситуацию после наложения клипса, поэтому в течение многих лет контрольная ангиография являлась «золотым стандартом» оценки качества вмешательства. Интраоперационная ультразвуковая допплерография является быстрым, функциональным и неинвазивным методом оценки сосудистой гемодинамики, позволяющим хирургу обнаружить стеноз артерии либо неполное выключение аневризмы непосредственно во время операции [12]. В то же время видеоангиография с индоцианином (англ. ICG-angiography) — новый и многообещающий метод нейровизуализации в сосудистой нейрохирургии. Индоцианин имеет максимум поглощения около 800—810 нм. Препарат используется в самых различных областях медицины: онкологии, хирургии, офтальмологии, исследовании функции печени и других областях медицины. В отличие от флуоресцеина, который свободно просачивается через стенку сосудов, до 98% индоцианина зеленого связывается с белками крови, что замедляет его экстравазацию и позволяет лучше изучать ангиоархитектонику, причем побочные эффекты у препарата наблюдаются реже, чем при использовании флуоресцеина натрия [1]. Флуоресценция индоцианина зеленого составляет 1/25 от таковой у флуоресцеина. Пики возбуждения (805 нм) и эмиссии (835 нм) лежат вблизи ИК-спектра. По материалу 976 видеоангиографий, выполненных с 2003 г. по 2011 г., у 80 пациентов с аневризмами сосудов головного мозга проведена переустановка клипса, из них у 54,7% отмечалось наличие резидуальной аневризмы, у 42,9% — окклюзия несущей артерии, а у 2,4% — выявлены обе причины [16].

Флуоресцентная диагностика в хирургии базальной ликвореи

Метод эндоскопической эндоназальной диагностики и лечения назальной ликвореи с использованием флуоресцеина натрия, вводимого эндолюмбально, впервые использовали H. Kirchner и соавт. [62]. Препарат вводят перед или во время операции эндолюмбально для выявления точной локализации ликворной фистулы и более эффективного закрытия дефекта [30]. Желто-зеленый цвет назального секрета указывает на присутствие ликвора. Использование синего светофильтра улучшает выявление сильно разведенного флуоресцеина. Положительный результат, т.е. верификация топического диагноза, по данным разных авторов [30, 75], наблюдается более чем в 95% случаев. Осложнения при данной методике возникают редко, и они связаны чаще всего с высокими дозами введенного флуоресцеина. Описаны явления менингизма [30], параплегии, опистотонуса, судорог [42, 43, 47]. В связи с этим эндолюмбальное введение флуоресцеина еще не получило одобрение FDA США. В России применение данного метода в нейрохирургической практике также еще не разрешено.

Метод оптической лазерной спектроскопии как дополнение флуоресцентной навигации

Первые экспериментальные исследования эффективности лазерной спектроскопии для определения границ опухоли в головном мозге у животных были проведены W. Poon и соавт. [55]. Первое упоминание об использовании лазерной спектроскопии у больного с глиомой головного мозга принадлежит W. Stummer и соавт. [64] (табл. 2).

По мнению S. Toms и соавт. [69], метод интраоперационной оптической спектроскопии позволяет верифицировать солидную часть внутримозговой опухоли (глиомы) с чувствительностью 80%, специфичностью 89%, а край опухоли — соответственно 94 и 93%. По данным P. Valdés и соавт. [72], при использовании флуоресцентной спектроскопии эффективность определения PpIX в хирургии различных опухолей головного мозга составляет 87% по сравнению с визуальной оценкой — 66%. Метод позволяет обнаружить границы инфильтрирующих опухолей даже в тех случаях, когда стандартные методики флуоресценции не работают [40, 71, 72].

Принцип метода основан на сверхбыстрой детекции отраженного лазерного сигнала от поверхности исследуемой ткани. Прибор состоит из источника лазерного излучения (красный лазер), оптических волокон, преобразователя и компьютера со специальной программой для анализа излучения (рис. 1).

Рисунок 1. Внешний вид спектроанализатора ЛЭСА-01-БИОСПЕК.

Свет лазера, попадая на исследуемую ткань, возбуждает молекулу PpIX, которая испускает отраженный сигнал, улавливаемый детекторами. С помощью преобразователя сигнал формируется в диаграмму, на которой можно видеть относительные величины флуоресцентного контраста, который рассчитывается как отношение площади пика сигнала PpIX к площади отраженного лазерного сигнала (рис. 2).

Рисунок 2. Интраоперационная спектрограмма. а — в виде диаграммы, б — в виде кривой.
Относительные величины для неизмененной ткани мозга составляют 2—3 ед.; показатели выше 5 ед. расцениваются как опухолевая ткань или переходная зона. Спектры, получаемые таким образом, имеют два основных максимума: максимум рассеянного тканью света от лазера на 632,8 нм и максимум спектра флуоресценции, соответствующий пику флуоресценции PpIX в ближнем ИК-диапазоне (около 705 нм).

В качестве диагностического критерия используeтся величина флуоресцентного контраста, представляющая собой отношение интенсивности флуоресценции измененной ткани к интенсивности флуоресценции нормальной ткани мозга (рис. 3).

Рисунок 3. Вычисление величины флуоресцентного контраста — площадь пика сигнала PpIX (стрелка вверх, второй пик)/площадь отраженного лазерного сигнала (стрелка вниз, первый пик).

Это позволяет нивелировать влияние индивидуальных физиологических особенностей конкретного пациента. Ряд авторов [70] дополняют систему лазерной спектроскопии звуковым сигналом.

Флуоресцентная навигация с применением 5-АЛК, дополненная лазерной биоспектроскопией, в хирургии глиом головного мозга может быть перспективным методом интраоперационной диагностики, позволяющим более четко дифференцировать границы опухоли, перифокальной зоны и интактной мозговой ткани и тем самым повысить радикальность хирургического вмешательства. Преимущество спектроанализа заключается в том, что он позволяет выявить накопление РрIX в ткани при наличии умеренного количества крови (видимая флуоресценция при ее наличии затруднена), а также в отсутствие видимого свечения определяет его уровень, благодаря чему было обнаружено, что даже визуально «нефлуоресцирующие» опухоли на самом деле обладают определенным уровнем флуоресценции. По мнению S. Utsuki и соавт. [70], методика лазерной спектроскопии может использоваться в хирургии нефлуоресцирующих опухолей головного мозга, помогая выявить границы инфильтративной растущей глиомы, когда стандартные методы флуоресценции неэффективны. Результаты исследований ряда авторов [14, 72] свидетельствуют о том, что использование лазерной спектроскопии позволяет уменьшить частоту ошибок в ходе операции при идентификации злокачественных глиальных опухолей (Grade III—IV), а также некоторых доброкачественных опухолей (Grade I—II) и накапливающих 5-АЛК.

Применение метода флуоресцентной спектроскопии позволяет выявлять участки опухоли с большей концентрацией PpIX, при этом отмечается достоверная корреляция между концентрацией PpIX и степенью анаплазии [23]. Показана корреляция между величиной спектральных характеристик по PpIX и индикатором пролиферативной активности МIB-1, сосудистым эндотелиальным фактором роста [27].

Метод комбинированной лазерной спектроскопии в нейрохирургии

По мере накопления опыта работы с 5-АЛК были выявлены определенные ограничения данного метода, в частности, отсутствие накопления PpIX у 1/3 пациентов с глиомами головного мозга. Это может быть обусловлено различными механизмами, в частности, низким митотическим потенциалом опухоли, выраженной неоднородностью ее строения, активным эффлюксом препарата из клеток глиомы. В связи с этим в настоящее время активно разрабатываются методы комбинированной спектроскопии в нейрохирургии. Перспективным представляется дополнение стандартной интраоперационной спектроскопии новыми опциями, что особенно важно в хирургии нефлуоресцирующих опухолей головного мозга. К ним относятся исследование аутофлуоресценции, изучение светорассеивающих свойств исследуемых тканей и оксигенации тканей.

Рядом авторов показана эффективность спектроскопии в диагностике опухолей мозга по содержанию флавинадениндинуклеотида и никотинамидадениндинуклеотида (НАД) в эксперименте [23] и в клинике [15] у пациентов с глиомами головного мозга. Это обусловлено различным характером энергетического метаболизма в опухоли и окружающей мозговой ткани. Спектр аутофлуоресценции биологических тканей в видимом диапазоне формируется определенными биологическими молекулами (эндогенными флуорохромами), флуоресцирующими на разных длинах волн. В синей области эффективно возбуждаются флавины, порфирины, НАД и некоторые другие флуорохромы [10]. В общей онкологии было показано, что на стадии предрака и раннего рака очаги патологии характеризуются резким снижением уровня аутофлуоресценции тканей в видимом диапазоне по сравнению с неизмененными тканями [33]. В настоящее время наибольший клинический материал в аутофлуоресцентном диагностическом исследовании накоплен при раке легкого [10]. Среди наиболее доступных для анализа эндогенных флуорофоров, по мнению S. Toms и соавт. [68, 69], следует признать триптофан, тирозин, фенилаланин, коллаген, эластин, НАДФ, флавины, порфирины. При этом НАД и НАДФ являются доминантными тканевыми флуорофорами, флуоресцирующими в диапазоне 450—470 нм. Применение оптического анализа может дать информацию о клеточной физиологии, обусловленную ролью окислительного фосфорилирования и аэробного гликолиза [69]. Применение комбинированного метода оптической спектроскопии, включающего анализ флуоресценции с 5-АЛК, и аутофлуоресценции в хирургии глиомы показало чувствительность 80%, специфичность 89% для солидной части опухоли и соответственно 94 и 93% для края опухоли [69]. При исследовании концентрации внеклеточного холина, аспартата, таурина, гамма-аминомасляной кислоты, лейцина было показано, что в глиомах Grade IV их содержание было значимо выше, чем в нормальной мозговой ткани [68, 69].

Изучение светорассеивающих свойств света связано с различной плотностью клеток опухоли, периопухолевой ткани и здорового мозга. В настоящее время ведутся работы по изучению чувствительности и специфичности спектроскопии при доброкачественных глиомах как в эксперименте [37], так и в клинике [60, 72], что может повысить диагностическую ценность метода при интраоперационном оптическом исследовании мозга в нейрохирургии.

Заключение

В настоящее время в нейрохирургии используются различные методы интраоперационной нейровизуализации. Бесспорно, использование метаболической навигации, дополненной лазерной спектроскопией, является перспективным методом в нейроонкологии, сосудистой нейрохирургии, хирургии базальной ликвореи. Будущие исследования направлены на поиск новых методов метаболической нейронавигации и совершенствование оптического спектрального анализа тканей мозга с использованием различных метаболитов.

Комментарий

Представлен обзор использования метода флуоресцентной диагностики в различных областях нейрохирургии: в нейроонкологии (на примере глиом головного мозга, менингиом и метастазов), сосудистой нейрохирургии и хирургии базальной ликвореи. Описаны основные этапы развития метода, его преимущества и недостатки. Отдельно рассматриваются вопросы применения 5-АЛК и флуоресцеина натрия. Описаны основные принципы флуоресцентной диагностики и даны представления о методе лазерной спектроскопии в нейроонкологии как дополнительной опции быстрой количественной интраоперационной метаболической навигации. Показаны ограничения лазерной спектроскопии с использованием 5-АЛК, обсуждаются преимущества комбинированной лазерной спектроскопии с использованием дополнительных опций.

Статья С.А. Горяйнова и соавт. является актуальной и востребованной в нейрохирургии, имеет большую научную и практическую ценность.

О.Н. Древаль (Москва)

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail