Список сокращений
5-АЛК —5-аминолевулиновая кислота
МРТ — магнитно-резонансная томография
Первичные опухоли спинного мозга достигают 4,3% в структуре первичных и глиальных опухолей центральной нервной системы, из них первое место по частоте выявления в популяции занимают эпендимомы, второе — астроцитомы, что в целом составляет около 80% интрамедуллярных образований [1, 2].
Важной задачей рутинной нейрохирургической практики является увеличение степени радикальности удаления опухолевой ткани при условии снижения послеоперационного неврологического дефицита. Тотальному удалению опухоли часто препятствуют отсутствие плоскости диссекции между здоровой тканью спинного мозга и опухолью [3]. Кроме того, хирурга может заставить воздержаться от радикального удаления снижение вызванных электрофизиологических потенциалов [3, 4]. Ввиду этого возникает необходимость интраоперационной визуализации остаточных фрагментов опухоли, которые трудноразличимы в световом режиме операционного микроскопа [5—7]. Принцип методики визуальной флуоресценции заключается во флуоресцентном контрастировании опухоли фотосенсибилизатором — протопорфирином IX, который избирательно накапливается в опухоли при введении в организм 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК). В свою очередь, лазерная флуоресцентная спектроскопия основана на сверхбыстрой детекции отраженного лазерного, а также лазерно-индуцированного флуоресцентного излучения от поверхности исследуемой ткани [8].
Применение визуальной флуоресценции в комбинации с лазерной спектроскопией и с электрофизиологическим мониторингом позволяет удалять интрамедуллярные опухоли более радикально, контролируя при этом степень сохранности структур спинного мозга в режиме реального времени [9, 10].
В настоящее время одним из наиболее часто используемых фотосенсибилизаторов является 5-АЛК, представляющая собой белый кристаллический порошок, который предназначен для приготовления водного раствора для перорального и внутриполостного введения [11]. 5-АЛК представляет собой естественный источник синтеза протопорфирина IX — светопоглощающего митохондриального хромофора, предшественника гема. Основа данного метода заключается в селективном процессе превращения 5-АЛК в протопорфирин IX в клетках опухоли в условиях избыточной концентрации 5-АЛК. При этом клетка здорового мозга метаболизирует 5-АЛК в незначительных количествах или не метаболизирует совсем [12].
Накопление протопорфирина IX происходит в течение нескольких часов. В опухолевых клетках высокий уровень протопорфирина IX сохраняется в течение 1—2 суток, в то время как в нормальных клетках он быстро утилизируется путем превращения в фотонеактивный гем. Результатом этого является высокое флуоресцентное контрастирование опухоли и окружающей ткани, что является важным фактором для выявления и уточнения границ патологического процесса.
Проницаемость интактного гематоэнцефалического барьера для 5-АЛК очень низкая, а основным механизмом транспорта является пассивная диффузия [3].
При опухолевом поражении вследствие нарушения целостности гематоэнцефалического барьера в области опухоли наблюдается проникновение 5-АЛК в клетки опухоли и перифокальную зону мозгового вещества, однако интенсивный синтез собственно фотосенсибилизатора — протопорфирина IX — наблюдается только в опухолевых клетках, что выгодно отличает использование 5-АЛК от других фотосенсибилизаторов, которые действовали за счет поврежденного гематоэнцефалического барьера [10].
Специально разработанные приставки к операционным микроскопам обеспечивают возможность интраоперационной визуализации красно-розового свечения протопорфирина IX, что позволяет определять границы опухоли. Интенсивность флуоресценции зависит от степени накопления протопорфирина IX в клетке и энергии активирующего излучения микроскопа [12].
Флуоресценция опухоли во время операции позволяет идентифицировать истинный край опухоли во время резекции глиальных опухолей, что способствует увеличению степени резекции опухолей [3, 12].
Количественная оценка проводится методом интраоперационной лазерной спектроскопии на спектроанализаторе. Для описания количественных показателей накопления протопорфирина IX используются индекс флуоресценции и флуоресцентный контраст.
Индекс флуоресценции представляет собой отношение интенсивности флуоресценции в диапазоне 690—730 нм к интенсивности рассеянного лазерного сигнала. Флуоресцентный контраст вычисляется как отношение индекса флуоресценции исследуемой ткани к индексу флуоресценции интактного спинного мозга.
Визуальная оценка флуоресценции и спектроскопия проводятся на интактном спинном мозге, после миелотомии на всей видимой поверхности опухоли, на этапах удаления опухоли, после удаления опухоли и гемостаза.
Цель исследования — определить эффективность применения методики флуоресцентной навигации с использованием визуальной флуоресценции в комбинации с лазерной спектроскопией для хирургического лечения различных гистологических типов опухолей спинного мозга.
Материал и методы
На базе ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» с 2001 по 2019 г. прооперировано более 850 пациентов с интрамедуллярными опухолями спинного мозга различной гистологической природы. С 2018 по 2020 г. прооперировано 35 пациентов с применением методики интраоперационной флуороскопии с лазерной спектроскопией.
Основные критерии включения пациентов в исследование:
— возрастной диапазон от 16 до 75 лет;
— наличие первичных внутримозговых опухолей спинного мозга, которые диагностированы на основании данных магнитно-резонансной томографии (МРТ);
— индекс Карновского не менее 70;
— отсутствие у пациентов тяжелой патологии со стороны печени и почек;
— наличие добровольного информированного согласия.
К критериям исключения относились:
— наличие порфирии;
— повышенный уровень креатинина (более 100 мкмоль/л у женщин, более 110 мкмоль/л у мужчин) и мочевины (более 6,4 мкмоль/л);
— повышенные уровни ферментов печени аланинаминотрансферазы, аспартатаминотрансферазы, гамма-глутамилтранспептидазы в 2 раза и более;
— наличие в анамнезе заболеваний печени (гепатиты, циррозы);
— наличие в анамнезе нефрэктомии;
— беременность и кормление грудью;
— отказ от принятия участия в исследовании на любом из этапов его проведения.
Всем пациентам выполнено следующее:
1. Комплексное клинико-инструментальное исследование до и после операции с оценкой общего и неврологического статуса, функционального статуса по шкале McCormick, МРТ спинного мозга. Для дальнейшего анализа использованы данные МРТ в режиме Т1 с контрастным усилением.
2. Интраоперационная флуоресцентная диагностика посредством применения микроскопа OPMI Pentero 900 (Carl Zeiss, Германия) с флуоресцентным модулем. С целью индукции видимой флуоресценции использован отечественный препарат 5-АЛК — Аласенс (ГНЦ НИОПИК, Россия).
3. Лазерная спектроскопия на спектроанализаторе ЛЭСА-01-БИОСПЕК (ЗАО «Биоспек», Россия).
4. Морфологический анализ биоптатов интрамедуллярных опухолей спинного мозга (проводился в лаборатории нейроморфологии ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко»).
Протокол введения препарата
За 3 ч до введения в наркоз осуществлялся пер-оральный прием препарата аласенс (20 мг на 1 кг массы тела), смешанного с 50—100 мл негазированной питьевой воды.
Протокол флуоресцентного исследования и лазерной спектроскопии
Наиболее благоприятными условиями для проведения интраоперационного исследования являются тщательный гемостаз, а также отсутствие крови или спинномозговой жидкости на исследуемой ткани.
На первом этапе проводится визуальная оценка флуоресценции опухоли в флуоресцентом режиме операционного микроскопа. Визуальная оценка выполняется хирургом с применением терминов «отсутствие флуоресценции», «слабая флуоресценция», «яркая флуоресценция».
На втором этапе выполняется лазерная спектроскопия при помощи спектроанализатора. При спектроскопии хирург подводит стерильное оптоволокно к зонам интереса, по команде хирурга сохраняются спектры в компьютерной программе для дальнейшего анализа данных. Уровень флуоресценции оценивается в относительных единицах, на его основании рассчитывается коэффициент контраста (отношение уровня флуоресценции в опухоли к базовому уровню в интактном спинном мозге).
Существует несколько контрольных точек для исследования уровня флуоресцентного излучения:
— интактные ткани — кожа, мышцы;
— спинной мозг вне зоны опухоли;
— опухоли на разных этапах удаления;
— стенки резекционной полости.
Среднее значение спектроскопии кожного покрова составило 1—3 единицы, мышечных тканей 3—4 единицы. Показатели спектроскопии здоровой ткани спинного мозга в среднем не превышали 5 единиц, для интрамедуллярных новообразований в нашей группе независимо от морфологического типа коэффициент контрастирования был выше 5 единиц. Четкой верхней границы для патологической ткани мы не выявили ввиду разницы между показателями спектроскопии. Усредненные значения для интрамедуллярных новообразований у исследуемых составили от 7 до 28 единиц, однако значения спектроскопии у пациентов с анапластическими эпендимомами выделяются среди стандартных чисел и составляют до 50—60 единиц.
Статистическую обработку результатов проводили с использованием прикладных программ обработки баз Microsoft Excel и Statistica 8.0 (StatSoft Inc., США).
Исследование выполнено согласно стандартам, которые изложены в Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека». Перед проведением исследования у всех участников получено добровольное согласие на обработку персональных данных.
Результаты
Описательная статистика группы пациентов с интрамедуллярными опухолями основана на опыте лечения 35 пациентов с применением методики интраоперационной флуоресценции и лазерной спектроскопии.
Виды интрамедуллярных опухолей спинного мозга, согласно гистологической картине, с одинаковой частотой встречались у мужчин и женщин (рис. 1).
Рис. 1. Сравнительная характеристика пациентов по распределению случаев хирургического лечения в зависимости от гистологической природы опухоли и пола.
Распределение степени радикальности удаления опухоли в зависимости от индекса пролиферации Ki-67 представлено на рис. 2.
Рис. 2. Сравнительная характеристика степени радикальности удаления опухоли в зависимости от индекса пролиферации Ki-67.
Так, у 80% пациентов с низким (менее 5%) уровнем Ki-67 удалось произвести тотальное удаление опухоли, при индексе пролиферации от 5 до 10% — у 40%, а при уровне Ki-67 10% и более оказалось возможным только субтотальное удаление. Индекс Ki-67 не определяли для пациентов с гемангиобластомами и каверномами.
Следует отметить, что самый высокий индекс флуоресценции, полученный при помощи лазерной спектроскопии, отмечен у пациентов с интрамедуллярными анапластическими эпендимомами, а также с классическими эпендимомами. Среднее значение варьировало от 20 до 30 единиц, но доходило до 60 единиц.
Распределение индекса флуоресценции в зависимости от гистологической природы опухоли представлено на рис. 3.
Рис. 3. Сравнительная характеристика уровня индекса флуоресценции в зависимости от гистологической природы опухоли.
Интрамедуллярные гемангиобластомы, а также каверномы не накапливают в своей строме 5-АЛК.
В таблице представлена чувствительность методики визуальной флуоресценции в комбинации с лазерной спектроскопией в зависимости от гистологической природы опухоли.
Чувствительность методики визуальной флуоресценции в комбинации с лазерной спектроскопией в зависимости от гистологической природы опухоли
| Гистологическая структура опухоли | Количество пациентов | Чувствительность метода, % |
| Эпендимома | 15 | 92 |
| Гемангиобластома | 2 | 0 |
| Астроцитома высокой степени | 5 | 80 |
| Астроцитома низкой степени | 10 | 70 |
| Кавернома | 2 | 0 |
| Анапластическая эпендимома | 1 | 100 |
Следует отметить такую характеристику интраоперационного процесса, как наличие хирургической плоскости диссекции между здоровым спинным мозгом и тканью опухоли. Наибольшая частота четкой плоскости диссекции характерна для эпендимом спинного мозга, в свою очередь, астроцитомы (за исключением пилоидных) в большинстве случаев не имеют четкой плоскости диссекции. Сосудистые опухоли спинного мозга (гемангиобластома и кавернома) практически в 100% случаев демонстрируют хорошую плоскость диссекции от ткани спинного мозга.
При отсутствии плоскости диссекции и инфильтративного роста опухоли использование интраоперационной метаболической навигации совместно с нейрофизиологическим мониторингом является наиболее обоснованным сочетанием методов, позволяющим добиться максимальной степени радикальности удаления опухоли при сохранении неврологического статуса.
В свете операционного микроскопа, даже при выполнении визуальной флуоресценции, глиоз и остаточная ткань опухоли могут быть похожи. В такой ситуации нами была использована лазерная спектроскопия, благодаря которой мы могли ориентироваться на числовую характеристику накопления метаболита, и хирург принимал решение о необходимости продолжения этапа удаления или завершении основного этапа операции (рис. 4).
Рис. 4. Сравнительная характеристика зависимости степени плоскости хирургической диссекции от гистологической природы опухоли.
Представленные данные свидетельствуют о том, что хорошая плоскость диссекции имеется при гемангиобластомах, каверномах. Плоскость диссекции отсутствует при анапластической эпендимоме, астроцитоме высокой степени злокачественности.
На рис. 5 представлена визуальная флуоресценция опухоли в режиме BLUE 400 интраоперационного микроскопа OPMI Pentero 900 (Carl Zeiss, Германия). На рис. 6 представлен вид программного интерфейса для фиксации результатов лазерной спектроскопии. Слева располагается шкала индекса накопления 5-АЛА, справа отмечаются измеренные спектры из различных локусов опухоли, которые обозначаются «Tumor 1, 2, 3...13», также измеряются спектры интактного спинного мозга, обозначенные как «Spinal cord mediana».
Рис. 5. Визуальная флуоресценция опухоли в режиме BLUE 400 интраоперационного микроскопа OPMI Pentero 900 («Carl Zeiss», Германия).
Рис. 6. Вид программного интерфейса для фиксации результатов лазерной спектроскопии (пояснения в тексте).
В ходе использования технологии интраоперационной флуоресценции и лазерной спектроскопии нами достигнута радикальная резекция интрамедуллярных новообразований в 85% случаев (30 из 35) по данным контрольных МРТ с контрастным усилением в раннем послеоперационном периоде. В 15% случаев ввиду диффузного характера роста новообразования и высокого риска развития стойкого неврологического дефицита принято решение о проведении субтотальной резекции интрамедуллярной опухоли.
Обсуждение
Применение 5-АЛК стало новым этапом развития метаболической навигации. Первые работы по использованию 5-АЛК в качестве препарата для фотодинамической диагностики эритролейкемических клеток относятся к 1979 г. [6, 7, 13].
В конце 90-х годов прошлого века появились первые сообщения о возможности применения 5-АЛК в нейрохирургии. После исследования 5-АЛК на модели злокачественной глиомы С6 у крыс W. Stummer и соавт. показали, что 5-АЛК способна проникать через гематоэнцефалический барьер в достаточном количестве для синтеза протопорфирина в злокачественных опухолях, при том что в здоровых тканях значительного повышения уровня протопорфирина не было [14].
Данная работа дала старт новым исследованиям по применению 5-АЛК в нейрохирургии [14—17].
Препарат 5-АЛК обладает низкой токсичностью, в ходе экспериментальных и клинических исследований не получено ни одного случая летального исхода или нарушения функции внутренних органов. Препарат обычно вводится перорально в дозе 20 мг на 1 кг массы тела в 50 мл питьевой воды за 2—3 ч до перевода пациента в операционную [18]. Пик концентрации в плазме крови наблюдается через 4 ч после приема препарата [19]. Максимальный эффект флуоресценции наблюдается через 6 ч после приема препарата. W. Stummer и соавт. показали, что флуоресцентный эффект через 12—16 ч после приема препарата не снижается [20, 21]. Иногда отмечается кратковременная фотосенсибилизация (в виде солярной эритемы), редко — транзиторное кратковременное повышение уровня печеночных ферментов. В течение 24 ч после перорального приема препарат полностью выводится с мочой, не накапливаясь в тканях организма [14].
Препарат несовместим с потенциальными фототоксичными веществами, в частности, с тетрациклином, сульфонамидами, противопоказан пациентам с порфирией и беременным. Применение метотрексата может нивелировать действие 5-АЛК in vitro [22]. Из побочных эффектов после приема 5-АЛК в некоторых случаях отмечены тошнота, рвота, легкая гипотензия, повышение уровня ферментов печени [19].
По данным D. Roberts, не рекомендуется прием препарата при повышении уровня ферментов печени более, чем в 2,5 раза от референсных значений [23].
Использование флуоресцентной навигации в нейроонкологической практике существенно улучшило результаты хирургического лечения больных с глиобластомами. Эффект флуоресценции опухолевых клеток позволяет более четко определить границу роста опухоли и выполнить ее резекцию в адекватном объеме [24].
Так, частота использования флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии в составе комплексного лечения злокачественных форм глиальных опухолей в последнее время демонстрирует положительный тренд. Все большее количество авторов склонны считать, что эти методики необходимо применять в хирургии злокачественных глиом с целью повышения уровня радикальности проводимого оперативного вмешательства и возможного улучшения качества и продолжительности жизни пациентов [8, 11, 18, 25, 26].
При анализе литературы найдено несколько зарубежных статей по применению этой методики в хирургии опухолей спинного мозга, в первую очередь интрамедуллярных. В двух статьях описано по одному случаю, еще в одной представлено 3 пациента с интрамедуллярными опухолями, которым проведено микрохирургическое удаление опухоли под контролем визуальной флуоресценции [3, 27, 28].
В указанных статьях описано выраженное накопление фотосенсибилизатора в опухолях, в частности, в эпендимомах и глиобластоме. В 2010 г. опубликованы результаты хирургического лечения пациентки со злокачественной астроцитомой Grade III, которой проведено тотальное удаление интрамедуллярной опухоли, при этом применение интраоперационной навигации позволило минимизировать зону резекции [12].
В 2012 г. T. Inoue и соавт. опубликовали результаты хирургического лечения 9 пациентов с интрамедуллярными эпендимомами с применением 5-АЛК флуоресцентной навигации, при этом отметили, что в 7 случаях удалось получить «свечение» опухоли (пациенты с эпендимомами Grade II и Grade III), а в двух случаях флуоресценции не было (пациенты с эпендимомами Grade II) [29].
В ходе использования технологии интраоперационной флуоресценции нами выявлена четкая корреляция между морфологическим типом новообразования и яркостью и характером флуоресцентного свечения.
Интрамедуллярные гемангиобластомы, а также каверномы не накапливают в своей строме 5-АЛК. Это связано, прежде всего, с морфологическим строением стромы опухоли, в которой отсутствуют клетки, способные к захвату и переработке 5-АЛК.
Флуоресценция 5-АЛК является безопасным и полезным интраоперационным инструментом для выявления ткани опухоли и границ резекции при интрамедуллярных или инфильтративно растущих экстрамедуллярных опухолях позвоночника, таких как глиомы, эпендимомы и инфильтративные менингиомы.
Тем не менее преимущество этой методики по-прежнему должно подтверждаться проспективными исследованиями с большой группой пациентов с фокусом на интрамедуллярных опухолях, подробными клиническими данными, послеоперационным обследованием и нейровизуализацией, а также долгосрочными клиническими и рентгенологическими наблюдениями [28, 30].
Заключение
Применение визуальной флуоресценции в комбинации с лазерной спектроскопией представляет собой перспективный метод интраоперационной визуализации остатков опухоли для щадящего и радикального удаления интрамедуллярных опухолей спинного мозга.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Коновалов Н.А., Тимонин С.Ю., Зеленков П.В., Горяйнов С.А., Асютин Д.С.
Сбор и обработка материала — Асютин Д.С., Закиров Б.А., Капровой С.В., Зеленков П.В., Тимонин С.Ю.
Статистический анализ данных — Асютин Д.С., Закиров Б.А., Капровой С.В., Зеленков П.В., Тимонин С.Ю.
Написание текста — Тимонин С.Ю.
Редактирование текста — Коновалов Н.А., Горяйнов С.А., Асютин Д.С.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Комментарий
Группа авторов под руководством Н.А. Коновалова сообщила об успешном опыте применения методики интраоперационной флуоресценции в комбинации с лазерной спектроскопией. Проблема идентификации остатков опухолевой ткани во время хирургического удаления интрамедуллярных опухолей стоит очень остро, так как ряд опухолей не имеют четкой плоскости диссекции или имеют инфильтративный рост. Следует также отметить, что после удаления опухолей эпендимарной природы в ложе опухоли остаются участки глиоза, которые сложно дифференцировать от опухолевой ткани в световом операционном микроскопе. В подобных условиях выполнение задачи максимально тотального удаления опухоли при минимальном неврологическом дефиците усложняется.
Авторами апробирована и внедрена в практику методика интраоперационной флуоресценции в комбинации с лазерной спектроскопией. Данная методика позволяет идентифицировать участки остаточной опухолевой ткани за счет накопления метаболита 5-АЛК клетками опухоли. Выполнено 35 оперативных вмешательств с использованием указанной технологии для пациентов с различной гистологической структурой: эпендимомы, астроцитомы, гемангиобластомы и каверномы. По результатам исследования сделан вывод об эффективном применении методики в случае опухолей астроцитарного и эпендимарного рядов. Для каверномы и гемангиобластомы указанная технология не актуальна, так как в строме опухоли отсутствуют клетки, способные к метаболизму 5-АЛК.
Также следует отметить, что авторами проведен большой статистический анализ всей группы интрамедуллярных опухолей, который позволяет репрезентативно оценить всю группу интрамедуллярных опухолей, прооперированных в ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко».
Статья актуальна, отличается научной новизной и имеет большое практическое значение, так как применение методики интраоперационной флуоресценции в комбинации с лазерной спектроскопией позволяет увеличить радикальность удаления опухоли при снижении риска формирования стойкого послеоперационного неврологического дефицита.
Г.Ю. Евзиков (Москва)