Возможность использования ультразвука высокой частоты для оценки нейропатии нервных окончаний у больных с синдромом диабетической стопы

АВТОРЫ: Yuanyi Zheng a, Lihua Wang a, Tianyi M. Krupka b, Zhigang Wang c, Guangmin Lu d, Ping Zhang a, Guoqing Zuo a, Pan Li a, Haitao Ran a, Huagang Jian a

а – второй филиал больницы медицинского университета Чунцин, Китай

в – отделение радиологии школы медицины Стэнфордского университета

с – институт ультразвуковых исследований медицинского университета Чунцин, Китай

d – отделение радиологии больницы общего профиля военной базы Нанкин, Китай

Ключевые слова: нервное окончание, медиальная ветвь глубокого малоберцового нерва, диабет, диабетическая стопа, ультразвук высокой частоты

Резюме

Цели: патология нервных окончаний является одной из основных причин развития диабетической стопы. В этой работе мы исследовали эффективность использования высокочастотного ультразвукового исследования (УЗИ) для оценки патологии нервных окончаний у пациентов с диабетической стопой.

Методы: дистальные участки медиальной ветви глубокого малоберцового нерва (medial branch of deep peroneal nerves – mbDPN) были исследованы с помощью УЗИ. Также был изучен характер нервной проводимости в группе из 19 клинически диагностированных больных с диабетической стопой и контрольной группой здоровых добровольцев.

Результаты: четкая эхогенная картина была последовательно обнаружена между mbDPN нервами у пациентов с диабетической стопой и здоровых добровольцев. У здоровых добровольцев гипоэхогенные полоски легко определялись в анатомических позициях mbDPN. В то же время, эти гипоэхогенные полоски mbDPN не были достаточно четкими у больных с диабетической стопой, а поверхность mbDPN у этих пациентов была визуально расплывчатой и неравномерной, по сравнению со здоровыми добровольцами. Кроме того, ультразвуковые эхосигналы mbDPN у пациентов с диабетической стопой были более неоднородными, чем у здоровых добровольцев. Средние диаметры mbDPN были 1,3 ± 0,4 мм у больных с синдромом диабетической стопы и 0,8 ± 0,2 мм в контрольной группе (р <0,05). И, наконец, результаты исследований проводимости нерва (nerve conduction studies – NCS) показали отклонения у больных с синдромом диабетической стопы.

Вывод: высокочастотное УЗИ может быть полезной формой оценки патологии нервных окончаний у больных с синдромом диабетической стопы. Увеличение mbDPN, расплывчатость и неровность его поверхности, гетерогенность ультразвуковых эхосигналов, могут служить в качестве маркеров, указывающих на патологию нервных окончаний у больных с синдромом диабетической стопы при ультразвуковом исследовании.

Введение

Диабетические язвы стопы развиваются у 5-15% пациентов с сахарным диабетом и приносят пациентам огромные физические, эмоциональные и финансовые страдания. Отчеты показали, что почти 80% ампутациям у больных сахарным диабетом предшествовало развитие язвы стопы. Изучение простых тестов, таких как тест с монофиламентной нитью, камертоном, определение порога восприятия вибрации, голеностопные рефлексы, определение чувствительности иголкой по-отдельности или в комбинации, показало их эффективность для идентификации пациентов группы риска. Диагностический принцип обычного способа обнаружения диабетической нейропатии основывается, прежде всего, на характерных симптомах и подтверждается исследованиями проводимости нерва (nerve conduction studies – NCS), которые занимают достаточно много времени и являются относительно инвазивной процедурой. В частности, повторные исследования, в этих случаях, были связаны с плохой переносимостью пациентами. Когда дело доходит до исследований проводимости нерва, несмотря на хорошую стандартизацию, в большинстве случаев процедура ограничивается оценкой крупных нервных волокон и при этом вызывает слишком много неудобств пациентам, которые, иногда, отказываются от повторных исследований.

Помимо ранее упомянутых способов диагностики, были также внедрены современные методы визуализации для диагностики диабетической нейропатии. Было показано, что при магнитно-резонансной томографии (МРТ), повышение интраневрального T2- взвешенного сигнала срединного нерва (median nerve – MN) возможно связано с интраневральным отеком, что было обнаружено у симптоматических пациентов. В последние годы были также исследованы модальности УЗИ для изучения различных заболеваний, в том числе кистевого туннельного синдрома периферических нервов, что способствовало уменьшению дискомфорта у пациентов при диагностике.

Многие из доступных литературных источников фокусируются на диагностике невропатии срединного нерва на уровне туннеля кисти или невропатии большеберцового нерва на уровне предплюсневого туннеля, поэтому срединный нерв (MN) и большеберцовый нерв (TN) относительно превалирует среди периферических нервов. Неудивительно, что фокус большинства неинвазивных методов визуализации периферической нервной системы был смещен в сторону MN или TN у больных сахарным диабетом. Недавние результаты показали, что расширение MN или TN у больных сахарным диабетом, было связано с прогрессированием диабета. Патология нервных окончаний и нарушение микроциркуляции считаются основными причинами для развития диабетической стопы. Однако, насколько нам известно, в литературе никакого внимания не было уделено неинвазивной визуальной оценке нарушений нервных окончаний у больных с диабетической стопой.

С быстрым развитием высокочастотного ультразвука, очень маленькие нервы, близкие к нервным окончаниям, такие как нервы пальцев и ладонный кожный нерв, можно отчетливо визуализировать с помощью УЗИ высокого разрешения.

Целью данного исследования было (1) изучить потенциальную эффективность УЗИ высокого разрешения для оценки медиальной ветви глубокого малоберцового нерва (medial branch of deep peroneal nerve – mbDPN) у больных с диабетической стопой, и (2) определить, могут ли аномалии ветвей нерва, близких к нервным окончаниям, служить диагностическими маркерами патологии нервных окончаний у больных с синдромом диабетической стопы. Наш глубокий интерес к визуализации mbDPN был вызван двумя причинами. Во-первых, это простая анатомия mbDPN, которая является относительно постоянной, что позволяет легко отслеживать с помощью УЗИ. Это соображение подтверждается нашими предварительными результатами (рис. 1).

Рис. 1. Рисунок показывает, что анатомия mbDPN является относительно прямой.

Во-вторых, в одном исследовании с участием 169 пациентов с сахарным диабетом, была обнаружено, что скорость проводимости общего малоберцового двигательного нерва, была лучшим и единственным независимым прогностическим фактором для появления новой язвы стопы в течение 6 лет по сравнению с тестом мононитью, измерением порога восприятия вибрации и измерением порога восприятия температуры.

Материалы и методы

2.1. Пациенты

Один опытный врач ультразвуковой диагностики (д-р Чжан Пин) исследовал группу из 19 клинически диагностированных больных с диабетической стопой [12 женщин и 7 мужчин; возрастной диапазон – 56-79 лет; диапазон роста – 150-170 см; диапазон длительности заболевания – 18-35 лет] и контрольная группа здоровых добровольцев, подобранных по признаку пола, возраста и роста [12 женщин и 7 мужчин; возрастной диапазон – 56-83 года; диапазон роста – 155-175 см]. При этом у этих здоровых добровольцев не было никакого анамнеза диабета или других клинически диагностированных проблем с нервами. Не было никаких существенных различий по возрасту, полу и росту между двумя группами (P> 0,05).

Диагноз диабетической стопы был основан на установленных критериях. Все пациенты имели трофические язвы на ногах и сенсорные нарушения (онемение) или слабость в ногах. Протокол исследования был одобрен этическим комитетом второго филиала больницы Чунцин медицинского университета, а также от всех пациентов было получено письменное информированное согласие.

2.2. Проведение ультразвукового исследования

УЗИ исследование медиальной ветви глубокого малоберцового нерва (mbDPN) проводили с помощью цифрового сканера, оснащенного широкополосным высокочастотным (14-6 МГц) линейный датчиком (L14-6s, Mindray Co., Шэньчжэнь, Китай). Глубина изображения составила 1,8 см, динамический диапазон (DR) – 90 дБ и механический индекс – 0,2. Для постановки диагноза были использованы диаметры mbDPN, полученные на продольных сонограммах, вместо изображений нерва в поперечном сечении, полученных на сонограммах во фронтальных плоскостях, так как край продольного сечения нерва был относительно четким для измерения диаметра, в то время как нечеткость края в поперечном сечении нерва, у пациентов с диабетической стопой, не позволяла проводить измерения его диаметра. При этом отображались эхо-форма, поверхность и внутренние фасцикулярные пучки нервов. В каждом исследовании mbDPN оценивали в зонах на 1 см проксимальнее места, где нерв делятся на две ветви нервов пальцев. Диаметры 38-ми mbDPN нервов (два на каждого субъекта) были изучены у больных с диабетической стопой, и то же количество было оценено у здоровых добровольцев. Для того, чтобы предотвратить появление межисследовательской вариабельности, все ультразвуковые исследования были выполнены одним и тем же специалистом (д-р Чжан Пин), который имел большой опыт в УЗИ опорно-двигательного аппарата, а полученные изображения были рандомизированно проанализированы двумя опытными радиологами (д-р Ван Чжиган и д-р Хайтао Ран) независимо друг от друга. Были рассчитаны средние значения для соответствующих значений и включены в окончательные результаты.

2.3. Нейрофизиологическое исследование

Электрофизиологические рутинные исследования NCS были выполнены с помощью обычных процедур стандартной системой электромиографии (NDI-92x, Chengdu Senchuan Technical Co, Ченду, Китай). Все электрофизиологические измерения моторной и сенсорной функции малоберцового нерва были выполнены у всех больных с диабетической стопой с двух сторон. Значения дистальной моторной и сенсорной латентности, скорости проводимости моторного и сенсорного нервов и амплитуды вызванных потенциалов были скорректированы в соответствии с возраста пациентов. Нерв исследовался, как описано в соответствующей литературе.

2.4. Статистический анализ

Статистический анализ проводился с использованием теста Манна-Уитни U для непарных данных для сравнения пациентов и контрольной группы, а также между группами пациентов. Величины выражены как среднее ± SD (стандартное отклонение). P <0,05 считалось статистически значимым. Для того чтобы соотнести диаметр нерва с другими параметрами, были использованы тест Пирсона и линейный регрессионный анализ.

Результаты

3.1. Ультразвуковые исследования

В контрольной группе, с помощью УЗИ удалось увидить mbDPN как в поперечной (рис. 2), так и продольной плоскостях (рис. 3) с такой легкостью, что точки разделения, где нерв делится на две ветви нервов пальцев, были четко идентифицированы (рис. 2).

Рис. 2. Сонограмма в поперечной плоскости отчетливо показывает mbDLPN у здоровых добровольцев; при этом mbDPN может быть прослежен с помощью ультразвука высокого разрешения до анатомического места, где он разделяется на два нерва пальцев (стрелки).

Ультразвуковая картина нормальных mbDPN характеризуется несколькими продольными гипоэхогенными полосами, разделенными прерывистыми полосами повышенной эхогенности (рис. 3). И наоборот, в поперечной плоскости, mbDPN у пациентов с диабетической стопой был слишком размытым, чтобы четко идентифицировать (рис. 4). В этой группе пациентов, гипоэхогенные полосы исчезали, а поверхность mbDPN была нечёткой и неравномерной (рис. 5).

Рис. 3. Нормальный mbDPN – типичная сонографическая картина нерва, характеризуется несколькими продольными гипоэхогенными полосами, которые разделены прерывистыми полосами повышенной эхогенности.

Рис. 4. mbDPN в поперечной плоскости у больного с синдромом диабетической стопы с нечетким внешним видом, что привело к невозможности измерения этой области mbDPN.

Рис. 5. У больного с диабетической стопой не обнаруживаются гипоэхогенные полосы, поверхность mbDPN нечеткая, а эхосигнал нерва неоднородный. Нервы mbDPN имеют характерные признаки отека. Увеличение нерва было обнаружено на протяжении всего терминального отдела нерва.

Наши результаты также показали, что сонографические визуальные характеристики mbDPN у больных с диабетической стопой на продольных сонограммах были неизмененными, относительно таковых у здоровых добровольцев (рис. 5). Кроме того, ультразвуковые изображения также показали, что общий эхосигнал mbDPN у пациентов с диабетической стопой был более гетерогенным, чем в контрольной группе здоровых добровольцев. И наоборот, диаметры нервов пальца, близких к нервным окончаниям у больных сахарным диабетом (mbDPN Pd = 1,3 ± 0,3 мм) были значительно больше по сравнению с контрольной группой (mbDPN Cd 0,8 ± 0,2 мм) (Р <0,05) (таблица 1 и рис. 6).

Рис. 6. Диаметр нервных окончаний у пациентов с сахарным диабетом (MbDPN Pd = 1,3 ± 0,3 мм) был значительно больше по сравнению со здоровыми (mbDPN Cd 0,8 ± 0,2 мм) (Р <0,05).

Таблица 1

3.2. Нейрофизиологическое исследование

Наши результаты показали, что NCS имело отклонение в 18 из 19 (95%) больных с диабетической стопой. Кроме того, существуют значительные различия в PCV, DL и SNAP между здоровыми добровольцами и пациентами с диабетической стопой (таблица 2), но никакой статистической корреляции не наблюдалось между диаметром mbDPN и электрофизиологическими данными (рис. 7).

Рис. 7. Соотношение между диаметром нерва и скоростью нервной проводимости. статистическая корреляция не была обнаружена между диаметрами mbDPN и электрофизиологическими данными.

Таблица 2

Обсуждение

На ранней стадии диабетической стопы, пациенты обычно жалуются на сенсорные расстройства в руках и ногах, в том числе покалывание, онемение, дизестезию и жгучую боль. В нашем исследовании, 18/19 (95%) больных сахарным диабетом с язвами стоп сообщали об этих сенсорных нарушениях. С патофизиологической точки зрения, литературный консенсус убедительно объясняет патологические изменения нервов у больных сахарным диабетом, в том числе гистологические изменения, интраневральный отек.

В данном исследовании представлены предварительные выводы, подтверждающие возможность использования УЗИ, для оценки изменений нервных ветвей, близких к нервным окончаниям у больных с синдромом диабетической стопы. Наши результаты показали, что mbDPN у здоровых добровольцев имели типичную сонографическую картину нерва в виде несколько продольных гипоэхогенных полос, которые разделены прерывистыми зонами повышенной эхогенности. В то же время, у больных с синдромом диабетической стопы, гипоэхогенные полосы нервных волокон исчезали, а поверхности этих mbDPN были расплывчатыми и неравномерными. Кроме того, общий эхосигнал mbDPN у больных с синдромом диабетической стопы был более неоднородным, а диаметры нервных окончаний у больных с диабетической стопой были больше, по сравнению с таковыми в группе здоровых субъектов.

Увеличенный диаметр, расплывчатая и неравномерная поверхность mdDPN у больных с синдромом диабетической стопы может отражать конкретный процесс связанный с заболеванием. По данным литературы, у пациентов с сахарным диабетом симптомы туннельного синдрома кисти вызваны эндоневральным отеком. Еще одно интересное наблюдение в этой работы говорит о том, что, в отличие от нервов пальца стопы, ультразвуковые характеристики изображения между здоровой и диабетической стопой существенно не отличались, хотя у некоторых больных с диабетической стопой наблюдалось онемение в руках. Такое расхождение в ультразвуковых характеристиках между стопой и кистью пациентов могут быть соотнесены со степенью заболевания.

Из-за низкой стоимости и широкой доступности, энтузиазм для оценки диабетической стопы с помощью УЗИ достаточно. Тем не менее, большинство докладов сосредоточено на относительно больших нервах, таких как MN или TN, а не на маленьких нервных окончаниях. Это может быть связано со стадиями заболевания на момент обнаружения. Исследования показали, что ранние признаки диабетической стопы проявляются в небольших нервных окончаниях, а не в больших нервах пальцев, согласно данным исследования, которые указывают на проблемы нервных окончаний и микроциркуляции, как на причины развития диабетической стопы. Кроме того, несколько исследований отметили изменения в виде нечеткой и неровной поверхности этих нервов. Одним из возможных объяснений является то, что эти признаки появляются временно на относительно ранних стадиях заболевания. После нескольких лет диабета у некоторых больных развиваются симптомы периферической нейропатии. У больных с длительным диабетом, функция нерва значительно нарушается, и структура нерва сильно повреждается, в том числе сегментарная демиелинизация и утрата аксонов нервных окончаний. Демиелинизация и утрата аксонов могут быть другим объяснением картины нечеткой и неравномерной поверхности и гетерогенности эхоструктуры нервов при ультразвуковой визуализации.

Значительно больший диаметр нерва и более тяжелые нарушения NCS у пациентов с диабетической стопой были обнаружены при сравнении со здоровой группой. Эти данные свидетельствуют о том, что состояние нервов может непосредственно находиться под влиянием активности заболевания, поскольку морфологические изменения более очевидны у пациентов с диабетической стопой. Было отмечено, что ранние нарушения периферической структуры и функциональные изменения у крыс с диабетом можно было предотвратить. Ультразвуковое исследование может быть неинвазивным инструментом для раннего выявления изменений нервов у больных сахарным диабетом. В начале этого исследования, мы предположили, что размер mbDPN должен быть отрицательно связан с самой скоростью нервной проводимости, в то время как конечный результат показал, что между ними не было никакой статистической корреляции. Причина этого может быть объяснена выводами Halar о том, что скорость нервной проводимости линейно коррелировала с температурой кожи в непосредственной близости от нервов. Для того, чтобы свести к минимуму влияние температуры на результат, мы измерили скорость нервной проводимости при одной и той же комнатной температуре, в то же время изменение температуры кожи было значительным, согласно данным лазерной доплерографии кожи стопы у больных (данные не показано). Этот результат показал, что аномалии нервных окончаний по данным УЗИ может быть лучшим параметром для пациентов с диабетической стопой, чем скорость нервной проводимости.

Параллельно с быстрым улучшением ультразвуковых технологий высокой частоты, разрешение УЗИ изображения также значительно улучшилось. Разрешение ультразвука на 40 мегагерц (МГц) может достигать 30 мкм, в то время как ультразвук с частотой в сотни МГц, называемый на этом уровне ультразвуковой микроскопией, может быть использован для наблюдения за ультраструктурой клеток, что позволяет получить точное и надежное изображение периферических нервов, включая очень маленькие нервы пальцев. Тем не менее, только несколько работ отражают применение высокочастотного ультразвука в изучении ветвей нервов, особенно в зонах, близких к нервным окончаниям у больных с сахарным диабетом.

В заключение, в этой работе, мы (1) показали, что УЗИ является эффективным инструментом для оценки изменений нервных окончаний у пациентов с синдром диабетической стопы; и (2) увеличенные, с нечеткой и неравномерной поверхностью, с гетерогенной структурой mbDPN на сонограмме у больных с синдромом диабетической стопы может служить в качестве маркера для постановки диагноза и/или скрининга пациентов с диабетической стопой. Насколько нам известно, мы первые сообщаем об изменениях терминальных нервных окончаний mbDPN у пациентов с диабетической стопой с использованием ультразвукового изображения высокого разрешения. С помощью знаний, полученных из этих исследований, мы планируем изучить возможность использования УЗИ для раннего выявления диабетической стопы, в надежде предотвратить проведение ампутации.

Ограничения

Это экспериментальное исследование имеет свои ограничения. Во-первых, возможность использования УЗИ для оценки нервных окончаний не исследовалась на других нервах, отличных от mbDPN, который легче отображается, что связано с его относительно постоянной анатомией и более прямым ходом, по отношению к другим нервов пальцев стопы. С опытом, накопленным от текущих исследований по визуализации нервов пальцев с помощью УЗИ, мы находимся в процессе проектирования будущих экспериментов с целью изображения нервов с менее прямолинейной анатомической структурой. Во-вторых, в данном исследовании мы использовали диаметр, вместо площади поперечного сечения, которая является более точным параметром. Наше решение об использовании диаметра, но не площадь поперечного сечения продиктована тем, что, в отличие от здоровых добровольцев, края поперечного сечения нервов у больных сахарным диабетом были нечеткими и трудно измерялись. Для проведения исследований рекомендуем использовать аппарат от компании GE Voluson E8.