В статье обсуждаются результаты лабораторных испытаний минерального вещества кальцинатов коронарных артерий методами рентгеновской микротомографии и рентгенодифракционного фазового анализа.
Ключевые слова: атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, рентгеновская микротомография, рентгенодифракционный фазовый анализ, кальцинаты, морфология, минеральный состав, гидроксалкарбонатапатит.
The results of X-ray microtomography and X-ray powder diffraction analysis of the calcifications in coronary arteries are discussed.
Keywords: atherosclerosis, coronary heart disease, X-ray microtomography, X-ray diffraction analysis, coronary arteries calcification, morphology, hydroxylcarbonateapatite.
Ишемическая болезнь сердца (ИБС) — это болезнь, объединяющая несколько нозологических форм (стенокардия, инфаркт миокарда, нарушения ритма сердца и др.), в основе развития которых лежит недостаточное поступление кислорода к сердечной мышце из-за уменьшение коронарного кровотока. На сегодняшний день ИБС занимает лидирующее место среди состояний, приводящих к смерти, а также временной и стойкой утраты трудоспособности населения в развитых странах мира. Ведущая роль в патогенезе ИБС принадлежит ишемии миокарда, обусловленной сужением просвета венечных артерий атеросклеротическими «бляшками», т.е. атеросклерозом коронарных артерий [3,5].
В практике установление диагноза основано на клинических данных и результатах лабораторных и инструментальных исследований, которые, в свою очередь опираются на патофизиологическую основу и потому позволяют давать более точную интерпретацию наблюдаемой картины при том или ином заболевании, в т.ч. рентгенологических симптомов как проявления течения патологического процесса [4, 8].
В развитии атеросклеротического поражения артерий выделяют несколько стадий, среди которых особое место занимает обызвествление атеросклеротические бляшки, поскольку выявление кальцинатов в венечных артериях безусловно свидетельствует о наличии у больного ИБС, даже если клинически данное заболевание ещё не проявляется.
Кальцинаты – патогенные образования сосудистой ткани артерий, приводящие к образованию (флрмации) гелеобразных, диффузных сгустков вплоть до отдельных «бляшек», проявляющее в утолщении их стенок, в результате артерии утолщаются, становятся извилистыми, сужается их просвет, что приводи к ишемии миокарда.
До сих пор нет единой точки зрения на патогенез этого процесса. Одна группа медиков первопричиной или пусковым механизмом развития атеросклероза считают повреждение клеток эндотелия, это клетки которые выстилают внутреннею оболочку сосудов, другие – реакцию эндотелия на дисфункцию эндотелия по типу воспалительного процесса. Помимо того, существует еще несколько теорий, подтвержденных клиническими и экспериментальными данными, но не способных в полной мере описать все наблюдаемые варианты развития атерогенеза [3,5,7]. Это позволяет предположить многофакторность развития этого патологического состояния, приводящего к серьезными клиническим последствиям. Поэтому исследование фазового состава и морфологии кальцинатов является важным для уточнении рентгеносемиотики определенных изменений в сердечно-сосудистой системе, для топографических определений и прояснения причин их образования достаточно велика, тем более что кальцинаты коронарных артерий, которые являются органоминералами, изучались нами рентгенотомографией впервые именно как минеральное (неорганическое) вещество.
Кальцинаты коронарных артерий были исследованны с целью изучения их фазового состава и морфологии методом рентгеновской микротомографии (РТ), позволяющим изучать внутренний объем объекта без разрушения, – дополненным методом порошковой дифрактометрии (РФА) для межметодного контроля. Анализы выполнялись по научно-методическим документам Научных советов по аналитическим методам и методам минералогических исследований, разработанным для изучения минерального вещества [1,6].
Экспериментальные исследования кальцинатов коронарных артерий методом РТ проведены на отечественном рентгеновском микротомографе ВТ-50-1 «Геотом» («Проминтро», Россия), изготовленном на базе промышленного томографа специально для исследования минеральных объектов (аналитик к.г.-м.н. О.А. Якушина). Прибор соответствует требованиям российских регламентирующих документов по аппаратуре неразрушающего контроля и международному стандарту ASTM E1441-11. Условия съемки томограмм: микрофокусный рентгеновский источник РЕИС-150М, рабочее напряжение рентгеновской трубки U=100 кV, ток накала I=2,9 А; блок детекторов 8 измерительных каналов со сцинтилляторами CsJ(Na), веерная геометрия при сканировании, шаг сканирования 3 мкм, рабочее поле съемки до 15 мм в диаметре, перемещение по высоте до 7 см; использовался Al–образец сравнения. Предел пространственного разрешения 5 мкм для линейных неоднородностей. Чувствительность к изменению величины линейного коэффициента ослабления рентгеновских лучей (ЛКО) - 1%.
Следует подчеркнуть, что именно микрофокусные рентгегновские источники обладают существенным преимуществом, в т.ч. в медицинских исследованиях – лучше передают мелкие детали изображения, чем рентгеновские снимки, полученные контактным способом, в том числе структуру костной ткани [2].
По данным РТ установлено 5-6 диапазонов значений ЛКО (Рис.1), два относятся в органической ткани (вероятно белки и липиды - жиры), 3-4 – возможно вивенит, гидроксилкарбонатапатит и кальцит разной плотности (возможно степени гидратированности, содержания органической компоненты или упорядоченности). Доля кальцината может составлять до 30-35% пощади томограммы. Центр зарождения кальцината (30 мкм) на рентгенограмме практически не просматривается, но нем уже начал концентрироваться кальций (менее 0,15 отн.%), инициирующий развитие атеросклеротического процесса. Собственно кальцинаты имеют уплощенно-вытянутую форму с расширениями (до 150 мкм) и извилистыми краями, причем все исследованные – неоднородны, в центральной части содержат органические ткани, прорастая в них.
Рис.
1. Рентгенотомография кальцинатов: А – рентгенограмма, Б
–томограмма;
В – выделение фаз по «TomAnalysis»
и Г – гистограмма % соотношения
(диаметр сечения сосуда -5
мм).
1 – кальцинат в интиме, поперечный срез, верху – зарождение из органоминеральной субстанции, 2 – сформированный кальцинат, поперечный и продольный срезы: желтое - органические ткани, оранжевое - вероятно вивенит, синее - гидроксилкарбонат апатит, коричневое - кальцит.
Минеральный состава кальцинатов методом РФА (аналитик А.В. Иоспа) установлен на рентгеновском дифрактометре X'Pert PRO (Philips, Голландия). Условия съемки рентгенограмм: монохроматизированное Cu K излучение, U = 50 kV, I = 40 mA, скорость записи 2 град/мин, внутренний стандарт – кремний (Si). Ограничения метода связаны с невозможностью диагностики рентгеноаморфных фаз, порогом обнаружения 0,5-1 мас.%, размер минеральных кристаллитов – не меньше 0,1 мкм. Результаты РТ сопоставлялись с данным РФА (Рис.2).
Диагностировано две главных минеральных фазы: плохо окристаллизованный гидроксил апатит, о чем свидетельствует уширение его дифракционных пиков, и кальцит, в меньшем количестве; не исключается присутствие рентгеноаморфная фаза и следы, возможно, минерала группы апатита – гидроксилэллестандита.
Рис 2. Рентгенограмма порошка кальцината коронарных артерий, цветными
линиями
указаны аналитические отражения: коричневые –
гидроксилапатит, розовые - кальцит
Рис. 3. Сопоставление рентгенограмм порошка (1) сформированного
кальцината
и (2) зарождающегося кальцината, аналитические
отражения указаны цветными линиями.
Представляло интерес провести сравнение минерального состава зарождающегося кальцината (Рис. 1-1) и сформированного кальцината (Рис 1-2), их дифракционные спектры приведены на рис. 3. Сопоставление диагностических линий показало значительное сходство фазового состава этих органоминеральных образований. Различие, что и было очевидно, состоит в меньшей степени окристаллизованности гидроксилапатит зарождающегося кальцината.
Выводы. В результате проведенных исследований установлены морфология и фазовый минеральный состав выделений кальцинатов, визуализирована как неоднородность самой атеросклеротической бляшки, так и разница топографии в местах начала ее обысвествления, что при сопоставлении с клиническими и лабораторными данными может в дальнейшем помочь прогнозированию течения заболевания, выявить механизмы влияния на данный процесс в целях обеспечения здоровья человека.
Литература:
Нормативно-методическая документация по аналитическим, минералогическим и технологическим исследованиям // Справочник. Издание третье, дополненное / М.: Федеральный научно-методический центр лабораторных исследований и сертификации минерального сырья «ВИМС», 2008.- 152 с.; дополнения 2012 г. М.: «ВИМС», 2012. - 18 с.
Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник / Под ред. проф. В.В. Клюева - 2-е изд. с доп., М.: Машиностроение, 2003. - Т. 1. - 656 с.
Окороков А.Н. Диагностика болезней внутренних органов. Том 7: Болезни сердца и сосудов. М.: Медицинская литература, 2000.
Тихонов К.Б. Рентгенологическая симптоматика сердечной недостаточности. Л.: Медицина, 1985.
Шевченко О.П., Мишнев О.Д. Ишемическая болезнь сердца. – М.: Реафарм, 2005.
Якушина О.А., Ожогина Е.Г., Хозяинов М.С. Рентгеновская вычислительная микротомография - неразрушающий метод структурного и фазового анализа // Мир измерений, 2003. - № 10(32). - С. 12-17.
Stary H.C. The sequence of cell and matrix changes in atherosclerotic lesions of coronary arteries in the first forty years of life // Eur. Heart J. 1990. - № 11. Suppl. E. - PР. 3–19.
X-ray computed tomography (Rewiew). Kalender W. // Phys. Med. Biol., 2006. - N 51. - R29-R43.