АВТОРЫ:
Kenichiro Asano, MD, Ai Ogata, MD, Keiko Tanaka, MD, Yoko Ide, MD, Akiko Sankoda, MD,Chieko Kawakita, MD, Mana Nishikawa, MD, Kazuyoshi Ohmori, MD, Masaru Kinomura, MD,Noriaki Shimada, MD, Masaki Fukushima, MD
Ключевые слова: акустическая лучевая импульсная визуализация; плече-лодыжечная скорость пульсовой волны; хронические заболевания почек; ультрасонография мочеполовой системы; почечный кровоток; скорость сдвига волны, ARFI, Siemens S2000.
Сокращения: ARFI – акустическая лучевая импульсная визуализация; СКФ – скорость клубочковой фильтрации; ROI – область интереса(region of interest); ССВ – скорость сдвига волны; Vmax – пиковая систолическая скорость; Vmin – конечная диастолическая скорость
Резюме
Цель этого исследования состояла в том, чтобы определить главный влияющий фактор на скорость сдвига волны (ССВ) в почках, измеренную с помощью акустической лучевой импульсной эластографией.
Методы. ССВ измеряли в почках 14 здоровых добровольцев и 319 пациентов с хроническим заболеванием почек. Расчетную скорость клубочковой фильтрации рассчитывали по концентрации креатинина в сыворотке крови и возрасту. В качестве показателя артериосклероза крупных сосудов была измерена плече-лодыжечная скорость пульсовой волны у 183 пациентов.
Результаты. В почках пациентов с хроническим заболеванием наблюдалась большая разница значений ССВ при сравнении уровней межисследовательской и внутриисследовательской вариабельности. Значения скорости сдвига волны в правой и левой почках каждого пациента хорошо коррелировали и имели высокий коэффициент корреляции (r = 0,580-0,732). ССВ уменьшалась одновременно со снижением оцениваемой скорости клубочковой фильтрации. Низкая ССВ была получена у пациентов с высокой лодыжечно-плечевой скоростью пульсовой волны. Несмотря на прогрессирование фиброза почек на поздних стадиях хронического заболевания почек, эти результаты были противоположны результатам хронической болезни печени, при которых прогрессирование фиброза печени приводит к увеличению значений ССВ. Учитывая, что высокий плече-лодыжечный индекс представляет собой прогрессирование артериосклероза в крупных сосудах, предполагается, что снижение эластичности после снижения кровотока является основным фактором, влияющим на ССВ в почках.
Выводы. Это исследование показывает, что уменьшение кровотока может влиять на значения ССВ в почках больше, чем на прогрессирование фиброза тканей. Необходимы дальнейшие исследования для уменьшения дисперсии данных для эффективного использования акустической лучевой импульсной эластографии у пациентов с хроническим заболеванием почек.
Эластичность пальпируемой ткани является важной характеристикой при физикальном обследовании. Пальпация печени служит методом скрининга хронического заболевания печени. При этом были попытки объективно количественно оценить характеристики эластичности, используя неинвазивное устройство, в связи с субъективной природой пальпации. FibroScan (Echosens, Paris, France) был разработан для этой цели, и использовался для транзиэнтной эластографии хронических заболеваний печени. Однако измерение с помощью этого устройства в значительной степени зависит от структур между датчиком и исследуемой тканью.
Акустическая лучевая импульсная визуализация (ARFI) – еще один метод количественной оценки эластичности тканей. При этом методе, акустический пульсовой толчок генерируется от датчика и сходится в области мишени внутри ткани. Мгновенная деформация ткани, вызванная толчковым импульсом, возбуждает сдвиговую волну, которая распространяется в смежной ткани. Более жесткая смежная ткань способствует более быстрому перемещению поперечной волны. Процесс от генерации импульса до обнаружения скорости сдвига волны (ССВ) завершается за секунду. Так как прямая механическая компрессия на поверхности кожи не является обязательной, то этот метод известен как количественный – Virtual Touch tissue quantification (Siemens Medical Solutions, Mountain View, CA). По сравнению с FibroScan, ARFI эластография в меньшей степени зависит от свойств ткани между датчиком и мишенью. Пульсовой импульс сходится в небольшой области интереса (ROI), а глубина может регулироваться в соответствии с исследуемой тканью. Этот процесс позволяет оценить эластичность в непальпируемых областях и небольших поражениях, таких как атеросклеротические бляшки и кистозные поражения.
Широко изучалось применение этой методики для оценки фиброза печени. Сообщается, что высокий ССВ указывает на прогрессирующий фиброз тканей при хроническом заболевании печени. При цирротическом состоянии, жесткость селезенки, измеренная ARFI эластографией, может указывать на развитие варикозных вен пищевода. По сравнению со значительным количеством данных для печени, для исследований других органов имеются ограниченные данные, включая щитовидную железу, поджелудочную железу и сердечно-сосудистую систему. Для почек было проведено предварительное исследование для дифференцирования доброкачественных и злокачественных опухолей. Было также проведено несколько исследований для применения измерения ССВ для оценки хронического интерстициального фиброза в почечных аллотрансплантатах трансплантированных почек. Кроме того, в технико-экономическом исследовании ARFI эластометрии здоровых органов брюшной полости было показано, что значения ССВ, а также внутри- и меж-индивидуальные различия были самыми высокими в селезенке и почках. Эта значительная степень различия, не привела ни к каким убедительным доказательствам эффективности эластографии ARFI у пациентов с хроническим заболеванием почек.
Исходя из предыдущих результатов, существует вероятность того, что ССВ в почках может находиться под влиянием других факторов, помимо фиброза тканей. Поскольку приблизительно 20% сердечного выброса поступает в почки, а кровоток в значительной степени влияет на функцию почек, мы предположили, что изменение гемодинамики может быть основным детерминантом ССВ в почках. После технико-экономического обоснования на здоровых добровольцах мы измерили ССВ в почках у пациентов с хроническим заболеванием почек во время обычных сонографических исследований. Мы также измерили плече-лодыжечную скорость пульсовой волны (PWV), как показатель артериосклероза в крупных сосудах. На основе этих результатов будет обсужден основной фактор воздействия ССВ в почках и любые возможные способы уменьшения дисперсии данных.
Материалы и методы
Пациенты
В исследование были включены триста девятнадцать пациентов (198 мужчин и 121 женщина, средний возраст ± SD, 62,0 ± 15,7 лет), которым проводилось динамическое наблюдение за хроническим заболеванием почек в период с декабря 2009 года по апрель 2011 года, включительно. Зарегистрированные пациенты были разделены на 3 группы по клиническому течению и иммуногистологическому диагнозу (гломерулонефрит, 129, диабетическая нефропатия, 107 и нефросклероз, 83). Биопсия почек была выполнена у 120 пациентов с информированным согласием. Биопсия, как правило, проводилась для пациентов с нефротическим синдромом, бессимптомной протеинурией или гематурией (хронические заболевания почек, стадии 1 и 2) или быстро прогрессирующим гломерулонефритом, таким как васкулит, связанный с цитоплазматическими антителами против нейтрофилов. Пациенты с одной функционирующей почкой и множественными кистами в почках были исключены. Для технико-экономического обоснования были осмотрены 14 здоровых добровольцев (7 мужчин и 7 женщин, средний возраст 29,5 ± 5,7 лет). Письменное информированное согласие было получено от всех участников. Это исследование было проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией и одобрено советом института.
Оценка функции почек
Концентрация креатинина в сыворотке исследовалась в тот же день, что и сонография. Расчетную скорость клубочковой фильтрации (СКФ) рассчитывали исходя из концентрации креатинина и возраста, используя модифицированную формулу изотопного разбавления массы при спектрометрически-прослеживаемой-4-вариабельной модификации диеты при исследовании заболевания почек. В клинической практике определение расчетной СКФ с помощью этого уравнение используется в качестве стандартного метода оценки почечной функции у пациентов в Японии: расчетная СКФ (мл/мин/1,73 м2) = 194 × сывороточный креатинин – 1,019 × возраст – 0,287 (× 0,739, если женщина).
Количественная оценка жесткости почки с помощью ARFI эластографии
ССВ измеряли с помощью ультразвуковой системы Acuson S2000 (Siemens Medical Solutions) с использованием конвексного датчика с частотой 3,5 МГц. Изображения почек были получены в положении лежа, так что продольный срез был виден на мониторе. ROI 10 × 5 мм устанавливали рядом с нижним полюсом коркового слоя в дорсальной области почечной паренхимы, чтобы исключить сосуды, которые отображаются цветом в доплеровским режиме. Размещение ROI было точным практически для всех пациентов. Чтобы предотвратить дыхательное движение, ССВ измеряли при вдохе, задерживаемом 5-6 раз подряд. Средние величины ССВ вычислялись в правой и левой почках, соответственно. 2 опытных специалиста (J.T. и Y.T.) выполнили ARFI эластографию, не имея клинических данных.
Оценка артериосклероза крупных сосудов с помощью плече-лодыжечного индекса (PWV)
Мы предполагали, что на жесткость почки может влиять уменьшение кровотока, возможно, связанное с атеросклерозом питающих артерий. У пациентов с факторами риска сердечно-сосудистых заболеваний плече-лодыжечный индекс часто используют, как простой метод для определения степени артериосклероза крупных сосудов. У 183 пациентов плече-лодыжечный индекс измеряли в течение 6-месячного периода после оценки ССВ с использованием плетизмографа (форма PWV/ABI, Omron Colin Co, Ltd, Токио, Япония). Помещая пневматические манжеты билатерально вокруг плеча и лодыжек, импульсные сигналы регистрировались с помощью датчиков давления, а плече-лодыжечный индекс вычислялся по сердечно-плечевому индексу и сердечно- лодыжечному индексу. Разница в значениях плече-лодыжечного индекса у большинства пациентов была небольшой, а среднее значение плече-лодыжечного индекса, полученное билатерально на лодыжках, использовалось для дальнейшего анализа в качестве показателя артериосклероза крупных сосудов для каждого участника исследования.
Статистический анализ
Анализ данных проводился с использованием программного обеспечения PASW Statistics version 18 (IBM Corporation, Armonk, NY). Не обнаружено никаких существенных различий в размерах, структурах и кровотоке между правой и левой почками для каждого участника; Таким образом, при анализе данных не было выделено различия между значениями ССВ правой и левой почках.
Результаты
Внутриисследовательская и межисследовательская вариабельность значений ССВ
Чтобы проверить согласованность измеренных значений ССВ, было исследована внутриисследовательская и межисследовательская вариабельность. Два специалиста (J.T. [A] и Y.T. [B]) попеременно измеряли ССВ 5 раз в правой почке добровольца. Измерение проводилось последовательно в течение 1 часа. ROI каждый раз устанавливался в одном и том же месте в почечной паренхиме. Среднее и стандартное отклонение 5 измеренных значений показаны на рисунке 1.
Рис. 1. Внутриисследовательская и межисследовательская вариабельность значений ССВ. Два специалиста (A и B) поочередно измеряли ССВ 5 раз в правой почке добровольца. Показаны среднее и SD 5 измеренных значений. Среднее значение полученных значений ССВ определялось 5 раз каждым специалистом. Внутриисследовательская и межисследовательская вариабельность была достаточно небольшой.
Среднее значение ССВ определялось 5 раз каждым специалистом. Средние значения ССВ варьировались от 2,38 до 2,49 для специалиста A и от 2,39 до 2,48 для специалиста B, а значения SD варьировались от 0,09 до 0,13 для специалиста A и от 0,05 до 0,14 для специалиста B. Внутриисследовательская и межисследовательская вариабельность были достаточно низкими для продолжения дальнейшего анализа.
Возможность выполнения исследования у здоровых добровольцев
Было проведено исследование 14 здоровых добровольцев (7 мужчин и 7 женщин, возрастная группа, 24-41 год) для изучения возможности проведения ARFI эластографии. У всех добровольцев не было белка в моче или скрытой крови. Оценочный диапазон СКФ составлял 70,1-125,6 мл/мин/1,73 м2 (в среднем 97,9 ± 15,6 мл/мин/1,73 м2. Связь между оценкой СКФ и СВВ у 14 добровольцев (28 почек) показана на рисунке 2А.
Рис. 2. Связь между ССВ и оценкой СКФ (eGFR) у здоровых участников контрольной группы
А) В первом испытании ССВ измеряли в почках 14 здоровых добровольцев контрольной группы. Поскольку сообщалось о том, что в ССВ, измеренные в правой и левой почках, не наблюдается существенной разницы, значения, полученные в обеих почках, приведены вместе. Коэффициент корреляции был значительно низким (r = 0,198), и не отмечено значительной корреляции между ССВ и показателями СКФ
В) во втором исследовании ССВ измеряли в почках 12 здоровых добровольцев контрольной группы. Измерение проводилось отдельно в почечной коре (пустые круги) и мозговом веществе (заполненные круги) в синхронизации с электрокардиографическими R-волнами. Для коры и мозгового вещества была значительная положительная корреляция между ССВ и параметрами СКФ (кора r = 0,608, мозговое вещество r = 0,515). Среднее значение ССВ в мозговом веществе было выше, чем в коре.
В большинстве случаев ROI помещался в корковом веществе, хотя при этом учитывались индивидуальные отклонения в размещении ROI. В первом исследовании не было выявлено существенной корреляции между ССВ и оценкой СКФ в модели линейной регрессии с одной переменной. Были проанализированы снижение степени корреляции, размещение ROI и время измерения ССВ во время пульсации артерий. На втором этапе измерений, ССВ измеряли отдельно в почечной коре и мозговом веществе, как показано на рисунке 3.
Рис. 3. Расположение ROI в почечной паренхиме здорового добровольца: A – корковое вещество; B – мозговое вещество.
Для синхронизации ССВ-измерение с пульсацией кровотока в почках, использовали ЭКГ-монитор и ССВ измеряли в ритме одновременно с R-волнами. В сердечном цикле R-волна представляет собой раннюю деполяризацию желудочков, когда давления аорты одновременно снижается до минимума. В течение 1 недели после первого испытания, 12 из 14 здоровых добровольцев прошли второй этап измерений (7 мужчин и 5 женщин; расчетная СКФ, 95,6 ± 15,7 мл/мин/1,73 м2). Средние значения ССВ были 2,20 м/с в корковом и 2,75 м/с в мозговом веществе. Примечательно, что была отмечена значительная положительная корреляция между ССВ и оценкой СКФ как в корковом, так и в мозговом веществе (P <0.01, рисунок 2B). Характеристики пациентов с хронической болезнью почек, классификации и клинические диагнозы этих пациентов (n = 319) показаны в таблице 1.
Таблица 1. Классификации и клинические диагнозы пациентов с хроническим заболеванием почек (n = 319)
Гломерулонефрит был диагностирован либо с помощью иммуногистологического анализа, либо на основе симптомов, либо лабораторными данными, указывающими на заболевание. Гипертоническая нефропатия была диагностирована у пациентов, перенесших травму почки после умеренной и высокой степени персистирующей гипертонии без гломерулонефрита или сахарного диабета. Доброкачественный нефросклероз диагностирован у пациентов пожилого возраста с протеинурией с низкой и средней степенью выраженности. Клинические особенности пациентов с хроническим заболеванием почек показаны в таблице 2.
Таблица 2. Клинические особенности пациентов с хроническим заболеванием почек
Частота биопсии почек была выше у более молодых пациентов с протеинурией или гематурией, что привело к значительному более молодому среднему возрасту пациентов с гломерулонефритом, чем у пациентов с диабетической нефропатией или нефросклерозом (P <0,05). Число пациентов с хронической почечной недостаточностью 1 и 2 стадии было низким в группе нефросклероза, поскольку доброкачественный нефросклероз чаще диагностировался у пациентов пожилого возраста с умеренной протеинурией, повышенным уровнем сывороточного креатинина и отсутствием анамнеза гломерулонефрита, нефротического синдрома или сахарного диабета.
Связь значений ССВ, измеренных в правой и левой почках каждого пациента, с хроническим заболеванием почек
Связь между значениями ССВ, измеренными в правой и левой почках каждого пациента, показана на рисунке 4.
Рис. 4. Связь между значениями ССВ, измеренными в правой (Rt) и левой (Lt) почках, у каждого пациента. Во всех исследуемых группах (гломерулонефрит [GN], r = 0,646, диабетическая нефропатия [DN], r = 0,732, нефросклероз [SCL], r = 0,580) наблюдалась весьма значимая корреляция.
Значения ССВ, полученные в правой и левой почках, имели высокие коэффициенты корреляции во всех группах исследования (P <0.001). Этот результат согласуется с клиническими данными о том, что изменения почечной ткани у пациентов с хроническим заболеванием почек прогрессируют одновременно в обеих почках, за исключением хронического заболевания почек, возникающего из почечных артерий или мочевыводящих путей.
Связь между ССВ и параметрами СКФ
Связь между ССВ и параметрами СКФ показана на рис. 5.
Рис. 5. Связь между ССВ и параметрами СКФ (eGFR). Во всех исследуемых группах (гломерулонефрит [GN], r = 0.216, диабетическая нефропатия [DN], r = 0.320, нефросклероз [SCL], r = 0.232) наблюдалась значительная положительная корреляция.
Несмотря на то, что вариабельность была значительной, ССВ уменьшалась одновременно со снижением параметров СКФ во всех группах исследования (P <0.01). Этот результат показал, что эластичность тканей снижается в почках на поздних стадиях хронического заболевания почек. Этот результат был отличен от таковых, полученных для хронических заболеваний печени, в которых ССВ увеличилось в соответствии с прогрессированием заболевания.
Связь между ССВ и плече-лодыжечным индексом
Связь между ССВ и плече-лодыжечным индексом у 183 пациентов показана на рисунке 6. Хотя изменение плече-лодыжечного индекса было большим, при этом получена значительная отрицательная корреляция (P <0.01). Это открытие показало, что жесткость ткани почек была низкой у пациентов с хроническим заболеванием почек, у которых была высокая степень артериосклероза крупных сосудов.
Рис. 6. Связь между ССВ и плече-лодыжечным индексом (baPWV). Наблюдалась значительная отрицательная корреляция у 183 пациентов (P <0.01).
Обсуждение
При ARFI эластографии для хронического заболевания печени ССВ возрастает на более поздних стадиях, поскольку прогрессирующий интерстициальный фиброз в основном влияет на эластичность тканей, что наблюдается при циррозе печени. Однако главный влияющий фактор на данные ARFI эластографии в почках не был выяснен по двум причинам. А именно, большая вариация значений ССВ в почках, как продемонстрировано Goertz et al., дает результаты с низкой надежностью, а степень интерстициального фиброза в почках у пациентов с хроническим заболеванием почек не была настолько же выраженной, как при хронических заболеваниях печени. Поскольку приблизительно 20% сердечного выброса поступает в почки, составляющие менее 1% массы тела, мы предположили, что почечный кровоток может быть основным фактором, влияющим на СВВ в почках, а не интерстициальный фиброз.
В технико-экономическом обосновании было установлено, что внутриисследовательская и межисследовательская вариабельность при измерении ССВ в почке здорового добровольца невелика. Несмотря на отсутствие достоверной корреляции между ССВ и измеренными значениями СКФ у 14 здоровых добровольцев в первом исследовании, была обнаружена значительная корреляция между ССВ и параметрами СКФ, когда были проанализированы настройки ROI и время измерения во время пульсации артерий. Интересно, что ССВ уменьшалась одновременно со снижением параметров СКФ во всех группах пациентов с хроническим заболеванием почек, несмотря на отмеченную большую дисперсию. Это открытие означает, что жесткость тканей почек снижается на поздних стадиях хронического заболевания почек, несмотря на возрастающее преобладание интерстициального фиброза. Низкие значения ССВ были получены у пациентов с высоким плече-лодыжечным индексом. Учитывая, что плече-лодыжечный индекс характеризует собой артериосклероз крупных сосудов, мы предположили, что уменьшение кровотока в почках на фоне атеросклероза почечных артерий может привести к снижению эластичности почечной паренхимы при распространенном хроническом заболевании почек. Мы также предполагали, что большая вариация значений ССВ в почках пациентов с хроническим заболеванием почек обусловлена структурной неоднородностью почечной паренхимы и колебаниями давления в результате пульсирующего кровотока, а не техническими отклонениями при измерении.
Почечная паренхима грубо делится на кору и мозговое вещество. Кора состоит из проксимальных и дистальных канальцев и почечных клубочков. Мозговое вещество в основном состоит из петли Генле и нижней части собирающей трубки. Для удовлетворения большого потребления кислорода для активной реабсорбции, почечные канальцы окружены плотным сосудистым сплетением, как в коре, так и в мозговом веществе. В почках с низкими параметрами СКФ число клубочков с выраженными склеротическими изменениями увеличивается. Почечный каналец, расположенный ниже склерозирующего клубочка, становится атрофическим, и в дальнейшем прогрессирует перитубулярный фиброз. Кровоток в перитубулярном сосудистом сплетении уменьшается в соответствии со склеротическими изменениями клубочков, так как кровь течет из клубочков в сосудистое сплетение. Учитывая значительное повреждение микроциркуляции при распространенном хроническом заболевании почек, можно предположить, что кровоток, а не интерстициальный фиброз, преимущественно влияет на эластичность ткани почек при хроническом заболевании почек. Кроме того, широко известно, что частота сердечно-сосудистых нарушений повышается одновременно с уменьшением параметров СКФ. На рисунке показано, что у пациентов с хроническим заболеванием почек с высоким плече-лодыжечным индексом, имеется тенденция к низкой ССВ в почках. Исходя из этих результатов, мы уверены, что комбинация микроциркуляторного повреждения в почечной ткани и артериосклероза почечных артерий уменьшает почечный кровоток и уменьшает жесткость почек у пациентов с хроническим заболеванием почек.
Это исследование имело несколько ограничений. Поскольку наша гипотеза основывалась на гемодинамических изменениях в почках, необходимо продемонстрировать параметры, непосредственно связанные с почечным кровотоком и резистентностью сосудов почек. Мы измерили пиковую систолическую скорость (Vmax) и конечную диастолическую скорость (Vmin), используя доплерографию и рассчитали резистивный показатель по следующему уравнению: индекс резистивности = (V max – V min)/Vmax. Однако данные плохо коррелировали между параметрами СКФ и V max и СКФ и резистивным индексом (данные не показаны). При проведении ARFI эластографии, настройка ROI часто была затруднена при измерении ССВ в почках пациентов с запущенным хроническим заболеванием почек. У пациентов с высокой СКФ, ССВ можно было измерять в коре, поскольку толщина почечной паренхимы была еще достаточной. Однако у пациентов с хроническим заболеванием почек, зачастую, почечная паренхима была атрофичной, и различие между корой и мозговым веществом часто было трудно дифференцируемым. Почечная атрофия препятствовала точному измерению ССВ у 4 пациентов и измерению Vmax и Vmin у 16 пациентов.
Предложено несколько потенциальных будущих исследований. Вместо плече-лодыжечного индекса, сердечно-лодыжечный сосудистый индекс можно было бы использовать в качестве нового показателя артериальной жесткости. Так как сердечно-лодыжечный сосудистый индекс менее подвержен колебаниям системного артериального давления, его можно использовать как альтернативный метод оценки артериосклероза крупных сосудов. Значения скорости сдвига волны могут быть нормализованы по системному артериальному давлению и синхронизации с электрокардиографией, что обеспечивает постоянное давление в аорте во время сердечного цикла. Ранняя оценка ССВ почек у пациентов с диабетом может быть осуществимой из-за гипердинамического кровотока в почках диабетиков на ранних стадиях. Если наша гипотеза верна, значения ССВ должны быть высокими в этих почках. Может быть проведено сравнение ARFI с другими маркерами фиброза тканей.
В заключение, наше исследование показывает, что ССВ, измеренная с помощью ARFI эластографии у пациентов с хроническим заболеванием почек, может представлять уменьшение кровотока, которое усугубляет артериосклероз, а не развитие почечного фиброза. В наших результатах отмечены значительные стандартные отклонения значений ССВ. Однако дальнейшее усовершенствование этого метода может привести к получению более последовательных значений ССВ в почках.
14.10.2019
Іван