Автореферат и диссертация по медицине (14.01.13) на тему:Магнитно-резонанская спектроскопия миокарда левого желудочка в изучении метаболизма 31Р

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Российский кардиологический научно-производственный комплекс» Министерства здравоохранения Российской Федерации НИИ Кардиологии имени А.Л. Мясникова

на правах рукописи

04201357800

МАЗАЕВ Владимир Владимирович

Магнитно-резонансная спектроскопия миокарда левого желудочка в

31

изучении метаболизма Р.

Специальность 14.01.13 - лучевая диагностика, лучевая терапия 14.01.05 - кардиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Научные руководители: Академик РАМН, профессор, доктор наук Терновой С.К. Член-корреспондент РАМН, профессор, доктор наук Чазова И.Е.

МОСКВА - 2013

Список сокращений.......................................................................................................................4

Введение.........................................................................................................................................5

Цель работы...................................................................................................................................7

Задачи исследования.....................................................................................................................7

Научная новизна............................................................................................................................7

Практическая значимость.............................................................................................................8

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................................................8

1. 1.......................................................................................Введение в фосфорную MPC сердца.

.........................................................................................................................................................8

1. 2.....................................................................Биоэнергетические процессы в ткани миокарда

.......................................................................................................................................................11

1. 3.......Опыт применения фосфорной MPC сердца в исследованиях больных с различными

ССЗ................................................................................................................................................14

1.5 Патогенетические механизмы развития гипертрофии левого желудочка у больных

артериальной гипертонией и гипертрофической кардиомиопатией......................................26

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ........................................................................................30

2.1. Общая характеристика лиц включенных в исследование................................................30

2.2. Структура исследования......................................................................................................32

2. 3..............................................................................................Физические основные 31Р MPC.

.......................................................................................................................................................34

2. 4........................................................................................................................................Методы

.......................................................................................................................................................40

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОТОКОЛА ПРОВЕДЕНИЯ ФОСФОРНОЙ MPC СЕРДЦА НА СВЕРХВЫСОКОПОЛЬНОМ МР-ТОМОГРАФЕ.............................................................49

3.1 Апробация различных протоколов проведения MPC-исследования...............................49

3.2 Рекомендуемый протокол проведения фосфорной MPC сердца......................................63

3.2.1. Подготовка пациента.........................................................................................................64

3.2.2. Укладка пациента..............................................................................................................65

3.2.3. Запуск последовательности сбора данных......................................................................67

4. 31Р MPC И МРТ У БОЛЬНЫХ И ЗДОРОВЫХ ЛИЦ..........................................................70

4.1. Результаты проведения 31Р MPC и МРТ в группе здоровых лиц...................................70

4.2. Результаты проведения 31Р MPC и МРТ в группе больных АГ с ГЛЖ.........................73

4.3. Результаты проведения 31Р MPC и МРТ в группе больных ГКМП...............................77

4.4. Оценка результатов МРТ сердца........................................................................................81

4.5. Оценка результатов фосфорной MPC сердца....................................................................86

4.6. Сопоставление результатов МРТ и фосфорной MPC сердца..........................................92

ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ...............................................96

5.1. Результаты апробации различных протоколов проведения фосфорной MPC сердца...96

5.2. Результаты проведения фосфорной MPC и MPT у здоровых лиц и в группах больных с

гипертрофией левого желудочка различного генеза.............................................................100

ВЫВОДЫ...................................................................................................................................109

Практические рекомендации....................................................................................................110

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................................................................111

Список сокращений

АГ артериальная гипертония

АТФ аденозинтрифосфат

ВКГ вектор-кардиография

ВСС внезапная сердечная смерть

гкмп гипертрофическая кардиомиопатия

глж гипертрофия левого желудочка

ИБС ишемическая болезнь сердца

кдо конечный диастолический объем

ксо конечный систолический объем

лж левый желудочек

мжп межжелудочковая перегородка

МРС магнитно-резонансная спектроскопия

МРТ магнитно-резонансная томография

нмк нарушение мозгового кровообращения

НФ неорганический фосфат

ФВ фракция выброса левого желудочка

ФК фосфокреатин

хсн хроническая сердечная недостаточность

ЭКГ электрокардиография

Введение.

Заболевания, сопровождающиеся гипертрофией миокарда левого желудочка (ГЛЖ), все чаще становятся предметом исследований ученых. В первую очередь это связано с прогностическим значением этой патологии: ГЛЖ - это серьезный независимый прогностический фактор развития сердечно-сосудистых заболеваний, таких как: нарушения ритма, ишемическая болезнь сердца (ИБС), хроническая сердечная недостаточность (ХСН), нарушения мозгового кровообращения (НМК). Кроме того, считается, что ГЛЖ различного генеза характеризуется не только структурно-морфологическими изменениями и нарушениями функции ЛЖ, но и имеют более глубокие изменения - нарушения энергетического метаболизма сердечной мышцы [1,2,4].

К наиболее распространенным заболеваниям, сопровождающим ГЛЖ, относят артериальную гипертонию (АГ) и гипертрофическую кардиомиопатию (ГКМП) [3].

Изучение особенностей АГ до сих пор не теряет своей актуальности, вследствие высокой заболеваемости и значительной частоты осложнений, приводящих к инвалидизации или смерти больного. Выявлено несколько факторов, влияющих на прогноз течения данного заболевания, серди них: наличие и степень поражения органов-мишеней, в том числе головного мозга, сердца и сосудов, а также почек [5]. Выявление ГЛЖ ухудшает прогноз развития злокачественной тахикардии, инфаркта миокарда и внезапной сердечной смерти (ВСС) в 6-8 раз.

Одной из причин нарушения функции ЛЖ у больных АГ с ГЛЖ считаются нарушения энергетического метаболизма миокарда, когда снижается активность креатинкиназы и общее количество креатина в гипертрофированном сердце, за счёт перегрузки давлением [12].

ГКМП - одна из самых распространенных кардиомиопатий (страдают от 0,2 до 0,5 % популяции), является наследственным заболеванием, передающимся по аутосомно-доминантному типу наследования [6, 7,10,11].

Данное заболевание характеризуется массивной гипертрофией миокарда (более 15 мм), наиболее часто асимметричного характера, за счет утолщения межжелудочковой перегородки (МЖП), при отсутствии иных причин (АГ, пороки развития, специфические заболевания сердца). Ежегодная смертность больных ГКМП колеблется от 1 до 6 %, наиболее характерной для этого заболевания является ВСС в результате внезапного приступа нарушения ритма [8,9].

Активное применение методов лучевой диагностики в исследовании больных с ГЛЖ привело к расширению горизонтов в понимании патогенеза заболевания. Однако большинство методов позволяет получить лишь признаки морфологических или функциональных изменений, но не даёт информации о предшествующих клинической манифестации изменениях на молекулярном уровне. Тем не менее, состояние энергетического метаболизма миокарда может быть одним из факторов, индуцирующих последующее развитие сердечно-сосудистых осложнений [13].

Одним из наиболее перспективных методов прижизненного изучения биоэнергетических процессов в миокарде является магнитно-резонансная спектроскопия (MPC). Наибольшее распространение в исследованиях сердца приобрела фосфорная MPC, поскольку атомы фосфора находятся в молекулах основных энергетических метаболитов мышечной ткани (фосфокреатин (ФК), аденозинтрифосфат (АТФ), неорганический фосфат (НФ)) [12]. Фосфорная MPC позволяет неинвазивно, без введения радиофармпрепаратов определять относительные концентрации высокоэнергетических фосфатов в мышечной ткани.

Однако, на данный момент, фосфорная MPC не имеет стандартизованного протокола проведения исследования. Кроме того, становящиеся все более доступными сверхвысокопольные МР-томографы позволяют получать более разрешенную спектральную картину, тем не менее, их возможности в проведении достаточно сложного спектроскопического исследования сердца не изучены.

Актуальность настоящей работы определяется немногочисленностью и неоднозначностью полученных ранее результатов исследований, посвященных как проведению самого спектроскопического исследования, так и применению методики в исследованиях нарушений метаболизма миокарда у больных с ГЛЖ различного генеза.

Цель работы

Определить возможности магнитно-резонансной спектроскопии сердца

л I

Р в изучении особенностей метаболизма высокоэнергетических фосфатов (фосфокреатина и АТФ) в миокарде левого желудочка у больных с гипертрофией миокарда различного генеза в сравнении со здоровыми лицами.

Задачи исследования

1. Разработать протокол проведения магнитно-резонансной спектроскопии сердца по фосфору.

2. Определить значения нормы относительных концентраций для различных энергетических индексов у здоровых добровольцев.

3. Выявить значения относительных концентраций высокоэнергетических фосфатов у больных с гипертрофией миокарда различного генеза (при артериальной гипертонии и гипертрофической кардиомиопатии).

4. Провести сравнительный анализ различных энергетических индексов между группами и выявить возможную зависимость между показателями 31Р MPC и МРТ сердца.

Научная новизна.

В данном исследовании впервые получены данные о влиянии различных протоколов проведения MPC сердца на качество получаемой

спектральной картины. Определены нормальные значения относительных концентраций высокоэнергетических фосфатов в миокарде ЛЖ, а также получены данные о снижении уровня энергетического метаболизма миокарда у больных с гипертрофией миокарда различного генеза.

Практическая значимость.

Установлено, что MPC сердца позволяет определить снижение относительных концентраций высокоэнергетических фосфатов в миокарде левого желудочка у больных с гипертрофией различного генеза и должна применяться в специализированных кардиологических учреждениях. Данное исследование следует проводить согласно представленному в данной работе протоколу.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Введение в фосфорную MPC сердца.

История развития магнитно-резонансной спектроскопии (MPC) началась более 65 лет назад, когда в 1945 году было открыто явление ядерно-магнитного резонанса (магнитного резонанса). Четырьмя годами позже было открыто еще одно важнейшее физическое явление - химического сдвига резонансной частоты. Эти два явления стали основой MPT, а затем и MPC. Первое упоминание о MPC по фосфору в научной литературе датируется 1976-77 годами [14,15], а первые результаты фосфорной MPC в исследовании сердца были опубликованы в 1985 году [16].

В течение своего развития методика MPC применялась как для исследований различных биоптатов, так и для прижизненных исследований тканей животных и людей.

Как было сказано ранее, MPC основывается на двух основных физических явлениях: магнитном резонансе и химическом сдвиге резонансной частоты. Принято, что в однородном магнитном поле частота вращения ядер одного и того же вещества одинакова, однако это касается лишь идеальных условий. В реальных условиях при проведении МР-исследований магнитное поле в области исследуемого объекта не однородное, что связано с образованием локальных магнитных полей. Электронные связи крупных молекул создают собственные «маленькие» магнитные поля, которые воздействуют на окружающие их протоны, что приводит к некоторому изменению резонансной частоты этих протонов. Т.е. в различных средах или вне их воздействия резонансные частоты одних и тех же ядер различаются. Данное смешение частоты и называется химическим сдвигом резонансной частоты. А значит, изменяя частоту радиочастотного излучения, мы можем возбуждать, а затем получать сигнал от ядер, находящихся в определенных веществах. К примеру, можно получить сигнал

31

от ядер фосфора ( Р), находящихся в молекуле аденозинтрифосфата (АТФ) или фосфокреатина - основных энергетических метаболитов мышечной ткани.

Результатом проведения MPC является спектр, содержащий пики различных веществ. Каждый пик выражает собой радиочастотный сигнал от ядер. Пики разнесены между собой по величине резонансной частоты (химическому сдвигу). Резонансная частота веществ заранее известна, следовательно, известно и к какому веществу относится каждый пик. Площадь под каждым пиком пропорциональна концентрации данного вещества.

Наибольшее распространение в исследованиях сердца приобрела MPC по ядрам фосфора, продемонстрировавшая большие возможности в изучении состояния энергетического метаболизма миокарда как у здоровых лиц, так и у лиц, страдающих различными сердечно-сосудистыми заболеваниями. 31Р MPC по ядрам фосфора уникальна тем, что позволяет неинвазивно получать

данные о концентрациях высокоэнергетических фосфатов в живом миокарде. К таким веществам в первую очередь относятся фосфокреатин (ФК) и аденозинтрифосфат (АТФ). Оба эти вещества являются неотъемлемыми и важнейшими элементами энергетического метаболизма клетки. АТФ -универсальная энергетическая единица, а ФК - энергоаккумулирующая молекула, при необходимости участвующая в восстановлении АТФ до аденозинтрифосфата (АДФ), т.е. отвечает за стабильность уровня АТФ. Снижение уровня АТФ говорит о нарушении его транспорта или утилизации и приводит к уменьшению сократительной функции миоцитов [3]. Однако уровень ФК начинает снижаться раньше, поскольку расходуется на поддержание концентрации АТФ [17,18]. Следовательно, отношение площадей пиков ФК к АТФ отражает раннее снижение концентраций ФК и, следовательно, является признаком нарушения энергетического метаболизма миокарда при дисбалансе потребности в энергии и возможностях ее получения.

Преимущество MPC по сравнению с альтернативными методами изучения нарушений метаболизма (однофотонная эмиссионная компьютерная и позитронно-эмиссионная томографии) в первую очередь связано с отсутствием необходимости введения радиофармпрепаратов. Сравнивая MPC с биопсией, стоит подчеркнуть ее неинвазивность и нетравматичность, отсутствие осложнений, а также возможность получения результата от живого, сокращающегося миокарда. Важным плюсом MPC является то, что она выполняется на том же оборудовании, что и магнитно-резонансная томография сердца, исключение составляет использование специализированных приемно-передающих катушек. Несложное объединение этих методик может позволить за одно исследование получать данные не только об анатомии, размерах и функции сердца, но и о состоянии энергетического метаболизма миокарда.

Изучение возможностей фосфорной MPC продолжается уже более 20 лет [16], за это время были обследованы лишь немногим более 700 здоровых лиц и 1 ООО пациентов.

1.2. Биоэнергетические процессы в ткани миокарда

Ежедневно сердце совершает примерно 100000 сокращений, перекачивая более Ют крови [19]. Сердце расходует больше энергии, чем какой-либо другой орган. На его работу затрачивается около 6 кг АТФ каждый день, что в 20-30 раз больше его собственного веса. АТФ используется во всех энергозависимых реакциях, и в первую очередь - в сокращении миофибрилл. Однако уровень АТФ сохраняется относительно постоянным, исключая ситуации с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

[3].

Функция миокарда зависит от равновесия между работой, которую сердце должно выполнять в соответствии с потребностями организма, и энергией, которую оно должно синтезировать в виде высокоэнергетических фосфатных связей для поддержания функции сокращения-расслабления.

Сердечная мышца - ткань с большим объемом окислительных процессов, 90 % вырабатываемой им энергии образуется в дыхательной цепи митохондрий [3].

Митохондрии занимают до 30% пространства кардиомиоцита и располагаются рядами между миофиламентами с постоянным расстоянием для диффузии между митохондриями и ядрами миофиламентов [19].

Во время максимальных нагрузок, миокард использует более 90% своих окислительных возможностей, что говорит об отсутствии избыточных возможностей производства энергии, сверх нормальной потребности [19].

Для получения энергии, необходимой для поддержания сердечной деятельности, в миокарде функционир�