Инфракрасная спектроскопия сыворотки крови в дифференциальной диагностике опухолей костей

Дифференциальная диагностика опухолей костей скелета сложна и неоднозначна, имеет свои методологические особенности. Следует подчеркнуть, что эти особенности принципиально отличаются от методов диагностики опухолей других локализаций. Несоблюдение единого методологического подхода к дифференциальной диагностике опухолей костей ведет к ложноположительному или ложно-отрицательному результату, как следствие, ошибка в диагностике отражается на лечении конкретного больного и приводит к нерадикальной терапии, способствующей рецидивированию и метастазированию, которые могут завершаться генерализацией процесса, либо к неоправданно радикальному, калечащему лечению [6, 7].

Таким образом, несмотря на наличие огромного количества литературы, современных инструментальных методов, до сих пор возникают затруднения в диагностике нозологических форм опухолей костей, в связи с чем пациенты поступают на лечение на поздних стадиях заболевания. Связано это с отсутствием патогномоничных клинических и рентгенологических проявлений на ранних стадиях заболевания, разнообразием клинических, рентгенологических и морфологических проявлений, существованием атипичных форм. Проявления доброкачественных и злокачественных опухолей, в том числе рентгенологические, могут быть сходными, причем не исключается развитие злокачественных новообразований из доброкачественных [8, 9].

Цель исследования: улучшить результаты дифференциальной диагностики опухолей костей с помощью инфракрасной (ИК) спектроскопии сыворотки крови

Материалы и методы. Данное клиническое исследование было проведено в период с 2011 по 2013 гг. на базе клинико-диагностического отделения и отделения общей онкологии Самарского областного клинического онкологического диспансера (СОКОД). Исследование базируется на обследовании 180 пациентов, которые были разделены на две группы. Первую группу (сравнения) составили 92 пациента, которым в клинико-диагностическом отделении был выполнен классический комплекс инструментальных обследований при подозрении на опухоль кости: рентгенография, компьютерная томография, сцинтиграфия. С целью определения диагностической ценности постановки предварительного диагноза доброкачественной или злокачественной опухоли кости с помощью классического комплекса обследований в группе сравнения был проведен ретроспективный анализ по архивным историям болезней за 2011 г. Критериями оценки предварительной дифференциальной диагностики на этапе клиникодиагностического отделения СОКОД послужили: чувствительность, специфичность, точность, прогностическая ценность положительного и отрицательного результата.

В основную группу вошли 88 пациентов, которым был проведен также классический набор инструментальных исследований при подозрении на опухолевую патологию кости, затем выполнена ИК-спектроскопия сыворотки крови (патент РФ № 2352256, 2009г). В тех случаях, когда опухоль считалась доброкачественной, на основании предложенного метода диагностики больному выполнялась одномоментно резекция кости с замещением дефекта ауто- или аллотрансплантатом, обработка зоны резекции потоком низкотемпературной плазмы, остеосинтез по показаниям. При отнесении опухоли к злокачественной пациентам в стационаре выполнялась открытая биопсия опухоли кости.

В основной группе с целью улучшения качества предварительной дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных опухолей костей, уменьшения доли ложноположительных и ложно-отрицательных результатов, был применен метод ИК-спектроскопии сыворотки крови, который является одним из важнейших современных физических методов исследования в органической, биологической химии и медицине [10].

Полученные данные свидетельствуют о том, что происходит повышение содержания карбонильных групп белков в плазме и в эритроцитах крови больных раком легкого по сравнению с соответствующими показателями здоровых людей на 332% и 314% соответственно [11, 12]. У больных раком молочной железы на ранних стадиях было зарегистрировано увеличение концентрации маркера карбонильного напряжения в сыворотке крови [13]. Расчетные и экспериментальные данные показали, что карбонильная группа С=О поглощает на длине волны 1650 см-1, пик которой легко можно выделить из общего спектра поглощения соединения и судить об ее сравнительной концентрации в исследуемом веществе [14, 15]. В работе рассматривается анализ концентрации карбонильных групп (С=О) белков сыворотки крови пациента, как биомаркера злокачественного процесса.

На базе Самарского государственного медицинского университета впервые было предложено использовать метод ИК-спектроскопии сыворотки крови в дифференциальной диагностике доброкачественных и злокачественных опухолей костей в комплексе с классическим набором инструментальных исследований как дополнительный диагностический метод. Определялся коэффициент поглощения ИК-излучения сывороткой крови на длине волны карбонильной группы (1650 см-1). Чем выше коэффициент поглощения, тем, соответственно, выше концентрация карбонильных групп белков в сыворотке пациента. После получения совокупной выборки с помощью математического моделирования нами была определена точка разделения в коэффициентах поглощения, соответствующих доброкачественной и злокачественной опухоли кости.

Бралась кровь из локтевой вены больного, у которого имелась опухоль кости на основании клинических данных и стандартного набора инструментальных исследований. Приготавливалась сыворотка крови по стандартной методике. Сыворотка помещалась в проточную ячейку нарушенного полного внутреннего отражения инфракрасного Фурье-спектрофотометра Tensor 27 Bruker optics (рис. 1). Снимались спектры поглощения образцов сыворотки. Затем инфракрасные спектры оцифровывались, определялись коэффициенты поглощения (X) для каждой пробы на длине волны карбонильной группы белка сыворотки крови С=О (1650 см-1). Цифровая обработка спектров заключалась в вычитании известного спектра воды. Коэффициенты сравнивались, сопоставлялись с данными референтного метода.

Рис. 1. Инфракрасный Фурье-спектрофотометр Tensor 27 Bruker optics

Результаты. В результате применения стандартного набора инструментальных исследований при подозрении на опухолевую патологию кости были достигнуты следующие показатели диагностической ценности: чувствительность – 79,6%; специфичность – 81,3%; точность – 80,4%; прогностическая ценность положительного результата – 82,9%; прогностическая ценность отрицательного результата – 77,8%. В результате применения ИК-спектроскопии сыворотки крови в комплексе со стандартным набором инструментальных исследований при подозрении на опухолевую патологию кости были достигнуты следующие показатели диагностической ценности: чувствительность – 89,1%; специфичность – 84,8%; точность – 87,5%; прогностическая ценность положительного результата – 90,7%; прогностическая ценность отрицательного результата – 82,3%. Значения коэффициентов поглощения ИК- излучения сывороткой крови, соответствующие доброкачественным опухолям, лежали в промежутке: 0,07595±0,0076; значения коэффициентов поглощения ИК- излучения сывороткой крови, соответствующие злокачественным опухолям лежали в промежутке: 0,09431±0,0082.

Графики теоретических нормальных распределений поглощения сыворотки крови для доброкачественных и злокачественных опухолей представлены на рис. 2. Построение выполнялось стандартным методом после табулирования известной формулы для плотности вероятности по закону Гаусса:

⁽ x -a j

P ( x ) = — --e 2 °

Ч 2 n • °

Точка разделения между значениями коэффициентов поглощения сыворотки крови доброкачественной и злокачественной опухоли соответствует уровню поглощения X р = 0,085.

Рис. 2. Теоретические нормальные распределения коэффициентов поглощения для сыворотки крови от доброкачественных (1) и злокачественных (2) опухолей на частоте 1650 см^-1. Штриховкой показаны границы стандартных отклонений

Клинический пример № 1.

Больная Е., 1957 года рождения (история болезни № 19572131/728) находилась на стационарном лечении в отделении общей онкологии с диагнозом: гигантоклеточная опухоль типичного строения верхней трети правой бедренной кости 1 б кл.гр. Больную беспокоили боли в правом тазобедренном суставе. Больной выполнена рентгенография правого бедра в прямой проекции (рис. 3), компьютерная томография, сцинтиграфия скелета (накопление РФП 315%). Заключение: больше данных за хондрому верхней трети правой бедренной кости. Затем ИК-спектроскопия сыворотки крови (рис. 4). Заключение: коэффициент поглощения на длине волны карбонильной группы (1650 см-1) равен 0,07975. Больной выполнена резекция верхней трети правой бедренной кости, обработка зоны резекции потоком низкотемпературной плазмы аргоно-плазменной установкой в режиме коагуляции мощностью 100 Вт, комбинированная реконструкция: аутопластика фрагментом гребня крыла правой подвздошной кости + це-ментопластика, блокированный интрамедуллярный остеосинтез гамма - стержнем. Гистологическое заключение плановое № 57485-88 – гигантоклеточная опухоль типичного строения.

Рис. 3. Рентгенограмма ГКО типичного строения бедренной кости (локализация опухоли выделена)

Рис. 4. Спектральная зависимость поглощения ИК-излучения сывороткой крови (пик поглощения карбонильной группы С=О выделен длина волны 1650 см^-1)

Клинический пример № 2.

Больной М., 1963 года рождения (история болезни № 21166131/780) находился на стационарном лечении в отделении общей онкологии с диагнозом:

злокачественная остеобластокластома левой лонной кости pT2N0M0 2ст 3 кл.гр. Больного беспокоили боли в левой паховой области, усиливающиеся при ходьбе. Выполнена рентгенография костей таза в прямой проекции (рис. 5). Заключение: опухоль левой лонной кости. При ИК-спектроскопии сыворотки крови коэффициент поглощения на длине волны карбонильной группы (1650 см-1) равен 0,09224 (рис. 6). Выполнена открытая биопсия. Гистологическое заключение плановое № 62758-65 – гигантоклеточная опухоль. Для определения степени злокачественности проведено ИГХ-исследование. Индекс пролиферативной активности Ki - 67 равен 8%, что соответствует злокачественному варианту гигантоклеточной опухоли (ГКО).

Рис. 5. Рентгенограмма злокачественной ГКО левой лонной кости (локализация опухоли выделена)

0,15

0,1

0,05

-0,05

-0,1

-0,15

Ряд1 4000      4500

Рис. 6. Спектральная зависимость поглощения ИК-излучения сывороткой крови (пик поглощения карбонильной группы С=О выделен длина волны 1650 см^-1)

Обсуждение результатов. Приступая к настоящему исследованиюв качестве главной цели рассматривался поиск дополнительного диагностического метода, который бы мог дополнить стандартный набор инструментальных исследований, снизить долю ложноположительных результатов за счет повышения специфичности диагностики и долю ложноотрицательных результатов за счет повышения чувствительности. В реальной клинической практике это позволило бы не проводить необязательные открытые биопсии или, наоборот, гиподиагностику. Этой цели удалось добиться за счет применения в комплексе со стандартным набором инструментальных исследований ИК-спектроскопии сыворотки крови. При анализе статистических данных мы руководствовались рассчитанным показателем точки разделения Хр=0,085 в коэффициентах поглощения, соответствующих доброкачественной и злокачественной опухоли кости. Диагноз злокачественной опухоли мы ставили при коэффициентах поглощения X ≥ 0,085, диагноз доброкачественной опухоли при X< 0,085. Применение нового метода в поликлинике с целью предварительной дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных опухолей костей позволило снизить долю ложно-положительных результатов за счет повышения специфичности с 81,3% до 84,8%; долю ложно-отрицательных результатов за счет повышения чувствительности с 79,6% до 89,1% (р = 0.006).

Выводы: к омплексная диагностика, включающая оценку содержания карбонильных производных белков в сыворотке крови больных, дает возможность существенно увеличить долю истинно-положительных результатов дифференциальной диагностики злокачественных и доброкачественных опухолей костей: чувствительность метода – 89,1%, специфичность – 84,8%, точность – 87,5%.