Intravascular ultrasound with virtual histology in assessment of atherosclerotic plaque composition in patients with coronary artery disease and type 2 diabetes mellitus
- Authors: Zakharov AS1, Michurova MS1, Terekhin SA1, Kalashnikov VY.1, Smirnova OM1, Shestakova MV1, Dedov II1
-
Affiliations:
- Endocrinology Research Centre
- Issue: Vol 91, No 12 (2019)
- Pages: 41-46
- Section: Editorial
- Submitted: 16.04.2020
- Published: 15.12.2019
- URL: https://ter-arkhiv.ru/0040-3660/article/view/33737
- DOI: https://doi.org/10.26442/00403660.2019.12.000367
- ID: 33737
Cite item
Full Text
Abstract
Full Text
Введение Сахарный диабет 2-го типа (СД2) представляет собой серьезную медико-социальную проблему, приводя к ранней инвалидизации пациентов и высокой летальности от сердечно-сосудистых осложнений. Известно, что у пациентов с СД атеросклеротическое поражение прогрессирует быстрее, проявляется в более раннем возрасте, а также что больные СД2 имеют более высокий риск развития острого коронарного синдрома по сравнению с пациентами без нарушения углеводного обмена [1, 2]. У больных СД2 чаще отмечается отрицательное ремоделирование коронарных артерий - процесс, характеризующийся сужением сосуда. Возможно, это связано с увеличением количества фиброзной ткани и отложений кальция в артериальной стенке, в сочетании с нарушением эндотелиально-зависимой релаксации, что ограничивает расширение стенки сосуда по мере роста атеросклеротической бляшки (АСБ). Отрицательное ремоделирование коронарных артерий является предиктором развития сердечно-сосудистых событий [3, 4]. В случае отрицательного ремоделирования поражения ассоциируются с более высокой степенью стеноза просвета артерии. При отрицательном ремоделировании отмечается циркулярное распределение АСБ, в то время как при положительном ремоделировании АСБ в основном располагается эксцентрично [5]. Ремоделирование коронарных артерий также коррелирует с составом АСБ; «мягкие» АСБ ассоциируют с положительным ремоделированием, в то время как фиброзно-кальцифицированные бляшки связывают с отрицательным ремоделированием [6]. Также установлено, что у пациентов с СД кальциноз коронарных артерий более выражен и встречается чаще, чем у пациентов без нарушений углеводного обмена [7]. Наличие кальциноза коронарных артерий, визуализируемого при флюороскопии, является предиктором развития сердечно-сосудистых событий у пациентов с СД [8]. Развитие сердечно-сосудистых событий связано не только со степенью стенозирования просвета коронарных артерий, но также со структурой АСБ [9]. Несмотря на то что рентгеноконтрастное ангиографическое исследование является «золотым стандартом» в диагностике заболеваний коронарных артерий, определении протяженности и выраженности поражения, оценки анатомии коронарных артерий, оно имеет некоторые ограничения. При ангиографическом исследовании мы получаем только двухмерную картинку, очертания силуэта стенки артерии, что не позволяет получить полную информацию о степени поражения артерии. Более детальную информацию о степени выраженности поражения в сосудистой стенке можно получить с использованием методов внутрисосудистой визуализации, таких как внутрисосудистое ультразвуковое исследование (ВСУЗИ) и оптическая когерентная томография (ОКТ). ВСУЗИ - современный инвазивный метод исследования, который позволяет, в дополнение к ангиографическому ис-следованию, непосредственно визуализировать сосудистую стенку и АСБ. Также при помощи ВСУЗИ возможно провести оценку морфологии стенки сосуда и атеросклеротической бляшки, провести измерения диаметра артерии, площади просвета и степени стеноза артерии [10]. ВСУЗИ имеет меньшее пространственное разрешение, в отличие от ОКТ (100-200 и 10-20 мкм, соответственно), но обладает большей проникающей способностью (4-8 и 1-2 мм). Вследствие низкой проникающей способности ОКТ имеет ограничения в определении степени распространенности АСБ в толще стенки артерии, определении диаметра сосуда в области с минимальным просветом (границы наружной эластической мембраны). Также ВСУЗИ является более чувствительным методом определения кальцификации артерий [11]. Изображение ВСУЗИ в серой шкале формируется с использованием амплитуды радиочастотного сигнала. Тем не менее частота и сила сигнала различаются между тканями, независимо от сходства по амплитуде. Таким образом, ВСУЗИ-изображение в серой шкале имеет ограничение для точной идентификации определенных компонентов АСБ. Эти ограничения частично преодолены с применением новых методов постобработки данных ВСУЗИ. Спектральный анализ полученных при ВСУЗИ радиочастотных данных (ВСУЗИ с «виртуальной гистологией» - ВСУЗИ-ВГ) позволяет выполнить более детальный анализ компонентов бляшки и их морфологическую оценку [12]. Цель исследования. Оценить структуру и состав АСБ в целевом поражении сосуда у больных СД2 и пациентов без нарушения углеводного обмена с использованием ВСУЗИ и ВСУЗИ-ВГ. В исследование включено 25 пациентов с ИБС (17 мужчин, средний возраст 68 [63, 5; 73] лет), поступивших в НМИЦ эндокринологии Минздрава России для реваскуляризации миокарда. Сформировано две группы: в первую группу включено 15 пациентов с ИБС и СД2, во вторую - 10 пациентов без нарушения углеводного обмена. ВСУЗИ выполнялось в рамках процедуры чрескожного коронарного вмешательства. Данные для анализа получены с помощью 40 МГц ВСУЗИ-катетера (Atlantis SR Pro или OptiCross, Boston Scientific, США) на аппарате для ВСУЗИ iLab (Boston Scientific, США). ВСУЗИ-катетер заводился по коронарному проводнику за целевое поражение сосуда, во время обратной тракции ВСУЗИ-катетера выполнялось ВСУЗИ. Данные, полученные при исследовании, сохранялись для последующего анализа. Анализ полученных при ВСУЗИ данных проводился с помощью программного обеспечения QIvus iMap Basic Viewer (Medis Medical Imaging Systems). Оценка поперечных срезов проводилась в области целевого поражения артерии. Определялись: площадь поперечного сечения сосуда (ПС; рассчитывалась по границе наружной эластической мембраны), площадь просвета сосуда (ПП; рассчитывалась по границе внутренней эластической мембраны), площадь, занимаемая АСБ (ПБ), процент от площади поперечного среза сосуда, занимаемый АСБ (“plaque burden”), индекс ремоделирования артерии (ИР), состав АСБ по данным ВСУЗИ-ВГ. Процент от площади поперечного среза сосуда, занимаемой АСБ, рассчитывался по формуле: ((ПС мм^2 - ПП мм^2) / ПС мм^2) · 100. ИР - это отношение площади поперечного среза сосуда в области целевого поражения к площади поперечного среза сосуда в проксимальном референсном сегменте. Площадь поперечного среза сосуда в референсном сегменте оценива-лась в области с максимальным просветом, в пределах 15 мм от области целевого поражения, в участке без крупных бо-ковых ветвей. Ремоделирование считалось отрицательным при ИР ≤0,95, положительным - при ИР ≥1,05 [13]. Анализ ВСУЗИ-ВГ проводился с помощью программного обеспечения QIvus iMap Basic Viewer. Программное обеспечение iMap преобразует сигнал в частотный спектр, а затем сравнивает его со спектрами сигнала от различных тканей, полученных при аутопсии («библиотека данных»), чтобы найти наиболее близкое соответствие. Поскольку различные типы тканей (фиброзная, липидная, некротическое ядро и кальций) имеют отличительные спектры, технология iMap позволяет идентифицировать ткани по частотному спектру, который наиболее близко напоминает тот, который получен при исследовании. При анализе ВСУЗИ-ВГ в составе бляшки выделяются 4 компонента, которым присваивается соответствующий цветовой код: зеленый - фиброзный компонент; желтый - липидный компонент; розовый - некротическое ядро; голубой - участки кальциноза (плотный кальций). Каждый компонент АСБ представлялся в процентном отношении к общей площади АСБ (рис. 1, 2 на цветной вклейке). Статистический анализ полученных данных проводился с помощью программного обеспечения SPSS Statistics 23 (SPSS Inc., США). Данные представлены в виде медианы [25-го; 75-го перцентилей]. Для описания качественных данных рассчитывали абсолютные (n) и относительные (%) значения. Нормальность распределения проверялась критерием Шапиро-Уилка. Связь между количественными показателями устанавливали, используя непараметрический метод Манна-Уитни. Для анализа связей между категориальными переменными использовали критерий хи-квадрат (χ2) Пирсона и точный критерий Фишера. Статистически значимыми считали различия при p<0,05. Результаты Две группы пациентов сопоставимы по возрасту, полу, статусу курения, сердечно-сосудистым заболеваниям. Пациенты с СД2 чаще страдали ожирением (табл. 1). Средняя длительность СД2 составила 13 [2; 22] лет. Пациенты обеих групп сопоставимы по медикаментозной терапии на момент включения в исследование (табл. 2). Все пациенты получали двойную антиагрегантную и гиполипидемическую терапию. В группе пациентов с СД2 пер -оральную сахароснижающую терапию (ПССП) получали 8 (53,3%)пациентов, интенсифицированную схему инсулинотерапии - 4 пациента (26,6%). На комбинированной терапии инсулином и ПССП находились три пациента (20,1%). При поступлении всем пациентам проведена коррекция гиполипидемической и сахароснижающей терапии. Всего проанализировано 34 АСБ в 29 сосудах. В 1-й группе (больные ИБС и СД2) проанализировано 24 АСБ, во 2-й группе (пациенты без нарушения углеводного обмена) - 10. Наиболее часто в обеих группах пациентов целевое поражение сосуда локализовалось в передней межжелудочковой артерии (ПМЖА; табл. 3). У всех больных с ИБС и СД2 наблюдалось отрицательное ремоделирование артерии в области целевой АСБ. В группе без нарушений углеводного обмена наблюдалось как отрицательное, так и положительное ремоделирование (преобладало отрицательное ремоделирование). Статистически значимых отличий в исследуемых группах между показателями средней площади поперечного сечения сосуда, площади просвета сосуда и площади АСБ не наблюдалось. Процент от площади поперечного среза сосуда, занимаемой АСБ, был больше в группе пациентов без нарушения углеводного обмена. По данным ВСУЗИ-ВГ (iMap), процентное содержание некротического ядра и плотного кальция в составе АСБ в исследуемом поперечном срезе сосуда в области минимального просвета больше в группе пациентов с СД, в то время как содержание фиброзной ткани в составе АСБ преобладало у пациентов без нарушения углеводного обмена. Статистически значимой разницы в процентном содержании липидного компонента АСБ в исследуемых группах не отмечено (табл. 4). Обсуждение СД2 увеличивает риск развития ИБС и сердечно-сосудистую смертность в 2-4 раза по сравнению с общей популяцией [14]. Считается, что развитие острых коронарных событий вызвано либо эрозией, либо разрывом АСБ с обнажением некротического ядра. В ранее проведенном патологоанатомическом исследовании показано, что у больных СД2 отмечается большее содержание некротического ядра в АСБ, чем у пациентов без диабета [15]. В ходе нашего исследования также установлено, что больные с ИБС и СД2, по сравнению с пациентами без нарушения углеводного обмена, имеют большее содержание компонентов некротического ядра и плотного кальция в составе АСБ целевой коронарной артерии. При исследовании образцов после коронарной атерэктомии у больных СД2 P.R. Moreno и соавт. выявили в них значительное количество богатого липидами субстрата [16]. В исследовании К. Nasu при оценке АСБ с использованием ВСУЗИ-ВГ показано, что содержание плотного кальция и некротического ядра в составе АСБ преобладает у больных СД2, а также эти пациенты имеют более выраженное атеросклеротическое поражение, по сравнению с пациентами без диабета [17]. M.K. Hong и соавт. в своем исследовании частоты и предикторов разрывов АСБ с использованием ВСУЗИ у пациентов с острым коронарным синдромом и стабильной ИБС показали, что СД2 является независимым предиктором развития разрыва АСБ у пациентов со стабильной ИБС [18]. Известно, что наличие кальциноза в коронарных артериях связано с высоким сердечно-сосудистым риском и является предиктором кардиоваскулярных событий [19]. Также не вызывает сомнения, что степень кальцификации коронарных артерий является маркером тяжести атеросклероза. По данным ранее проведенных исследований с использованием электронно-лучевой компьютерной томографии, выраженность коронарной кальцификации четко коррелировала с общей распространенностью атеросклероза [20] и развитием неблагоприятных сердечно-сосудистых событий [21]. У больных СД2 уровень кальцификации коронарных артерий выше, чем у пациентов без нарушения углеводного обмена. Наличие кальцификации любой степени у пациентов с СД2 является предиктором более высокого риска общей смертности по сравнению с пациентами без диабета [22]. В ходе патологоанатомического исследования морфологии АСБ в коронарных артериях A.P. Burke и соавт. показано, что средняя площадь кальция в области поражения коронарной артерии, которое занимает >50% по-перечного среза сосуда, больше в группе больных СД2 [15]. В настоящем исследовании нами также выявлено преобладание плотного кальция в составе АСБ у больных ИБС и СД2 по сравнению с пациентами с ИБС и без нарушения углеводного обмена. Кальцификация артерии может формироваться либо локально в виде точечной кальцификации, либо диффузно в виде «листовой» кальцификации. Считается, что АСБ с точечной кальцификацией более подвержены разрыву и развитию атеротромботических осложнений, в то время как «листовая» или диффузная кальцификация ассоциируется с бляшками, менее склонными к разрыву [23, 24]. Таким образом, можно предположить, что выраженная диффузная кальцификация коронарных артерий у больных СД2 может являться фактором, препятствующим развитию острых сердечно-сосудистых событий. Основываясь на полученных данных, можно предположить, что оценка поражения целевого сосуда, выявление и стабилизация АСБ, склонных к разрыву, посредством интервенционного лечения и/или медикаментозной терапии являются важным направлением в терапии коронарного атеросклероза, а также улучшают прогноз у больных СД2. Ограничения исследования Малый объем исследуемой выборки не позволяет экстра-полировать результаты на всю популяцию больных ИБС и СД2. Одномоментный дизайн не позволяет достоверно судить о причинно-следственных взаимосвязях между признаками. Заключение Исследование АСБ коронарных артерий у больных СД2 с помощью ВСУЗИ-ВГ выявило большее содержание компонентов некротического ядра и плотного кальция в составе бляшки по сравнению с пациентами без нарушения углеводного обмена.About the authors
A S Zakharov
Endocrinology Research CentreMoscow, Russia
M S Michurova
Endocrinology Research CentreMoscow, Russia
S A Terekhin
Endocrinology Research CentreMoscow, Russia
V Yu Kalashnikov
Endocrinology Research CentreMoscow, Russia
O M Smirnova
Endocrinology Research CentreMoscow, Russia
M V Shestakova
Endocrinology Research CentreMoscow, Russia
I I Dedov
Endocrinology Research CentreMoscow, Russia
References
- Дедов И.И., Шестакова М.В. Сахарный диабет. Руководство для врачей. Москва: Универсум Паблишинг, 2003.
- Haffner S, Lehto S, Rönnemaa T, Pyöräl̈a K, Laakso M. Mortality from coronary heart disease in subjects with type 2 diabetes and in nondiabetic subjects with and without prior myocardial infarction. New Engl J Med. 1998;339:229-34. doi: 10.1056/nejm199807233390404
- Nicholls S.J, Tuzcu E.M, Kalidindi S, Wolski K, Moon, K-W, Sipahi I, Shoenhagen P, Nissen S.E. Effect of diabetes on progression of coronary atherosclerosis and arterial remodeling. J Am Coll Cardiol. 2008;52(4):255-62. doi: 10.1016/j.jacc.2008.03.051
- Cordunean A, Hodas R, Benedek E, Bordi L, Benedek I, Benedek T. Imaging techniques for the assessment of coronary arteries in diabetic patients undergoing PCI with bioresorbable vascular scaffolds. J Interdiscipl Med. 2017;2(1):36-40. doi: 10.1515/jim-2017-0030
- Varnava A.M, Mills P.G, Davies M.J. Relationship between coronary artery remodeling and plaque vulnerability. Circulation. 2002;105:939-43. doi: 10.1161/hc0802.104327
- Tauth J, Pinnow E, Sullebarger J.T, Basta L, Gursoy S, Lindsay J, Matar F. Predictors of coronary arterial remodeling patterns in patients with myocardial ischemia. Am J Cardiol. 1997;80(10):1352-5. doi: 10.1016/s0002-9149(97)00682-6
- Greenland P, Bonow R.O, Brundage B.H, et al. A Report of the American College of Cardiology Foundation Clinical Expert Consensus Task Force (ACCF/AHA Writing Committee to Update the 2000 Expert Consensus Document on Electron Beam Computed Tomography, ACCF/AHA 2007 Clinical Expert Consensus Document on Coronary Artery Calcium Scoring By Computed Tomography in Global Cardiovascular Risk Assessment and in Evaluation of Patients With Chest Pain. J Am Coll Cardiol. 2007;49:378-402. doi: 10.3410/f.1069728.522645
- Raggi P, Callister T.Q, Cooil B, et al. Identification of patients at increased risk of first unheralded acute myocardial infarction by electron - beam computed tomography. Circulation. 2000;101(8):850-5. doi: 10.1161/ 01.cir.101.8.850
- Burke A, Farb A, Malcom G, Liang Y, Smialek J, Virmani R. Coronary risk factors and plaque morphology in men with coronary disease who died suddenly. New Engl J Med. 1997;336:1276-82. doi: 10.1056/nejm199705013361802
- Potkin B.N, Bartorelli A.L, Gessert J.M, et al. Coronary artery imaging with intravascular high - frequency ultrasound. Circulation. 1990;81:1575-85. doi: 10.1161/01.cir.81.5.1575
- Sanidas E, Dangas G. Evolution of intravascular assessment of coronary anatomy and physiology: from ultrasound imaging to optical and flow assessment. Eur J Clin Investigat. 2013;43(9):996-1008. doi: 10.1111/eci.12119
- Garcìa-Garcìa H.M, Gogas B.D, Serruys P.W, Bruining N. IVUS-based imaging modalities for tissue characterization: similarities and differences. Int J Cardiovasc Imag. 2011;27(2):215-24. doi: 10.1007/s10554-010- 9789-7
- Nakamura M, Nishikawa H, Mukai S, Setsuda M, Nakajima K, Tamada H, Yeung A.C. Impact of coronary artery remodeling on clinical presentation of coronary artery disease: an intravascular ultrasound study. J Am Coll Cardiol. 2001;37(1):63-9. doi: 10.1016/s0735-1097(00)01097-4
- Kannel W.B. Diabetes and cardiovascular disease. JAMA. 1979;241(19):2035. doi: 10.1001/jama.1979.03290450033020
- Burke A.P, Kolodgie F.D, Zieske A, Fowler D.R, Weber D.K, Varghese P.J, et al. Morphologic findings of coronary atherosclerotic plaques in diabetics: A postmortem study. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2004;24(7):1266-71. doi: 10.1161/01.atv.0000131783.74034.97
- Moreno P.R, Murcia A.M, Palacios I.F, Leon M.N, Bernardi V.H, Fuster V, Fallon J.T. Coronary composition and macrophage infiltration in atherectomy specimens from patients with diabetes mellitus. Circulation. 2000;102(18):2180-4. doi: 10.1161/01.cir.102.18.2180
- Nasu K, Tsuchikane E, Katoh O, Fujita H, Surmely J-F, Ehara M, Suzuki T. Plaque characterization by virtual histology intravascular ultrasound analysis in patients with type 2 diabetes. Heart. 2007;94(4):429-33. doi: 10.1136/hrt.2007.118950
- Hong M.K, Mintz G.S, Lee C.W, et al. Comparison of coronary plaque rupture between stable angina and acute myocardial infarction: A three - vessel intravascular ultrasound study in 235 patients. Circulation. 2004;110(8):928-33. doi: 10.1161/ 01.cir.0000139858.69915.2e
- Shaw L.J, Giambrone A.E, Blaha M.J, et al. Long - term prognosis after coronary artery calcification testing in asymptomatic patients: A cohort study. Ann Intern Med. 2015;163(1):14-21. doi: 10.7326/M14-0612
- Hosoi M, Sato T, Yamagami K, Hasegawa T, Yamakita T, Miyamoto M, Fujii S. Impact of diabetes on coronary stenosis and coronary artery calcification detected by electron - beam computed tomography in symptomatic patients. Diabetes Care. 2002;25(4):696-701. doi: 10.2337/dia-care.25.4.696
- Arad Y, Spadaro L.A, Goodman K, Newstein D, Guerci A.D. Prediction of coronary events with electron beam computed tomography. J Am Coll Cardiol. 2000;36(4):1253-60. doi: 10.1016/s0735-1097(00)00872-x
- Raggi P, Shaw L.J, Berman D.S, Callister T.Q. Prognostic value of coronary artery calcium screening in subjects with and without diabetes. J Am Coll Cardiol. 2004;43(9):1663-9. doi: 10.1016/j.jacc.2003.09.068
- Kelly-Arnold A, Maldonado N, Laudier D, Aikawa E, Cardoso L, Weinbaum S. Revised microcalcification hypothesis for fibrous cap rupture in human coronary arteries. Proc Nat Acad Sci. 2013;110(26):10741-6. doi: 10.1073/pnas.1308814110
- Vengrenyuk Y, Carlier S, Xanthos S, et al. A hypothesis for vulnerable plaque rupture due to stress - induced debonding around cellular micro - calcifications in thin fibrous caps. Proc Nat Acad Sci. 2006;103(40):14678-83. doi: 10.1073/pnas.0606310103