Results magnetic resonance spectroscopy on hydrogen in patients with metastatic lesions brain

Abstract

In our work, we were examined 18 patients with metastatic brain lesions. The resulting data provide an opportunity to study with the help of magnetic-resonance spectroscopy of hydrogen identify specific changes, occurring at the biochemical level in tissues of metastatic tumors compared to the contralateral unchanged substance of the brain.

Full Text

Диагностика в нейроонкологии, представляет значительные трудности в связи с многообразием нозологических форм, клиническая симптоматика которых весьма сходна и неспецифична, особенно в начальных стадиях развития опухолевого процесса. За последнее время лучевая диагностика опухолей головного мозга шагнула вперед благодаря внедрению в клиническую практику таких методов морфологической визуализации, как компьютерная и магнитно-резонансная томография. Однако указанные методы исследования, несмотря на их большие диагностические возможности, как правило, не позволяют получить объективную информацию о биологических особенностях новообразований, в частности о степени злокачественности опухолей и особенностях их метаболизма. Весьма перспективной в данной ситуации является методика магнитно-резонансной спектро скопии, позволяющая прижизненно, неинвазивно получать данные о биохимическом строении тканей [1]. Цели исследования: 1) определить особенности биохимического состава и метаболизма тканей метастатических опухолей; 2) провести сопоставление данных магнитно-резонансной спектроскопии с гистологическим типом опухолей; 3) оценить возможность использования магнитнорезонансной спектроскопии в клинической практике в качестве дополнительного метода дифференциальной диагностики метастатического поражения головного мозга. Материалы и методы В предоперационном периоде обследовано 18 больных с метастатическим поражением головного мозга: 3 пациента - с метастазами рака прямой кишки; 6 - с метастазами меланомы; 7 - с метастазами рака легкого; 1 - с метастазами рака мо 116 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. лочной железы и 1 - с метастазами рака желудка. Исследования проводились на магнитно-резонансном томографе (1,5 Тл), с применением поверхностной радиочастотной катушки для магнитно-резонансной спектроскопии. Всем больным была выполнена магнитно-резонансная томография (МРТ), после чего проведена магнитно-резонансная спектроскопия (МРС). Применение методики МРС позволило получить спектр различных метаболитов: [N-ацетиласпартат (NAA), Холин (Cho), Лактат (Lac), Креатин (Cr)] и определить их содержание в исследуемых биосредах. Верификацию диагнозов осуществляли во время операции (включая стерео-таксическую биопсию), с последующим гистологическим исследованием операционного биоматериала. Оценку значимости различия полученных показателей производили при помощи непараметрического критерия U-критерия Манна-Уитни (Mann-Whitney) и теста Крускала-Уоллиса (Kruskal-Wallis). Результаты и их обсуждение При МРТ большая часть метастатических опухолей характеризовалась изо- и гиперинтенсивным сигналом на Т2-взвешенном изображении (Т2-ВИ), изо- и гипоинтенсивным сигналом на Т1-взвешенном изображении (Т1-ВИ). В половине наблюдений, в метастатических опухолях, визуализировались участки некроза, расположенные преимущественно в средней части опухоли и характеризующиеся повышенным сигналом на Т2-ВИ и пониженным сигналом на Т1-ВИ. В трёх наблюдениях из шести в метастазах меланомы визуализировали участки гиперинтенсивного сигнала на Т1-ВИ и изо-или гипоинтенсивного на Т2-ВИ, вследствие присутствия меланина, обладающего парамагнитным эффектом (патогномонич-ный признак метастаза меланомы). При внутривенном контрастном усилении определялось как выраженное гомогенное повышение интенсивности сигнала от метастазов на Т1-ВИ, так и накопление в виде кольца («корона-эффект»), что обусловлено некрозом в центре его образования [2]. Величины исследуемых показателей (метаболитов), полученные методикой МРС от участков головного мозга пациентов, содержащих метастатические опухоли, представлены в таблице 1, а полученные от контрлатеральных участков головного мозга, содержащих неизмененное вещество (контроль), представлены в таблице 2. Таблица 1 Данные МРС, полученные от содержащих опухолевую ткань участков головного мозга в группе пациентов с метастатическим его поражением Исследуемые показатели Мин. значение Нижний квартиль Q25 Медиана Верхний квартиль Q75 Макс. значение Доля NAA* 0,23866 0,88921 1,70996 2,71710 32,9759 Доля Cho* 50,73359 75,85141 88,11901 92,54202 99,2840 Доля Cr* 0,21357 1,43042 2,33766 4,46719 37,3358 Доля Lac* 0,17452 0,46760 4,67282 12,91248 37,5000 NAA/Cr 0,02513 0,29286 0,64167 1,40000 13,6667 Cho/Cr 1,46231 19,61111 35,70982 65,24706 416,0000 Lac/Cr 0,01149 0,23611 1,47619 5,96875 78,0000 Примечание: * p<0,05 по сравнению с контролем (с данными, полученными от идентичных контрлатеральных участков головного мозга пациентов, не содержащих метастатические опухоли) 117 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. Таблица 2 Данные МРС, полученные от контрлатеральных участков, содержащих неизмененное вещество головного мозга в группе пациентов с метастатическим поражением головного мозга (контроль) Исследуемые показатели Мин. значение Нижний квартиль Q25 Медиана Верхний квартиль Q75 Макс. значение Доля NAA 31,45917 41,16915 44,13013 47,07379 62,50000 Доля Cho 20,47244 26,66667 28,20661 30,00000 34,50135 Доля Cr 16,53543 25,14881 27,53508 28,97297 33,82749 Доля Lac 0,00000 0,00000 0,00000 0,22936 1,60772 NAA/Cr 0,93625 1,42616 1,59524 1,86207 3,73016 Cho/Cr 0,86935 0,97753 1,05238 1,12209 1,35602 Lac/Cr 0,00000 0,00000 0,00000 0,00826 0,07937 Анализируя приведенные в таблицах 1 и 2 данные, можно сделать вывод, что доля содержания метаболитов NAA и Cr в участках, содержащих опухолевую ткань, была достоверно ниже (р<0,001), чем в участках, содержащих неизмененное вещество головного мозга контралатеральной стороны (рис. 1, 2). NAA - это метаболит, присутствующий преимущественно в нервной ткани, и лишь в минимальной концентрации может содержаться в других тканях [3]. Так как метастатические опухоли в большинстве случаев образованы не из нейроэктодермальной ткани, следовательно, содержание NAA в них должно быть минимальным или отсутствовать. Рис. 1. Изменение доли NAA у больных опухолями головного мозга по сравнению с контрлатеральным неизмененным веществом головного мозга (p<0,001) При метастатических опухолях головного мозга вследствие использования преимущественно анаэробных катаболи-ческих механизмов получения энергии и значительно сниженных процессов окислительного фосфорилирования, содержание креатина и фосфоркреатина значительно снижено [4]. Доля метаболита Cho в участках, содержащих опухолевую ткань была досто верно выше (p<0,05), чем в участках, содержащих неизмененное вещество головного мозга контралатеральной стороны (рис. 3). При метастатическом поражении головного мозга, как и при других опухолях головного мозга, вследствие активных пролиферативных процессов и протеоли-тического разрушения клеточных мембран происходит увеличение содержания свободного холина в опухоли [5]. 118 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. Рис. 2. Изменение доли креатина у больных опухолями головного мозга по сравнению с контрлатеральным неизмененным веществом головного мозга (p<0,001) Рис. 3. Изменение доли холина у больных с метастатическими опухолями головного мозга по сравнению с контрлатеральным неизмененным его веществом (p<0,05) Таким образом, наиболее значимыми изменениями у пациентов с метастатическим поражением головного мозга по сравнению с неизмененным веществом головного мозга контралатеральной стороны стали: снижение доли NAA и Cr, увеличение доли Cho и Lac относительно общего количества определяемых метаболитов. Для иллюстрации возможностей магнитно-резонансной спектроскопии по водороду в диагностике метастатических опухолей головного мозга приводим три клинических наблюдения: Клиническое наблюдение 1. Больной З., 69 лет. При выполнении МРТ на границе левой лобной и теменной долей определяется образование с неровными контурами, неоднородной структуры, ги-перинтенсивное на Т2-ВИ, изо- и гипоин-тенсивное на Т1-ВИ. На постконтрастных Т1 -ВИ выявляется повышение интенсивности сигнала по периферии образования. Вокруг данного образования отмечается выраженная зона перифокального отека. При выполнении МРС по водороду определяется значительное снижение содержания NАА и КР, умеренное увеличение содержания Cho. Усредненные результаты, полученные в исследуемых участках головного мозга с удовлетворительным качеством спектров, представлены в таблице 3. Из представленных в таблицах 1,2 и 3 119 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. данных следует, что выявленные у больного З. (69 лет) изменения метаболитов (доля Таблица 3 Сравнение данных МРС у больного З. (69 лет), полученных в содержащих опухолевую ткань участках головного мозга, с участками неизмененного контралатерального его вещества Исследуемые показатели Величины показателей, полученных у больного З. Опухоли метастатического происхождения Me (25%; 75%) Неизмененное вещество головного мозга Me (25%; 75%) Доля NAA 2,97 1,71 (0,89; 2,72) 44,13 (41,17; 47,07) Доля Cho 95,08 88,12 (75,85; 92,54) 28,21 (26,67; 30,0) Доля Cr 1,37 2,34 (1,43; 4,47) 27,54 (25,15; 28,97) Доля Lac 0,49 4,67 (0,47; 12,91) 0,0 (0,0; 0,23) NAA,Cho, Cr, Lac) в участках головного мозга, содержащих опухолевую ткань, характерны для метастатического его поражения. При морфологическом исследовании биоптата выявлен метастаз меланомы. Клиническое наблюдение 2. Больная С., 51 год. При выполнении МРТ в левом полушарии мозжечка определяется образование с неровными и четкими контурами, неоднородной структуры, гипе-ринтенсивное на Т2-ВИ, изо- и гипоин-тенсивное на Т1 -ВИ. На постконтрастных Т1 -ВИ выявляется повышение интенсивности сигнала по периферии данного опухолевого образования. Вокруг последнего отмечается зона перифокального отека. При выполнении МРС определяется выраженное снижение содержания N-ацетиласпартата и креатина, умеренное увеличение содержания холина, появление лактата. Усредненные результаты, полученные в участках с удовлетворительным качеством спектров, представлены в таблице 4. Из представленных в таблицах 1,2 и 4 данных следует, что выявленные у больной С. (51 год) изменения метаболитов (доля NAA,Cho, Cr, Lac) в участках головного мозга, содержащих опухолевую ткань, характерны для метастатического поражения. При морфологическом исследовании био-птата определен метастаз рака легкого. Таблица 4 Сравнение данных МРС у больной С. (51 год), полученных в участках головного мозга, содержащих опухолевую ткань с участками неизмененного контралатерального его вещества Исследуемые показатели Величины показателей, полученных у больной С Опухоли метастатического происхождения Me (25%; 75%) Неизмененное вещество головного мозга Me (25%; 75%) Доля NAA 2,76 1,71 (0,89; 2,72) 44,13 (41,17; 47,07) Доля Cho 84,08 88,12 (75,85; 92,54) 28,21 (26,67; 30,0) Доля Cr 2,34 2,34 (1,43; 4,47) 27,54 (25,15; 28,97) Доля Lac 10,82 4,67 (0,47; 12,91) 0,0 (0,0; 0,23) Клиническое наблюдение 3. Больной Ч., 65 лет. При выполнении МРТ в нижнемедиальных отделах левой теменной доли определяется образование неоднородной структуры, изоинтенсивное на Т1 -ВИ и Т2-ВИ, со смещением срединных структур вправо до 5 мм. Вокруг образо вания отмечается выраженная зона пери-фокального отека. На постконтрастных Т1 -ВИ отмечается неравномерное повышение интенсивности сигнала от данного опухолевого образования. При выполнении МРС определяется выраженное снижение содержания N- 120 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. ацетиласпартата и креатина, значительное увеличение содержания холина, появление лактата. Усредненные результаты, по Из представленных в таблицах 1,2 и 5 данных следует, что выявленные у больного Ч. изменения метаболитов (доля NAA, Cho, Cr, Lac) в участках головного мозга, содержащих опухолевую ткань, характерны для его метастатического поражения. При морфологическом исследовании биоптата обнаружен метастаз рака легкого. Выводы 1. С помощью магнитно-резонансной спектроскопии по водороду можно определить характерные изменения, происходящие на биохимическом уровне в метастатических опухолях по сравнению с контрлатеральным неизмененным веществом головного мозга. Среди наиболее значимых для метастатических опухолей изменений характерно достоверно выраженные как снижения доли N-ацетиласпартата и креатина, так и увеличение доли холина. 2. Достоверно значимых различий между метастатическими опухолями различного происхождения (за исключением образованных из нейроэктодермальной ткани) не выявлено. 3. При сопоставлении результатов, полученных в группе пациентов с метастатическими опухолями, с данными, полученными у отдельно взятых трех больных, свидетельствуют о метастатическом поражении головного мозга, которые затем были подтверждены при морфологическом исследовании. лученные в участках с удовлетворительным качеством спектров, представлены в таблице 5. 4. Методику магнитно-резонансной спектроскопии по водороду возможно применять в качестве дополнительного метода дифференциальной диагностики в клинической практике и объективной оценки метастатического поражения головного мозга. Таблица 5 Сравнение данных МРС у больного Ч. (65 лет), полученных в участках головного мозга, содержащих опухолевую ткань с участками неизмененного контралатерального его вещества Исследуемые показатели Показатели полученные у больного Ч. Опухоли метастатического происхождения Me (25%; 75%) Неизмененное вещество головного мозга Me (25%; 75%) Доля NAA 3,44 1,71 (0,89; 2,72) 44,13 (41,17; 47,07) Доля Cho 79,42 88,12 (75,85; 92,54) 28,21 (26,67; 30,0) Доля Cr 3,02 2,34 (1,43; 4,47) 27,54 (25,15; 28,97) Доля Lac 14,11 4,67 (0,47; 12,91) 0,0 (0,0; 0,23)