Введение

Диагностика инфекционных процессов в сердце и сосудах (ИПСС) у пациентов после кардиохирургических вмешательств, таких как протезирование клапанов сердца и сосудов, имплантация электронных внутрисердечных устройств, является актуальной и сложной проблемой современной медицины. Инфекционные осложнения у указанных категорий больных ассоциируются с плохим прогнозом. Показатели заболеваемости и смертности не имеют тенденции к снижению в течение последних 30 лет, а подтвержденный диагноз в большинстве случаев является абсолютным показанием к хирургическому лечению [1, 2].

В настоящее время в диагностике ИПСС все более широкое применение находят радионуклидные методы исследования [2, 3]. Наиболее перспективным из них является позитронно-эмиссионная томография, совмещенная с компьютерной томографией (ПЭТ/КТ) с 18F-фтордезоксиглюкозой (18F-ФДГ). В отличие от традиционных методов диагностики, таких как эхокардиография, компьютерная и магнитно-резонансная томография, данный неинвазивный метод гибридной молекулярной визуализации позволяет выявить и оценить метаболические изменения на раннем этапе (до появления структурных изменений) [4]. Применение ПЭТ/КТ с 18F-ФДГ в диагностике воспаления основано на интенсивном накоплении 18F-ФДГ клетками воспаления с высоким уровнем гликолиза: полиморфно-ядерными лейкоцитами (активированными макрофагами и гранулоцитами) и лимфоцитами [4, 5].

В первых работах по изучению диагностических возможностей ПЭТ/КТ с 18F-ФДГ в диагностике воспалительных и инфекционных процессов в сердце авторы отмечали низкую чувствительность метода [6, 7]. Это связано в основном с физиологическим накоплением 18F-ФДГ в миокарде, которое препятствует оценке интракардиальных зон интереса (протезированных клапанов и соответствующих отделов электродов). В последующие годы были разработаны различные варианты подготовки к исследованию с целью снижения физиологического накопления 18F-ФДГ в миокарде, которые базировались на опыте подготовки больных к ПЭТ/КТ для оценки жизнеспособности миокарда [8].

Транспорт глюкозы в нормальные клетки (без воспалительного процесса) осуществляется в основном через инсулинзависимые мембранные белки GLUT4 (рис. 1 на цв. вклейке). Соответственно уровень инсулина и/или глюкозы в крови напрямую влияет на поступление глюкозы в клетки. Хорошо известно, что глюкоза и свободные жирные кислоты являются основными энергетическими субстратами для кардиомиоцитов. В отличие от большинства других органов и тканей потребление глюкозы клетками миокарда достаточно вариабельно и зависит от обменных процессов у конкретного пациента [9].

Рис. 1. Особенности распределения 18F-ФДГ в нормальных клетках и клетках воспаления.

В клетках воспаления повышена экспрессия инсулин-независимых транспортных белков GLUT-1 и GLUT-3, а также более чем в 10 раз повышена активность гексокиназы. Длительное голодание позволяет снизить уровень инсулина и глюкозы в крови и соответственно физиологическое накопление 18F-ФДГ нормальными кардиомиоцитами.

Fig. 1. 18F-FDG distribution in normal and inflammatory cells.

In inflammatory cells, expression of insulin-independent transport proteins GLUT-1 and GLUT-3 is increased, as well as activity of hexokinase is increased by more than 10 times. Prolonged fasting reduces serum insulin and glucose and, accordingly, physiological accumulation of 18F-FDG by normal cardiomyocytes.

Известно, что интенсивность накопления 18F-ФДГ в миокарде пропорциональна потреблению им глюкозы. Анализ данного метаболического пути первоначально использовался для оценки жизнеспособности миокарда. Подготовка пациента заключалась в стимуляции процессов поглощения 18F-ФДГ кардиомиоцитами [10, 11] и включала предварительное пероральное или внутривенное введение экзогенной глюкозы. Наиболее распространен протокол с пероральным приемом 50—75 г глюкозы за 60 мин до введения 18F-ФДГ. В ряде случаев используется так называемая эугликемическая связка, которая предполагает одновременную инфузию инсулина и глюкозы [12, 13].

Для возможности точной оценки интракардиальных зон интереса при подозрении на воспалительные и инфекционные процессы необходимо исключить физиологическое накопление 18F-ФДГ в миокарде. Поэтому подготовка пациентов перед ПЭТ/КТ при подозрении на ИПСС направлена на снижение потребления 18F-ФДГ нормальными кардиомиоцитами (см. рис. 1 на цв. вклейке). Разные авторы предлагают различные варианты подготовки к ПЭТ/КТ. Один из них — соблюдение строгой безуглеводной, богатой жирами и белками диеты в течение 24—72 ч перед введением 18F-ФДГ [14—16]. Другой метод — 12-часовое голодание с целью снижения концентрации инсулина и глюкозы в крови [17]. Наиболее эффективные результаты получены при увеличении периода голодания до 18 ч, за счет чего достигаются минимальная циркуляция в крови глюкозы и максимальная циркуляция жирных кислот [9, 15]. Ряд исследователей используют внутривенное введение низкомолекулярного гепарина в дозе 50 Ед/кг за 10—15 мин до введения 18F-ФДГ. Это приводит к стимуляции липолитической активности плазмы и увеличению концентрации свободных жирных кислот, которые потребляются кардиомиоцитами в первую очередь [9, 15]. Единая методика подготовки пациента к ПЭТ/КТ на сегодняшний день не разработана.

Цель настоящего исследования — сравнение эффективности блокировки физиологического накопления 18F-ФДГ при 3 различных вариантах подготовки к ПЭТ/КТ.

Материал и методы

В анализ включены результаты обследования 200 больных, которым выполнена ПЭТ/КТ с 18F-ФДГ в ПЭТ-центре отдела ядерной диагностики НЦССХ им. А.Н. Бакулева. Сто (50%) пациентов обследованы по поводу подозрения на ИПСС, остальные 100 (50%) — по поводу онкологических заболеваний (контрольная группа без ИПСС).

Пациенты с подозрением на ИПСС (n=100) обследовались проспективно в различные сроки после кардиохирургических вмешательств: протезирование клапанов сердца — 32 пациента, имплантация электронных внутрисердечных устройств — 26, имплантация сосудистых протезов — 13, протезирование клапанов сердца и имплантация сосудистых протезов — 15, протезирование клапанов сердца и имплантация электронных внутрисердечных устройств — 10, имплантация электронных внутрисердечных устройств и сосудистых протезов — 3, сочетание трех вышеуказанных вмешательств — 1. В анализируемую группу вошли 56 мужчин и 44 женщины. Средний возраст составил 54±16 (14—87) лет.

Контрольная группа без ИПСС (n=100). В базе данных ПЭТ-центра за период с января 2014 г. по декабрь 2017 г. проведен поиск пациентов с наличием в анамнезе одного из вышеперечисленных кардиохирургических вмешательств и отсутствием лихорадки на момент проведения ПЭТ/КТ. Были выявлены 68 пациентов, которым ПЭТ/КТ с 18F-ФДГ выполнялась по поводу онкологических заболеваний. Кроме того, в контрольную группу проспективно включены 32 аналогичных пациента, обследованных в ПЭТ-центре с января 2018 г. по август 2020 г. по поводу онкологических заболеваний. В результате в контрольную группу отобраны 100 больных после протезирования клапанов сердца (n=19), имплантации электронных внутрисердечных устройств (n=64), сосудистых протезов (n=12), протезирования клапанов и имплантации сосудистых протезов (n=4), протезирования клапанов и имплантации электронных внутрисердечных устройств (n=1).

Подготовка больных начиналась при записи на исследование. Уточнялись анамнез, сроки проведения последних лечебных процедур, диагностических исследований и их результаты, принимаемые медикаменты.

Как указано во введении, в норме в кардиомиоцитах может определяться интенсивное физиологическое накопление 18F-ФДГ (см. рис. 1 на цв. вклейке). В связи с этим все больные с подозрением на ИПСС (n=100) соблюдали строгую безуглеводную диету в течение как минимум 48 ч с периодом голодания >15 (16±1) ч перед исследованием. Также на период подготовки отменялось внутривенное введение препаратов, содержащих раствор глюкозы. Пациентам тщательно разъяснялись особенности подготовки, а также выдавалась памятка с перечислением разрешенных и запрещенных к употреблению продуктов. К первой категории относились мясо, рыба, курица, яйца, грибы, молочные изделия (сыр, творог, кефир, йогурты без сахара и добавок), чистая питьевая вода (несладкая и негазированная), черный кофе и чай без сахара. Вторая категория включала мучные и хлебобулочные изделия, макароны, крекеры, конфеты, крупы, овощи и фрукты, соусы, приправы, искусственные подсластители, жевательные резинки, соки и компоты.

Подготовка пациентов контрольной группы (n=100) была стандартной для онкологических больных — строгая безуглеводная диета в течение 12 ч с периодом голодания >6 ч. Больным, страдающим сахарным диабетом или выраженным метаболическим синдромом, для стабилизации уровня глюкозы в крови перед исследованием рекомендовалось строго соблюдать диету и режим приема гипогликемических препаратов. При наличии сахарного диабета ПЭТ/КТ выполнялась после ночного голодания до приема гипогликемических препаратов.

Кроме того, пациентам рекомендовалось избегать физических упражнений в течение нескольких дней перед исследованием и тепло одеваться при явке на исследование.

Всем пациентам с подозрением на ИПСС, учитывая длительность периода голодания (>15 ч), ПЭТ/КТ выполняли утром. В день исследования проводился сбор анамнеза на наличие аллергических реакций, заболеваний щитовидной железы и почек. После получения письменного согласия пациента проводилось измерение уровня глюкозы в крови (среднее значение в анализируемой группе составило 5,2±1,2 ммоль/л). Для достижения адекватной гидратации назначалось обильное питье (1000—1200 мл воды в зависимости от веса пациента). Введению препарата предшествовала 40—60-минутная релаксация, которая продолжалась до начала сканирования.

Первым 20 больным, обследованным по поводу подозрения на ИПСС, осуществлялось внутривенное введение низкомолекулярного гепарина в дозе 50 Ед/кг за 15 мин до введения 18F-ФДГ.

Радиофармпрепарат 18F-ФДГ вводился в кубитальную вену через предварительно установленный катетер с последующим введением 10—15 мл физиологического раствора. Для достижения адекватной дегидратации при отсутствии противопоказаний дополнительно внутривенно вводилось 20—40 мг фуросемида.

Исследования выполнялись на гибридной системе ПЭТ/КТ Biograph — 64 True Point («Siemens»), сочетающей в себе высокоскоростной позитронно-эмиссионный томограф с трансаксиальным разрешением 4,2 мм и 64-срезовый спиральный рентгеновский компьютерный томограф. Сканирование выполнялось через 90 мин после внутривенного введения 18F-ФДГ (175—200 МБк) по стандартному протоколу в режиме обследования «всего тела» (от уровня глазниц до верхней трети бедра) с последовательным выполнением КТ- и ПЭТ-сканирований.

Таким образом, проанализировано 200 ПЭТ/КТ в 3 группах больных:

1) с подозрением на ИПСС после кардиохирургических вмешательств, прошедшие специальную подготовку без введения гепарина (n=80);

2) с подозрением на ИПСС после кардиохирургических вмешательств, прошедшие специальную подготовку с введением гепарина (n=20);

3) онкологические пациенты с 6-часовым периодом голодания (n=100).

Результаты и обсуждение

В первой группе больных со специальной подготовкой без введения гепарина (n=80) полная блокировка физиологического накопления 18F-ФДГ была достигнута у 72 (90%) пациентов. В остальных 8 (10%) случаях сохранялось физиологическое накопление 18F-ФДГ в миокарде, преимущественно в области левого желудочка (фрагментарное накопление умеренной и низкой интенсивности в 7 случаях и диффузное интенсивное накопление в 1). Указанное накопление радиофармпрепарата у всех больных анализируемой группы (n=80) локализовалось вне зон интереса, не препятствовало их изучению и не повлияло на точность оценки результатов ПЭТ/КТ (рис. 2 на цв. вклейке).

Рис. 2. Примеры частичной блокировки физиологического накопления 18F-ФДГ в миокарде.

Аксиальные проекции КТ, ПЭТ и комбинированного ПЭТ/КТ изображения на фоне виртуального 3D ПЭТ-изображения (а, б); коронарные (в) и сагиттальные (г) проекции комбинированного ПЭТ/КТ (слева) и ПЭТ (справа) изображений. Фрагментарное накопление умеренной и низкой интенсивности (а, б, в) и диффузное интенсивное (г) физиологическое накопление 18F-ФДГ в миокарде левого желудочка (зеленые стрелки) не препятствует оценке зон интереса. Патологическое накопление 18F-ФДГ в зоне протеза митрального клапана (а) и интракардиальных отделов электродов электрокардиостимулятора (в) не определяется (голубой круг) — инфекционный процесс исключен. Диагностированы патологические очаги гиперметаболической активности (красный круг, красные стрелки), свидетельствующие о наличии инфекционного процесса в зоне протеза аортального клапана (б) и интракардиальных отделов электродов (г).

Fig. 2. Partial blockage of physiological 18F-FDG accumulation in the myocardium.

Axial CT, PET and fused PET/CT scans with virtual 3D PET image (a, b); coronal (c) and sagittal (d) fused PET/CT (on the left) and PET (on the right) images. Fragmentary physiological 18F-FDG accumulation of moderate-to-low intensity (a, b, c) and diffuse intense (d) accumulation in the left ventricular myocardium (green arrows) do not prevent assessment of the areas of interest. Abnormal 18F-FDG uptake in the area of mitral valve prosthesis (a) and intracardiac portions of pacemaker leads (c) is not detected (blue circle) — infectious process is excluded. Abnormal foci of hypermetabolic activity (red circle, red arrows) were diagnosed. The last ones indicate an infectious process in the area of aortic valve prosthesis (b) and intracardiac portion of leads (d).

Во второй группе со специальной подготовкой и введением гепарина (n=20) полная блокировка физиологического накопления 18F-ФДГ была достигнута в 15 (75%) случаях. В остальных 4 случаях сохранялось фрагментарное физиологическое накопление 18F-ФДГ в миокарде. Доля больных, у которых удалось достичь полной блокировки физиологического накопления 18F-ФДГ при дополнительном введении гепарина, была ниже таковой у пациентов без введения гепарина (75% против 90% соответственно). Таким образом, эффективность использования гепарина при подготовке пациентов с подозрением на ИПСС с целью блокировки физиологического накопления 18F-ФДГ в миокарде в анализируемых группах не подтвердилась.

В третьей контрольной группе без специальной подготовки (n=100) полная блокировка физиологического накопления 18F-ФДГ была достигнута у 58 (58%) пациентов. У остальных 42 больных сохранялось физиологическое накопление 18F-ФДГ в миокарде, из них диффузное интенсивное накопление, препятствовавшее оценке зон протезированных клапанов и интракардиальных отделов электродов, отмечено у 29 (69%) пациентов, а фрагментарное накопление умеренной и низкой интенсивности, не препятствовавшее оценке интракардиальных зон интереса, зафиксировано у 13 (31%) больных. Таким образом, доля исключенных из анализа пациентов в контрольной группе без специальной подготовки составила 29% (29/100).

Анализ показал, что при подозрении на ИПСС перед ПЭТ/КТ пациентам целесообразно проведение специальной подготовки — соблюдение строгой безуглеводной диеты в течение 48 ч и периода голодания 12 ч и более.

Для блокировки физиологического накопления 18F-ФДГ в миокарде, препятствующего оценке интракардиальных зон интереса, в литературе обсуждаются различные варианты подготовки к ПЭТ/КТ [18, 19].

M. Osborne и соавт. [18] проанализировали методики подготовки к ПЭТ/КТ для блокировки физиологического накопления 18F-ФДГ в миокарде, использованные в 15 различных исследованиях, включая голодание, голодание в сочетании с диетами (низко- или безуглеводной, с высоким содержанием жиров), голодание в сочетании с диетами и введением гепарина перед 18F-ФДГ. Основываясь на проведенном обзоре, авторы не рекомендуют в качестве подготовки изолированное голодание. Однако при необходимости его использования рекомендуемый период голодания должен составлять не менее 18 ч. Оптимальная подготовка пациентов, по мнению исследователей, должна включать не менее двух приемов пищи в рамках диеты (безуглеводной с высоким содержанием жиров) с периодом голодания перед ПЭТ/КТ >4 ч. Сходной эффективностью обладает методика, включающая как минимум один прием пищи в рамках диеты (низкоуглеводной с высоким содержанием жиров) с периодом ночного голодания перед ПЭТ/КТ в сочетании с внутривенным введением гепарина непосредственно перед сканированием. Следует учитывать, что внутривенное введение гепарина может быть сопряжено с побочными реакциями. Авторы заключают, что абсолютно эффективной методики подготовки к ПЭТ/КТ при подозрении на ИПСС не существует, и в каждом учреждении может быть выработан собственный протокол, при котором доля пациентов с адекватной блокировкой физиологического накопления 18F-ФДГ будет составлять не менее 80%.

Авторы других исследований также отмечают, что, несмотря на тщательную подготовку, достичь полной блокировки физиологического накопления 18F-ФДГ в миокарде удается примерно у 80% пациентов. У остальных больных сохраняется фрагментарное накопление радиофармпрепарата в сердечной мышце [20].

Специальная подготовка перед ПЭТ/КТ, разработанная в настоящем исследовании (строгая безуглеводная диета в течение 2 сут и период голодания >15 ч), подтвердила свою эффективность, позволив достичь полной блокады миокарда у 90% пациентов с подозрением на ИПСС. У 10% больных анализируемой группы наблюдалось преимущественно фрагментарное физиологическое накопление РФП в миокарде, которое не препятствовало оценке зон интереса.

Кроме того, мы проанализировали результаты ПЭТ/КТ в 3 группах больных с различной подготовкой, которая включала безуглеводную диету в течение 2 сут и 15-часовое голодание без дополнительного использования гепарина (n=80), диету и голодание с дополнительным использованием гепарина (n=20), а также 6-часовой период голодания в контрольной группе (n=100). Полной блокировки физиологического накопления 18F-ФДГ в миокарде удалось достичь в 90, 75 и 58% случаев соответственно. В исследовании A. Scholtens и соавт. [9] на 3 аналогичных группах больных (по 50 в каждой группе), но с укороченным периодом голодания при специальной подготовке (12 ч вместо 15 ч), полной блокировки миокарда удалось достичь в 54, 88 и 28% случаев соответственно.

Выводы

1. Интенсивное физиологическое накопление 18F-ФДГ в миокарде снижает точность результатов ПЭТ/КТ при подозрении на инфекционные процессы интракардиальной локализации, поэтому специальная подготовка пациента к ПЭТ/КТ имеет ключевое значение.

2. Разработанная подготовка, включающая строгую безуглеводную диету в течение 48 ч и период голодания в течение 15 ч и более, позволила достичь полной блокировки физиологического накопления 18F-ФДГ в миокарде в 90% случаев.

3. Эффективность дополнительного использования гепарина перед введением 18F-ФДГ для блокировки физиологического накопления РФП в миокарде в анализируемой группе не подтвердилась.

Исследование не имело спонсорской поддержки.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.