Мочекаменная болезнь (МКБ) является одной из наиболее актуальных клинических проблем урологии, так как распространенность заболевания ежегодно растет на 0,5–5,3%. Значительная распространенность уролитиаза (не менее 5% населения индустриально развитых стран) определяет актуальность изучения этиологии и патогенеза, совершенствования эффективных методов профилактики, диагностических методов и развитие новых технологий лечения [1].
Особая актуальность уролитиаза в последние годы обусловлена глобальными демографическими сдвигами. Постоянное смещение возрастной пирамиды общества развитых стран в сторону нарастания удельного веса пожилых и старческих групп населения приводит к увеличению частоты МКБ, которая составляет в группе 65–69 лет 8,8% у мужчин и 5,6% у женщин по сравнению с 3,7 и 2,8% соответственно в группе 30–34 лет [2]. Уролитиаз встречается в богатых, экономически развитых странах чаще, чем в более бедных странах с аграрной экономикой. Показатель распространенности уролитиаза в таких странах, как США, Италия, Германия, Испания, Япония, за последние 20 лет удвоился, причем особенно быстро в последние годы [3]. Так, например, в США МКБ страдают 10,6% мужчин и 7,1% женщин, тогда как в 1994 г. данные показатели составили 6,3 и 4,1% соответственно [4]. В Великобритании этот показатель достигает 8 и 4% у мужчин и женщин соответственно. Стоит отметить, что в 25% случаев наблюдается рецидив камнеобразования в течение первых 5 лет [5]. По мнению [6, 7], ведущими причинами такой неблагоприятной динамики служат изменения образа жизни и питания людей, находящие свое выражение в эпидемии метаболического синдрома, а также глобальные климатические изменения [8]. Кроме того, МКБ связана с такими заболеваниями, как сахарный диабет, сердечно-сосудистые заболевания и хронические болезни почек [9–11].
Абсолютное число зарегистрированных в России больных МКБ за 2002–2009 гг. увеличилось на 17,3%, причем рост этого показателя в 2009 г. по сравнению с 2008 г. составил 3,5% (с 502,5 до 520,2 на 100 тыс. населения) [12]. Мочекаменная болезнь занимает одно из первых мест среди урологических заболеваний (в среднем по России 34,2%), а больные МКБ составляют 30–40% всех пациентов урологических стационаров [13]. У большинства пациентов МКБ выявляется в наиболее трудоспособном возрасте 30–50 лет [14, 15].
В настоящее время, когда дистанционная литотрипсия (ДЛТ) и рентген-эндоскопическая хирургия (чрескожная нефролитотрипсия [ЧНЛТ], ретроградная интраренальная хирургия [РИРХ], уретероскопия) широко применяются в лечении больных МКБ, остается открытым вопрос о разработке диагностического алгоритма, позволяющего выбирать оптимальный способ удаления конкремента, а также предупреждения осложнений в послеоперационном периоде.
Лучевой диагностике и ее роли в диагностике МКБ в литературе традиционно уделяется большое внимание, однако возможности новых лучевых методов исследования в оценке результатов лечения пациентов с МКБ изучены недостаточно. Совершенствование различных методов лучевой диагностики в оценке почечного кровотока открывает новые возможности в мониторинге лечения пациентов с МКБ.
Особенности почечной гемодинамики
К основным задачам при лечении МКБ относится не только восстановление функции почек, но и оценка сохранности действующей паренхимы. Как показали проведенные исследования, камни в почках очень часто служат причиной диффузионных изменений в паренхиме и напрямую влияют на внутрипочечную гемодинамику [16].
Существует четыре типа нарушений ренальной гемодинамики, связанных с поражением паренхимы почек. Первый тип (компенсаторный) характеризуется увеличением абсолютных скоростных показателей кровотока в почке. Даже при значительном поражении почечной паренхимы почки достаточное время сохраняют функциональную активность за счет включения компенсаторных механизмов в кровеносном русле и адаптационных изменений гемодинамики, увеличивая приток крови по приносящим сосудам. При втором типе (субкомпенсаторном) происходит повышение показателей сопротивления ренальной гемодинамики. Почки регулируют кровоток и клубочковую фильтрацию увеличением перфузионного давления, что сопровождается эквивалентным возрастанием сосудистого сопротивления. Повышение экстравазального давления отечной паренхимы на сосуды приводит к увеличению резистентности сосудистой стенки. При оценке качественных изменений почечного кровотока у больных с третьим типом (декомпенсаторным) отмечается снижение скоростных показателей преимущественно в течение фазы диастолы, что, по-видимому, служит причиной сопутствующих морфологических изменений в структурах почки. Формирующиеся гломерулосклероз и тубулоинтерстициальный фиброз приводят к ишемическому повреждению почки. Четвертый тип (развитие нефросклероза) характеризуется падением ренальной гемодинамики. В почке отмечается более выраженная степень снижения диастолической скорости кровотока, отражающая катастрофически низкую перфузию почки [17].
Кроме того, изменение кровотока почек у больных МКБ связано с локализацией и размером конкремента, характером нарушения гемодинамики, наличием осложнений, длительностью заболевания, возрастом больного и сопутствующим воспалительным процессом. Основным механизмом нарушения ренальной гемодинамики при МКБ является снижение внутрипочечного кровотока с выраженным отеком паренхимы почки. В первые 4 ч после возникновения обструкции отмечается увеличение почечного кровотока в результате предгломерулярной вазодилатации сосудов почки. Через 4 ч кровоток снижается, а давление в мочеточнике возрастает вследствие постгломерулярной вазоконстрикции. Повышенное давление в мочеточнике активирует ренин-ангиотензиновую систему и увеличивает уровень вазоконстрикторов, что проявляется снижением почечного кровотока и давления в мочевых путях по причине сужения приносящих артериол [18].
Внедрение в современную клиническую практику таких методов лечения, как дистанционная литотрипсия (ДЛТ), позволило существенно улучшить результаты лечения при МКБ. Однако использование ДЛТ может сопровождаться повреждением ткани и нарушением кровотока в почке, так как тканевые и функциональные эффекты в значительной степени локализованы в области применения ударных волн [19]. Рядом авторов [20] оценено влияние ДЛТ на почечную паренхиму. В результате проведенных исследований установлены изменения со стороны почечной паренхимы в виде полнокровия сосудов микроциркуляторного русла, отека интерстиция и окружающих почку тканей, венозного стаза с признаками деструкции эндотелия, тромбоза почечных сосудов, парциального некроза канальцев, субкапсулярных и периренальных гематом. Выраженность повреждающего действия на канальцы и сосудистую систему зависит от величины и плотности воздействующей энергии [20, 21].
Таким образом, изменение почечного кровотока у больных МКБ зависит от характера нарушения уродинамики, локализации и размера конкремента, длительности заболевания, наличия осложнений, возраста больного. Сопутствующий указанным выше факторам воспалительный процесс в различной степени отражается на состоянии кровотока, поэтому крайне важным фактором в лечении МКБ является выбор диагностического алгоритма, который мог бы быть использован для наблюдения за процессом восстановления почечной функции, в том числе и ренальной гемодинамики [22].
Ультразвуковое исследование с контрастным усилением
Впервые УЗИ с эхоконтрастными препаратами было выполнено в 1968 г. На сегодняшний день при постоянном совершенствовании и разработке новых эхоконтрастных препаратов в мировой клинической практике использование контрастного усиления в УЗИ все чаще является обязательным методом диагностики при обследовании больных [23, 24].
Ультразвуковые контрастные вещества, изменяя параметры ультразвуковых колебаний в ткани (поглощение, отражение, преломление), влияют на скорость распространения ультразвуковой волны путем увеличения числа отражаемых поверхностей, которые в свою очередь регистрируются ультразвуковым датчиком [8, 11]. Ввиду этого в исследуемой области происходит усиление допплеровского эхосигнала по сравнению с сигналом, отражаемым окружающими тканями. Повышаются эхогенные свойства крови, ее способность к обратному рассеянию эхосигнала, в результате чего повышается и качество соотношения «сигнал–шум» на записях кривой кровотока. Наличие микрочастиц (пузырьки газа) в применяемых при УЗИ контрастных препаратах обеспечивает эхоусиливающий эффект путем рассеивания энергии ультразвука в разных направлениях.
Третье поколение ультразвуковых контрастных веществ (USCA) состоит из микропузырьков, содержащих газ с низкой диффузностью, стабилизированный оболочкой со средним диаметром от 1 до 5 мкм [25]. Фармакокинетика эхоконтрастных препаратов третьего поколения характеризует их как хорошо подходящих для оценки перфузии почек. Микропузырьки более безопасны, чем контрастные вещества на основе йода и гадолиния, особенно для пациентов с почечной недостаточностью, такие препараты применяются в клинической практике более 15 лет и первоначально были разработаны для использования в эхокардиографии [26].
Основное направление применения эхоконтрастных препаратов в урологии касается дифференциальной диагностики очаговых образований почек. При этом особый интерес вызывают изоэхогенные твердые образования небольших размеров [27, 28].
В 2011 г. Европейская федерация организаций по ультразвуковому исследованию в медицине и биологии (EFSUMB) опубликовала рекомендации к использованию эхоконтрастных препаратов. Они применимы при подозрении на сосудистые расстройства (инфаркт, кортикальный некроз); дифференцировании твердых и кистозных поражений, опухолей и псевдоопухолей; в дифференциальной диагностике кистозных образований; почечных абсцессов [29].
В динамических исследованиях требуется проведение количественной оценки первичных данных, которые могут быть доступны только в некоторых программах. В подобных условиях применение функциональных почечных УЗИ получило развитие в полуколичественной оценке перфузии почек [30–33].
Применение контрастных ультразвуковых веществ повышает выявляемость стеноза почечных артерий и отлично подходит к определению зон дефицита перфузии почечной̆ паренхимы, включая сегментальные инфаркты, кортикальный некроз, инфекционное поражение и травматические повреждения почек [34].
Ультразвуковая эходопплерография
В основе допплерографии лежит физический эффект Доплера, названный по имени К. А. Доплера. Суть данного эффекта заключается в изменении частоты ультразвуковых волн при перемещении среды, от которой они отражаются, или при перемещении источника ультразвука, а также при одновременном перемещении среды и источника. Допплеровский режим позволяет регистрировать скорость и направление движения крови. Данные, полученные с помощью допплерографии, представляют собой кривую допплеровского сдвига частот, развернутую во времени. Ниже изолинии отображается кровоток, направленный от датчика, выше изолинии – кровоток, направленный к датчику. Звуковой выход преобразует сдвиг частоты ультразвукового сигнала в звук. Допплеровский режим был реализован в аппаратах ультразвуковой допплерографии (УЗДГ). В отличие от В-режима они не дают изображения исследуемой структуры, а представляют на экране информацию о кровотоке в виде кривой допплеровского сдвига частот. В этом случае ультразвуковые волны отражаются от частиц крови, и эти изменения напрямую зависят от скорости кровотока. С разработкой двухмерного ультразвукового сканирования появилась возможность неинвазивного исследования сосудистого русла.
Первым этапом исследования стал процесс получения изображения почечных артерий и вен. В режиме цветного картирования уточняется положение сосуда, а также его ход и характер ветвления.
Вторым этапом служит исследование спектра скоростей кровотока в импульсном режиме. Выбирается пробный объем глубиной 2–4 мм. Проводится коррекция угла сканирования таким образом, чтобы линия, определяющая угол наклона сканирования, совпадала с длинной осью сосуда на исследуемом участке. Устанавливается минимальный допплеровский фильтр (50 МГц). Определяется минимальный уровень частоты повторения импульса, при котором нет искажения допплеровского спектра, устанавливается уровень базовой линии, после чего проводится измерение скоростей кровотока.
После длительных исследований были определены некоторые параметры оценки почечного кровотока, в частности индекс резистентности. Индекс резистентности (индекс Пурсело) определяется как отношение разности максимальной систолической скорости кровотока и конечной диастолической скорости кровотока к максимальной систолической скорости. В большей степени он отражает состояние микроциркуляторного русла (тонус, состояние стенки артериол и капилляров) [35]. Исследование индекса резистентности применяется в урологии при оценке функционирования почечного трансплантата [36].
В течение многих лет велись споры по поводу целесообразности использования индекса резистентности для оценки почечного кровотока при обструкции мочеточника конкрементом. По данным многих авторов, этот индекс служит хорошим показателем почечного кровотока по сравнению с другими показателями и одним из достоверных диагностических признаков почечной колики [37–40]. Мнения исследователей расходятся по поводу специфичности данного метода при длительности приступа более 72 ч, индекс также различается при обструкции мочеточника [41]. По мнению некоторых авторов, наиболее ценные данные дает сравнительная оценка кровотока в пораженной и здоровой почках [42].
Таким образом, ультразвуковая допплерография считается информативным методом оценки почечного кровотока у пациентов с МКБ. Исследования выявили замедление показателей кровотока и сосудистого сопротивления во внутрипочечных артериях, которые возвращаются к исходным в среднем к 7-му дню после ДЛТ. Значительно замедляют процесс нормализации кровотока обструктивные изменения в послеоперационном периоде, что крайне важно для пациентов, которым необходимы повторные сеансы литотрипсии. При наличии данных изменений в предоперационном периоде показатели кровотока изначально снижены. Большой интерес представляют замедление кровотока и повышение сосудистого сопротивления в контралатеральной почке, а также то, что в поврежденной почке показатели кровотока нарушаются в большей мере в зоне, прилежащей к конкременту, что также объясняет более выраженные изменения у пациентов с внутрипочечным строением чашечно-лоханочной системы [43].
Магнитно-резонансная томография с контрастированием
До настоящего времени единственным контрастным препаратом, используемым для оценки клинической картины с помощью МРТ, остаются низкомолекулярные хелатные комплексы гадолиния (Gd) [44, 45]. Магнитно-резонансная томография, контрастно-усиленное с помощью низкомолекулярных гадолинийсодержащих препаратов, позволяет оценивать различные состояния перфузии (определять участки гипо- и гиперперфузии) и судить об экскреторной функции почек. Важно подчеркнуть, что парамагнитные контрастные препараты по сравнению с йодсодержащими рентгенконтрастными препаратами в диагностических дозах характеризуются заметно лучшей как общей, так и почечной переносимостью [46–48]. Основой диагностических возможностей гадолинийсодержащих внеклеточных веществ служат контрастирующий эффект, физиологические механизмы концентрирования и транспорта этих веществ в мочевых путях коркового и мозгового слоев почки [49]. Контрастные гадолинийсодержащие препараты типа Магневиста выделяются из организма путем клубочковой фильтрации. Накапливаясь в почках, они вызывают соответствующее уменьшение времени релаксации тканей Т1 и Т2 (или Т2*). Изучив зависимость времени релаксации тканей почек от концентрации Магневиста, можно получить количественные данные о перфузии и кинетике экскреции низкомолекулярных хелатов гадолиния почками [50]. При нормальной функции почек из организма за первые сутки выводится 96,5% введенной дозы препарата. При нарушенной функции почек препарат может обнаруживаться в крови в течение 7–10 дней, но также выделяется в неизменном виде [51].
Используя специальную постобработку, перфузию почек и фильтрацию можно количественно определить на основе полученных данных с высоким временным разрешением. После постобработки цветные кодированные карты, а также количественные значения почечной перфузии (плазменный поток, FP) и значения фильтрации (трубчатый поток, FT) могут быть получены из первичного набора данных магнитного резонанса (МР). Этот анализ особенно полезен при оценке состояния после интервенционных процедур; также возможна оценка как кортикальной, так и медуллярной оксигенации, которые могут быть измерены с использованием метода изменения уровня кислорода в крови (BOLD). Эти методы расширяют диагностические возможности МР, позволяя обнаруживать функциональные нарушения почек [52].
Однако применение хелатов гадолиния для оценки почечной функции имеет некоторые недостатки. Во-первых, они имеют свойство свободно диффундировать в интерстиций, что не учитывается в большинстве фармокинетических моделей; во-вторых, в отличие от КТ-перфузии или сцинтиграфии в МР-перфузии изменение концентрации контрастного препарата, вызывающее соответствующее уменьшение времени релаксации T1 и Т2 (или Т2*), и интенсивность сигнала имеют нелинейную зависимость.
Еще один метод для оценки перфузии — артериальная спиновая маркировка (arterial spin labeling, ASL). Техника перфузии ASL предлагает аналогичные данные, как и обычные динамические исследования; однако данный метод не требует внутривенного введения контраста и может быть определен количественно [53]. МРТ-визуализация с использованием артериального спина (ASL) была разработана более 15 лет назад [54–56]. Данная методика не была так широко распространена исключительно из-за сложных требований к последующей обработке, несмотря на то что многие исследования продемонстрировали потенциальную клиническую пользу ASL [57–64] Данный метод имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционными методами контрастного усиления. Во-первых, ASL не требует контрастного вещества на основе гадолиния. Во-вторых, ASL может дать количественную оценку, в то время как большинство доступных методов перфузии являются качественными, показывающими относительные изменения, а количественная оценка позволяет проводить региональные и общие оценки перфузии.
В клиническом исследовании, посвященном значению ASL-перфузионной визуализации [65], обнаружено, что использование измерений ASL-перфузии почек в сочетании с измерениями МР-потока для дифференциации здоровых и пораженных почек имеет специфичность и чувствительность 99 и 69% соответственно. M. Fenchel et al. [66] использовали FAIR-ASL в отношении пациентов со стенозом почечной артерии, где этот метод показал хорошую корреляцию изображений ASL-перфузии со степенью стеноза (r=0,76) и данными перфузии с однофотонной эмиссионной томографией (r=0,83). Главная проблема ASL-технологий — низкая интенсивность сигнала и его восприимчивость к артефактам. Отсутствие единого протокола методов постобработки – одна из причин, препятствующая широкому клиническому применению этой технологии.
Широкая клиническая доступность данного типа исследования, тенденции к развитию функциональных исследований почечной МР, а также необходимость минимизации или прекращения применения контрастного агента скорее всего будут способствовать распространению ASL-измерений почек.
Перфузионная компьютерная томография
Компьютерная томография брюшной полости и таза – основное исследование для оценки камней в почках пациентов с почечной коликой и подозрением на уролитиаз, характеризуясь чувствительностью и специфичностью более 95% для диагностики нефролитиаза [67]. Однако и у КТ есть ограничения: метод противопоказан пациентам с выраженной почечной недостаточностью, индивидуальной непереносимостью йодсодержащих контрастных препаратов, а также относительно противопоказан пациентам, которые потенциально могут быть более восприимчивыми радиационному облучению, например беременным женщинам [68].
Развитие эндоскопической аппаратуры, создание новых контактных литотриптеров и совершенствование методик нефролитотрипсии требуют усовершенствования методов визуализации. Такими усовершенствованиями стали, в частности, двухэнергетическая КТ (ДЭКТ) и КТ-перфузия. Двухэнергетическая КТ имеет высокую диагностическую ценность в прогнозировании химического состава мочевых камней, что подтверждает значимость данного метода исследования в дифференцировке уратных и кальцийсодержащих камней [69]. Кроме того, возможность идентифицировать состав мочевых камней и их кристаллическую структуру позволяет точнее определять показания к различным методам лечения [67]. Среди недостатков ДЭКТ можно отметить отсутствие стандартизированных протоколов исследования, данных об оценке зональной структуры конкремента с помощью ДЭКТ и корреляции состава и плотности мочевого камня [69].
Перфузионная КТ – новая неинвазивная технология, позволяющая количественно определять изменения скорости кровотока почек, а также функциональные изменения почек [70–73]. Существующие методы визуализации дают возможность оценивать перфузию тканей, однако КТ-перфузия имеет более высокое пространственное и временное разрешение по сравнению с изотопной сцинтиграфией или МРТ. Другим достоинством КТ-перфузии является линейное соотношение между концентрацией йода и изменением состояния почки, что упрощает математический расчет по сравнению с МРТ. Кроме того, параметры перфузии можно проще получить с помощью программного обеспечения. Метод КТ-перфузии базируется на временных изменениях в ткани после введения йодсодержащих контрастных веществ. Перфузия – это поток крови через единицу объема ткани. Существует также линейная зависимость между увеличением плотности ткани и концентрацией йода в ткани.
Метод КТ-перфузии основан на том, что после внутривенного болюсного введения контрастного препарата измеряется степень его концентрации в исследуемом органе, для регистрации этого весь орган или опухоль сканируется в различные интервалы времени. Затем измеряют плотность в двух различных исследуемых областях, в афферентной артерии и исследуемой ткани, и проводят анализ математическими методами [74].
Расчет КТ-перфузии основан на том, что усиление сигнала линейно пропорционально концентрации контраста в ткани. Существует два вида аналитических методов (моделей) для оценки перфузии ткани. Это блочная модель и модель деконволюции. Для оценки перфузии почек используется модель блоков, которая в свою очередь делится на одно- и двухблочную модели. Одноблочная модель основывается на том, что внутривенно введенное контрастное вещество распределяется только в одном объеме (например, в пространстве внутри сосудистого русла). Данный метод позволяет рассчитать только скорость кровотока (СК) (мл/100 мл /мин), рассчитать проницаемость при данном методе не представляется возможным. Двублочная модель (Метод Патлака) основывается на динамическом распределении контрастного вещества между двумя блоками: внутри- и внесосудистом. Метод Патлака позволяет получить данные как о внутрисосудистом прохождении контрастного вещества, так и о межклеточном [75].
С помощью метода Патлака можно определить такие параметры перфузии, как клиренс, который отражает общий ток из плазмы в интерстициальное пространство (мл/100 мл/мин), и объем циркулирующей крови в пределах сосудистой сети в единице ткани (мл/100 мл).
В 2015 г. были представлены результаты исследований 64 пациентов с односторонней обструкцией мочеточника камнем. Пациенты были разделены на три группы по степени тяжести гидронефротической трансформации, и им была проведена КТ брюшной полости. По результатам полученных данных были сопоставлены средние параметры кортикальной и мозговой перфузий почек на фоне обструкции и в контралатеральных почках. Было установлено, что использование 320-cрезового компьютерного томографа позволяет выявлять гипоперфузию блокированной почки по сравнению со здоровой. Таким образом, КТ-перфузия, являясь точным и неинвазивным методом, может использоваться для количественной оценки функции почек при обструкции [76].
КТ-перфузию почек можно проводить для оценки ишемии и изменения почечного кровотока, поэтому данное исследование может стать основным диагностическим методом для оценки проведенного лечения пациентов с МКБ. Результат предоперационного перфузионного исследования блокированной почки служит одним из важных факторов, влияющих на выбор лечебных мероприятий, направленных на восстановление функции почек пациентов с обструкцией мочеточника. Количественная оценка относительной индивидуальной функции почек может помочь урологам отслеживать эффективность проводимого лечения. Исследование простое и не требует значительного количества времени. К недостаткам метода КТ-перфузии почек относится чувствительность к шуму. При исследовании почек некорректно оценивать функцию почек кроме как косвенным способом. Поскольку клиренс не является скоростью клубочковой фильтрации, необходимо вручную пересчитывать единицы клиренса и кровотока.
КТ-перфузия, обладая такими преимуществами, как высокое разрешение, количественная оценка тканевой перфузии и неизвазивность, открывает новые возможности для всесторонней визуализации почек. Динамический сбор данных обеспечивает возможность получения высококачественных перфузионных карт. Считаем, КТ-перфузия является одним из перспективных методов исследования в мониторинге лечения МКБ, позволяя делать переход от морфологических характеристик к оценке функции почек. Однако применение КТ-перфузии почек имеет ряд ограничений, в первую очередь связанных с отсутствием единых стандартизированных низкодозовых протоколов сканирования, применение которых будет оптимальным в условиях многопрофильных стационаров, оборудованных мультиспиральными компьютерными томографами. Еще одной проблемой остается неопределенность границы возможной вариабельности результатов КТ-перфузии при использовании различного программного обеспечения для обработки данных. Все вышеперечисленное определяет актуальность исследований КТ-перфузии почек как высокоэффективного метода выявления нарушений почечного кровотока у больных МКБ.
