Добавил:
Sekretar
kiopkiopkiop18@yandex.ru
t.me/Prokururor I Вовсе не секретарь, но почту проверяю
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ординатура / Хирургия / Библиотека им академика М.И. Перельмана / Книга_1449_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана
.pdf
51
трансформация затрагивает особенности углеводного, липидного,
аминокислотного и ацетатного обменов, участвующих в формировании
фенотипа раковых клеток [101,103,104]. Изменение углеводного обмена и
энергетического метаболизма в опухолевых клетках в настоящее время
признано одним из важнейших признаков рака. В солидных опухолях по мере
снижения уровня кислорода путь производства АТФ смещается с пути
OXPHOS на гликолиз, который является кислороднезависимым путем.
Гликолиз становится основным путем, с помощью которого гипоксические
клетки получают энергию, и поддерживается даже при восстановлении
нормального кислородного режима – явление, известное как эффект
Варбурга [105]. Однако к настоящему времени значимость этих
метаболических особенностей не раз подвергалась сомнениям и широко
обсуждалась. В результате многочисленных исследований стало очевидным,
что онкологические клетки имеют многочисленные генетические мутации,
которые в совокупности со специфическим микроокружением опухолей
воздействуют на различные сигнальные пути, оказывающие сильное влияние
на метаболизм [106]. В связи с этим следует подчеркнуть, что метаболическая
адаптация в опухолях выходит за пределы аэробного гликолиза. Ранее было
показано, что клетки одного и того же типа опухоли, развивающиеся у одного
пациента, имеют существенно различающийся уровень интенсивности
гликолиза [107]. Наиболее близкой к реальности выглядит теория о том, что
углеводный обмен раковых клеток включает три основных типа: аэробный
гликолиз, OXPHOS и гибридный режим (когда оба пути метаболизма идут
одновременно) [108]. При этом тип энергетического обмена не является
постоянным и может претерпевать изменения в зависимости от конкретного
состояния клеток и внешних раздражителей.
Не менее важным путем утилизации глюкозы является ПФП, в
результате которого происходит генерация пентозофосфатов для
обеспечения повышенного синтеза нуклеиновых кислот и продукции
восстановленного НАДФН [109]. Кофермент НАДФН необходим для
52
биосинтеза жирных кислот и холестерина, а также играет важную роль для
образования восстановленного глутатиона (GSH), основного поглотителя
АФК [110]. Гомеостаз НАДФН регулируется различными сигнальными
путями и несколькими метаболическими ферментами, которые подвергаются
адаптивным изменениям в раковых клетках [111]. НАДФН играет ключевую
роль в клеточной антиоксидантной системе опухоли, является важным
источником электронов для реакций восстановительного синтеза, включая
синтез жирных кислот, аминокислот и нуклеотидов для поддержания
быстрого роста опухолевых клеток, а также в качестве субстрата отвечает за
образование свободных радикалов НАДФН-оксидазами [112].
Опухолевые клетки больше зависят от гликолиза, чем от
митохондриального OXPHOS. ПФП и синтез жирных кислот активируются
при раке и зависят от гликолиза, который, по сути, является «осью»
метаболизма рака. Также увеличивается активность глутаминолиза как
основного источника азота в клетке. Кофакторы НАД
+
/НАДН и
НАДФ
+
/НАДФН участвуют во всех этих путях, обеспечивая быстрое
производство энергии, устранение избытка АФК и синтез макромолекул для
поддержки пролиферации и развития опухоли. Также важно отметить, что во
время гликолиза происходит увеличение количества свободного НАДН, в то
время как окислительный метаболизм характеризуется увеличением
количества связанного НАДН [75].
Кроме НАД
+
,
переносчиком электронов в клетке является ФАД.
Перестройка метаболизма в опухоли в сторону гликолитического пути будет
вызывать снижение концентрации клеточного ФАД. Отношение окисленных
электронных переносчиков к восстановленным называется редокс-
отношением (redox ratio) [113,114].
Помимо указанных метаболических перестроек опухолевых клеток,
важно отметить еще одну специфическую особенность
перепрограммирования раковых тканей: аномальный метаболизм гема и
накопление промежуточного продукта гема – порфиринов [115]. Также в
53
некоторых исследованиях сообщается, что накопление липофусцинов
коррелирует со степенью злокачественности раковых клеток и их гипоксией
[116].
Таким образом, контроль параметров МЦК, содержания кофакторов
НАД
+
и ФАД, состояния связывания с белками этих молекул, соотношений
их окисленных и восстановленных форм, а также оценка некоторых
специфических для рака веществ (порфирины и липофусцины) может лечь в
основу диагностики опухолевого процесса.
Одним из примеров патологического состояния эндогенной
интоксикации биотканей и организма в целом является механическая
желтуха (МЖ). МЖ – синдром, характеризующийся затруднением оттока
желчи из печени в тонкий кишечник [117]. Нарушение оттока желчи может
возникнуть по разным причинам, таким как камни в желчном пузыре,
опухоли или воспаление желчных протоков. Развитие синдрома МЖ ведет к
различным патофизиологическим изменениям на клеточном, тканевом,
органом и организменном уровне [118]. Пациенты с синдромом МЖ
подвержены высокому риску развития дисфункции печени, повреждению
гепатоцитов, увеличению их восприимчивости к патогенным факторам [119].
Функциональным элементом печени является совокупность
специализированных паренхиматозных печеночных клеток (гепатоцитов),
ориентированных вокруг терминальных ветвей воротной вены и печеночной
артерии, желчного протока, лимфатических микрососудов (рисунок 1.11).
Метаболический обмен в них происходит через доставку крови по
терминальным портальной венуле и артериоле. Приносящие микрососуды
распадаются на сеть широко анастомозирующих между собой синусоидов,
по системе которых кровь попадает в центральную вену [120–122].
54
Рисунок 1.11 – Строение микроциркуляторного русла печеночной дольки
(переведено и адаптировано из [121] и [122])
Анатомические особенности микроциркулярного русла печени
обуславливают выделение трех циркуляторных зон печеночных клеток в
простом ацинусе, отличающихся условиями кровоснабжения. Центральную
зону 1 формируют печеночные клетки, располагающиеся вокруг приносящих
терминальных сосудов, зону 3 – клетки наиболее отдаленные от них, зона 2
является промежуточной [121].
По мнению Э.И. Гальперина, клетки первой зоны получают
максимально оксигенированную кровь из печеночных артериол, но в то же
время первыми контактируют с дезоксигенированной кровью с различными
метаболитами из печеночных венул, клетки третьей зоны получают наиболее
дезоксигенированную кровь и являются наиболее чувствительными к
гипоксии и дефициту питательных веществ [123]. Таким образом, возникает
метаболическая гетерогенность: клетки первой зоны характеризуются
высокой активностью ферментов OXPHOS, высокими показателями
углеводного и белкового обмена, клетки же третьей зоны характеризуются
высоким уровнем гликолитических процессов и процессов
дегидрогенизации. Также клетки печени играют важную роль в обмене
липидов, ферментов, витаминов, минералов, желчных кислот, билирубина и
т.д. [120].
Исследования с участием лабораторных животных показали, что
развивающаяся билиарная гипертензия при МЖ вызывает повышение
55
портального давления практически сразу после обструкции желчных путей у
крыс и может сохраняться у животных с длительной обструкцией желчных
путей, несмотря на восстановление эффективного оттока желчи [124].
Клинические исследования также показали, что портальное давление у
больных с синдромом МЖ в более чем 2 раза превышало норму [120].
Экспериментальные и клинические данные показывают, что состояние
холестаза вызывает разбаланс в системе «доставка-утилизация» кислорода,
при котором наблюдается увеличение потребления кислорода и снижение его
доступности в печеночных клетках на фоне накопления билирубина и
желчных кислот [125]. Вследствие этого на фоне синдрома МЖ наблюдается
развитие тканевой гипоксии с последующим угнетением функционирования
гепатоцитов.
Исследование МЦК в печени лабораторных животных, имеющих
смоделированную обструкцию, показало, что в печени происходят
микрогемодинамические нарушения, являющиеся причиной гипоксического
повреждения печени [126]. Также в экспериментах с животными было
показано, что повышенный уровень билирубина связан с угнетением
OXPHOS. Это было объяснено возможными липофильными свойствами
билирубина и его способностью к связыванию с липидами
митохондриальных мембран и, как следствие, изменением их проницаемости
и набуханием митохондрий [127]. Также было обнаружено, что длительная
обструкция желчевыводящих путей значительно угнетает синтез АТФ и
сделано предположение, что это вызвано не разрушением митохондрий, а
факторами, ингибирующими митохондриальное дыхание [128].
Опубликованы многочисленные доказательства, что возникновение
митохондриальной дисфункции и нарушение OXPHOS происходит уже в
первые дни после окклюзии желчных путей [129–134].
Длительная и прогрессирующая МЖ приводит к нарушению функции
печени, что в итоге ведёт к печеночной недостаточности (ПН). По мнению
многих авторов, гипоксия гепатоцитов является непосредственной причиной
56
ПН [120,123]. Обструкция внепеченочных желчных путей приводит к
расширению желчных протоков с накоплением гидрофобных желчных
кислот в гепатоцитах. Эндогенная интоксикация при МЖ является пусковым
механизмом перекисного окисления липидов, гиперпродукции АФК, а также
снижения антиоксидантной защиты [135–137].
Специфическими свойствами печени являются синтез желчных кислот,
выделение билирубина и коньюгирование его с глюкуроновой кислотой. Эти
свойства обеспечивают синтетическую, выделительную и
дезинтоксикационную функции печени [138]. Желчь, как продукт
печеночных клеток, является уникальным биосубстратом для исследования.
Природа происхождения данной биологической жидкости позволяет
предположить, что её состав и свойства могут коррелировать с
функциональным состоянием печени [139]. Известно, что состав желчи
является определяющим фактором формирования желчных камней. В том
числе при развитии желчнокаменной болезни в ней наблюдается повышение
содержания желчных кислот [140] и холестерина [141]. Биохимический
анализ желчи показал, что часть биомаркеров могут быть использованы для
оценки повреждения желчных протоков при трансплантации печени
[142,143]. Также показано, что определение концентрации холестерина в
желчи имеет большой диагностический потенциал при диагностике развития
послеоперационной печеночной и почечной недостаточности [144].
Лечебный алгоритм пациентов с синдромом МЖ предполагает
декомпрессию желчевыводящих путей, в том числе наружную. Полученная
по дренажным катетерам желчь может использоваться для разработки новых
методов диагностики состояния выделительной функции печени.
Таким образом, контроль параметров МЦК и содержания
восстановленных форм НАДФН и НАДН, билирубина в паренхиме печени, а
также исследование изменения состава желчи может лечь в основу
разработки методов оценки эффективности лечения и прогноза течения
хирургических заболеваний, осложненных синдромом МЖ.
57
1.2 Аналитический обзор методов и средств диагностики перфузионно-
метаболических параметров биотканей организма в задачах
миниинвазивной хирургии
1.2.1 Обзор инструментальных методов интраоперационной
диагностики
Целями предоперационной инструментальной диагностики при МИХВ
являются: уточнение диагноза, определение состояния оперируемых
органов, а также топографическая (определение точного местоположения)
диагностика патологического очага с целью оптимального планирования
хода оперативного вмешательства. Для достижения поставленных целей
используются методы лучевой диагностики: ультразвуковое исследование
(УЗИ), магнитно-резонансная томография (МРТ), КТ. УЗИ позволяет
оценить состояние внутренних органов, исследовать уровень васкуляризации
опухолевых образований [145]. Метод МРТ активно применяется в
предоперационной диагностике мягких тканей и позволяет получить
высокую анатомическую детализацию органов [146]. При использовании
специализированных видов МРТ можно получать диагностическую
информацию о метаболических изменениях (функциональная МРТ) и уровне
кровоснабжения (перфузионная МРТ) органов на дооперационном этапе
[147,148]. Метод КТ в большей степени используется для оценки состояния
костных и других тканей и органов организма. КТ также позволяет получать
высокодетализированные изображения для планирования этапов операции и
определения хирургических ориентиров [149]. Перфузионная КТ позволяет
оценить перфузию тканей и количественно определить показатели кровотока
исследуемого органа [150].
В некоторых случаях, в зависимости от хирургической патологии,
применяются специализированные методы дооперационной
инструментальной диагностики. Примером таких методов может быть
58
проведение комплекса дополнительных исследований для выявления уровня
и характера изменений в желчных протоках у пациентов с МЖ: магнитно-
резонансная холангиопанкреатография (МРХПГ),
эзофагогастродуоденоскопия (ЭГДС), эндоскопическая ретроградная
холангиопанкреатография (ЭРХПГ), чрескожная чреспеченочная
холангиопанкреатография (ЧЧХГ), эндоскопическое УЗИ (эндо-УЗИ)
[151,152].
Интраоперационная диагностика в МИХ направлена на решение задач
оценки функционального состояния органов, границ резекции при удалении
новообразований, а также используется для навигации инструментария.
УЗИ является одним из основных методов инструментальной
диагностики, применяемых на интраоперационном этапе в МИХ. УЗИ
позволяет определить взаиморасположение органов с учетом их
физиологического движения в процессе проведения МИХВ, обеспечить
визуализацию инструментов при выполнении пункционно-дренажных
МИХВ, прогнозировать вероятность возникновения потенциальных
осложнений [34]. В зависимости от положения сонографического датчика
УЗИ обеспечивает трехмерное изображение области применения
инструментов, при этом оператор имеет полный контроль над положением
инструментов для МИХВ и может их визуализировать относительно тканей
в соответствии с интересующей плоскостью сканирования.
ЧПБ под ультразвуковым контролем является безопасным и
эффективным методом при большинстве видов локализации опухоли,
который позволяет получить необходимую информацию для выбора
оптимального лечения [7,45,47,50]. При выполнении таких МИХВ врач
может точно подвести иглу к интересующей области новообразования, что
позволяет получить качественный и надежный материал для
цитологического и/или гистологического анализа.
Многие миниинвазивные лечебно-диагностические манипуляции по
поводу большого спектра заболеваний таких как аденомы, кисты, увеличение
59
лимфатических узлов различной локализации, маститы, экссудативный
плеврит, абсцессы, опухоли и др. успешно проводятся под контролем УЗИ
[153–157]. На рисунке 1.12 приведен пример проведения пункционного
МИХВ под ультразвуковым контролем (чрескожная пункция жидкостного
образования брюшной полости под контролем УЗИ).
Недостатками метода УЗИ для интраоперационной диагностики
является ограничение четкости изображения площадью и плоскостью
датчика, низкое разрешение по сравнению с МРТ и КТ, ограничение
применения у пациентов с ожирением, невозможность получения
информации о метаболических характеристиках новообразования.
Разрешающая способность УЗИ в сочетании с получением 2D
изображения на экране увеличивают требования к опыту и квалификации
оператора при проведении данных процедур, особенно в навигации при
пункционных МИХВ новообразований малого диаметра.
а)
б)
Рисунок 1.12 – Чрескожная пункция жидкостного образования брюшной
полости: введение пункционной иглы в патологический очаг под контролем
УЗИ (а), ультразвуковая сканограмма (б)
Интраоперационная МРТ (иоМРТ) используется во время операции
для правильной навигации и подтверждения полного удаления опухоли [158–
160]. Эти вмешательства требуют наличия специальной операционной и
60
анестезиологического оборудования, совместимого с МРТ. В МИХ иоМРТ
применяют при выполнении пункционных МИХВ для контроля
позиционирования иглы [161]. Стереотаксическая биопсия новообразований
головного мозга под контролем иоМРТ может подтвердить точное
расположение кончика иглы во время операции и превращает «слепую»
процедуру в визуализируемую процедуру с высоким гистологическим
выходом [162–164]. Разработанные системы обеспечивают точность
наведения пункционных игл в доли миллиметра [165].
Пример открытой МРТ-системы для проведения биопсии опухоли
головного мозга, а также процесс контроля расположения пункционной иглы
приведены на рисунке 1.13 [166].
Самым большим ограничением применения данных систем является их
очень высокая стоимость и требования к специальным инструментам, с
которыми можно работать в магнитном поле высокой напряженности.
а)
б)
Рисунок 1.13 – Интраоперационная МРТ: оборудованная иоМРТ
операционная для проведения биопсий опухолей головного мозга (а), МРТ-
изображение в сагиттальной плоскости (кончик пункционной иглы указан
черной стрелкой, целевая область биопсии – красной точкой) (б) [166]
Интраоперационные рентгеновские методы исследования (РТВ и КТ).
Рентгеновские методы диагностики обладают несомненным преимуществом
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана