MRI for Quantitative Determination of Iron in the Liver and Heart in Patients with Primary and Secondary Hemochromatoses in Association with Serrum Ferritin: Single-Stage Observational Study

Anna M. Titova; Титова Анна Михайловна; Vladimir A. Fokin; Фокин Владимир Александрович; Gennadii E. Trufanov; Труфанов Геннадий Евгеньевич; Ksenia S. Shalygina; Шалыгина Ксения Сергеевна; Nadezhda V. Tsvetkova; Цветкова Надежда Васильевна

doi:10.15690/vramn2328

МРТ для количественного определения железа в печени и сердце у пациентов с первичными и вторичными гемохроматозами во взаимосвязи с ферритином сыворотки крови: одномоментное обсервационное исследование

Авторы: Титова А.М.¹, Фокин В.А.¹, Труфанов Г.Е.¹, Шалыгина К.С.¹, Цветкова Н.В.¹
Учреждения:
1. Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова
Выпуск: Том 78, № 1 (2023)
Страницы: 11-18
Раздел: АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ВНУТРЕННИХ БОЛЕЗНЕЙ
Дата публикации: 04.03.2023
URL: https://vestnikramn.spr-journal.ru/jour/article/view/2328
DOI: https://doi.org/10.15690/vramn2328
ID: 2328

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Обоснование. Выполнено крайне небольшое количество исследований, посвященных изучению различий показателей концентрации железа в печени (liver iron concentration, LIC) и концентрации железа в миокарде (myocardium iron concentration, MIC), а также их корреляции между собой и с уровнем ферритина у пациентов с различными нозологическими формами. Цель исследования — изучение взаимосвязи уровня ферритина, LIC и MIC у пациентов с различными причинами гемохроматоза (наследственный гемохроматоз, апластическая анемия (АА), первичный миелофиброз (ПМФ), талассемия (ТЛ), миелодиспластический синдром (МДС)). Методы. Проведено одномоментное обсервационное исследование, в которое был включен 91 пациент с первичными гемохроматозами и вторичными трансфузионно-зависимыми гемохроматозами, получающие регулярное переливание крови и терапию хелаторами железа с 2015 по 2018 г. Исследование проводили на высокопольном томографе Siemens Magnetom Espree (Германия) с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Концентрацию железа в миокарде (MIC) рассчитывали по формуле MIC = 45 × (T2*) – 1,22, концентрацию железа в печени — по формуле LIC = 0,03 × R2* + 0,74. Уровень ферритина определялся с помощью иммуноферментного анализа. Статистическая обработка полученных результатов проводилась с использованием программного пакета SPSS. Результаты. Выявлены связи между LIC и ферритином (r = 0,867; p < 0,001), MIC и ферритином (r = 0,759; p = 0,004) и LIC и MIC (r = 0,737; p = 0,006) у пациентов с первичным гемохроматозом, в то время как у пациентов со вторичным гемохроматозом значимые корреляции выявлены только между LIC и MIC (r = 0,503; p < 0,001), при этом связь была средней. Выявлены средние связи между LIC и ферритином у пациентов с АА (r = 0,656; p = 0,040) и у пациентов с ТЛ (r = 0,714; p = 0,020). Выявлены средние связи между MIC и ферритином у пациентов с АА (r = 0,703; p = 0,050) и у пациентов с ТЛ (r = 0,757; p = 0,018). При этом у пациентов с МДС и ПМФ в данном исследовании не было выявлено связи между ферритином и LIC, ферритином и MIC. Заключение. У пациентов с наследственным гемохроматозом LIC и MIC связаны с ферритином, а также MIC связан с LIC (средняя связь). У пациентов с перегрузкой железом вследствие талассемии выявлена средняя связь между LIC и ферритином, MIC и ферритином. У пациентов с перегрузкой железом вследствие АА выявлена средняя связь между LIC и ферритином, MIC и ферритином.

Ключевые слова

первичный гемохроматоз, апластическая анемия, талассемия, LIC, MIC

Полный текст

Обоснование

Оценка перегрузки железом с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) стала ключевым элементом в лечении заболеваний, требующих постоянной хелаторной терапии [1]. МРТ признана основным методом неинвазивного определения концентрации железа в печени (liver iron concentration, LIC) [2]. Считается, что существует обратная корреляция между интенсивностью сигнала МРТ и биохимической LIC [3, 4]. Взаимосвязь между содержанием железа в миокарде (myocardium iron concentration, MIC) и балансом железа сложна, поскольку кинетика поглощения железа сердцем и его клиренса отличается от таковой в печени. В то время как некоторые исследования продолжают предполагать причинно-следственную связь, MIC часто не коррелирует с уровнями ферритина, а также с LIC [5].

Крайне малочисленные исследования были посвящены изучению различий показателей LIC и MIC, а также их корреляции между собой и с уровнем ферритина у пациентов с различными нозологическими формами.

Цель исследования — изучение взаимосвязи уровня ферритина, LIC и MIC у пациентов с различными причинами гемохроматоза (наследственный гемохроматоз (НГХ), апластическая анемия (АА), первичный миелофиброз (ПМФ), талассемия (ТЛ), миелодиспластический синдром (МДС)).

Методы

Дизайн исследования

Проведено одномоментное, обсервационное, нерандомизированное, контролируемое исследование. В исследование был включен 91 пациент с первичными гемохроматозами и вторичными трансфузионно-зависимыми гемохроматозами, получающие регулярное переливание крови и терапию хелатами железа.

Критерии соответствия

Критериями включения в исследование стали:

генетически подтвержденный диагноз наследственного гемохроматоза (НГХ);
получение регулярных гемотрансфузий по причине основного известного заболевания (апластическая анемия (АА), миелодиспластический синдром (МДС), первичный миелофиброз (ПМФ), талассемия (ТЛ), врожденная гемолитическая анемия, анемия Фанкони, анемия Даймонда–Блекфена, сидеробластная анемия и др.);
повышение концентрации ферритина сыворотки крови более 307 нг/мл.

Критериями исключения из исследования стали:

острые воспалительные заболевания;
обострение хронических воспалительных заболеваний;
наличие имплантированных ферромагнитных металлоконструкций;
наличие МРТ-несовместимого кардиостимулятора.

Условия проведения

Все пациенты находились на обследовании и лечении в отделениях гематологии и трансплантации костного мозга ФГБУ НМИЦ им. В.А. Алмазова, ГБОУ ВПО ПСПбГМУ им. И.П. Павлова, НИИДОГиТ им. Р.М. Горбачевой, ФГБУ РосНИИГТ ФМБА России, СПбГБУЗ «Городская больница № 15», СПбГБУЗ ГКБ № 31, СПбГБУЗ ДГБ № 1.

Продолжительность исследования

Набор проводился в период с 2015 по 2018 г.

Описание медицинского вмешательства

Была проведена оценка всех клинических характеристик, таких как возраст на момент постановки диагноза, частота переливаний крови, используемый хелатирующий препарат. Все лабораторные исследования проведены в течение 1 мес до выполнения МРТ у всех пациентов.

Исследования проводили на высокопольном томографе Siemens Magnetom Espree (Германия) с индукцией магнитного поля 1,5 Тл, c применением поверхностной матричной катушки для тела. Оценка изображений осуществлялась слепым методом двумя врачами-рентгенологами со стажем работы с МРТ-изображениями не менее 5 лет. (Методика МРТ для определения концентрации железа в сердце и печени приведена в приложении.)

Для оценки ферритина у всех пациентов до исследования и лечения забиралась венозная кровь после 12-часового голодания. Уровень ферритина определялся с помощью иммуноферментного анализа на анализаторе Cobas 6000 (Roche, Швейцария).

Этическая экспертиза

Пациенты включены в исследование после получения информированного согласия. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБУ НМИЦ В.А. Алмазова, протокол № 13 от 13 февраля 2017 г.

Статистический анализ

Принципы расчета размера выборки. Размер выборки предварительно не рассчитывался в связи с тем, что проводился анализ редких, в том числе генетических, заболеваний.

Методы статистического анализа данных. Статистическая обработка полученных результатов проводилась с использованием программного пакета SPSS (версия 20.0, IBM, США, 2011). Проверка нормального распределения проводилась с использованием критерия Шапиро–Уилка. В связи с непараметрическим распределением большинства непрерывных переменных данные представлены в виде медианы — Me [25; 75], 25 и 75 — 1-й и 3-й квартили. Для категориальных показателей в виде абсолютных и относительных значений — n (%). Для сравнения трех групп и более использовался критерий Уилкоксона, для попарного сравнения двух независимых выборок использовался непараметрический U-критерий Манна—Уитни. Для оценки корреляций использовался коэффициент корреляции r Спирмена, линейный регрессионный анализ. Критический уровень значимости нулевой гипотезы (p) был принят равным 0,05.

Результаты

Объекты (участники) исследования

Исследование включало 91 пациента, из них 23 — с наследственным гемохроматозом, 52 — с апластической анемией, миелодиспластическим синдромом, первичным миелофиброзом и талассемией, 16 пациентов — с другими трансфузионно-зависимыми вторичными гемохроматозами (такими как врожденная гемолитическая анемия, анемия Фанкони, анемия Даймонда–Блекфена, сидеробластная анемия). Структура нозологических форм представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структура гемохроматозов

Изучаемые гемохроматозы с другими видами трансфузионно-зависимых гемохроматозов были отнесены в группу вторичных гемохроматозов, которые также изучены в сравнении с первичным наследственным гемохроматозом. Характеристика пациентов с первичным и вторичными гемохроматозами представлена в табл. 1.

Таблица 1. Характеристика пациентов с первичным и вторичными гемохроматозами

	Первичный гемохроматоз, n = 23	Вторичный гемохроматоз, n = 68	р
Возраст	43,00 [34, 00; 53, 00]	49,00 [28, 00; 60, 00]	p=0,296
Мужчины	16 (69,6%)	35 (51,5%)	p=0,152
Ферритин, мкг/л	730,00 [407, 00; 1200, 00]	1695,00 [991, 82; 3542, 50]	р<0,001
Степень перегрузки железом, n (%): 0 1 2 3	6 (25,1) 9 (34,6) 6 (26,1) 2 (14,3)	1 (1,5) 17 (25,0) 38 (55,9) 12 (17,6)	р<0,001
Т2* печени, мс	11,40 [3, 50; 15, 70]	3,80 [2, 53; 4, 68]	р<0,001
LIC, мг/г	3,00 [1, 95; 8, 99]	8,20 [6, 65; 12, 60]	р<0,001
Т2* сердца, мс	34,65 [29, 50; 40, 08]	36,75 [31, 10; 39, 95]	р=0,538
MIC, мг/г	0,60 [0, 50; 0, 73]	0,55 [0, 50; 0, 69]	р=0,543

Пациенты с первичным и вторичным гемохроматозами ожидаемо имели различия в уровнях ферритина, степени перегрузки железом, LIC (рис. 2).

Рис. 2. Корреляционный анализ Спирмена LIC (liver iron concentration) и ферритина у пациентов с наследственным гемохроматозом (А), LIC и ферритина у пациентов со вторичными гемохроматозами (Б), MIC (myocardium iron concentration) и ферритина у пациентов с первичным гемохроматозом (В), MIC и ферритина у пациентов со вторичными гемохроматозами (Г), LIC и MIC у пациентов с первичным гемохроматозом (Д), LIC и MIC у пациентов с вторичными гемохроматозами (Е)

Основные результаты исследования

При проведении корреляционного анализа и линейного регрессионного анализа показателей концентраций железа в печени и миокарде и ферритина у пациентов с первичным и вторичными гемохроматозами выявлены связи между LIC и ферритином (r = 0,867; p < 0,001), MIC и ферритином (r = 0,759; p = 0,004) и LIC и MIC (r = 0,737; p = 0,006) у пациентов с первичным гемохроматозом, в то время как у пациентов с вторичным гемохроматозом значимые корреляции выявлены только между LIC и MIC (r = 0,503; p < 0,001), при этом связь была средней.

Следующим этапом стало изучение связей LIC, MIC и ферритина у пациентов с различными нозологическими формами. Характеристика пациентов с НГХ, АА, МДС, ПМФ, ТЛ представлена в табл. 2.

Таблица 2. Характеристика пациентов с в изучаемой группе

	НГХ, n=23	АА, n=14	МДС, n=20	ПМФ, n=9	ТЛ, n=9	р
Ферритин, мкг/л	730,00 [407, 00; 1200, 00]	2303,00 [1051, 83; 3986, 25]	1436,15 [927, 68; 1825, 00]	2433,00 [1439, 50; 3411, 50]	862,00 [728, 00; 2777, 00]	р<0,001, р_1-3<0,001, р_2–3=0,001, р_3–4<0,001, р_3–5=0,058
Т2* печени, мс	11,40 [3, 50; 15, 70]	3,05 [2, 00; 4, 20]	3,70 [2, 35; 4, 85]	3,00 [2, 60; 4, 49]	3,40 [2, 00; 4, 00]	р=0,007, р_1–3=0,003, р_2–3=0,004, р_3–4=0,019, р_3–5=0,022
LIC, мг/г	3,00 [1, 95; 8, 99]	10,60 [7, 38; 16, 09]	8,43 [6, 45; 13, 65]	10,38 [6, 79; 12, 24]	9,31 [7, 86; 15, 63]	р=0,007, р_1–3=0,003, р_2–3=0,004, р_3–4=0,019, р_3–5=0,022
Т2* сердца, мс	6,70 [2, 25; 16, 35]	2,10 [1, 70; 7, 50]	3,40 [23, 20; 4, 90]	2,60 [1, 80; 6, 50]	4,15 [3, 03; 15, 90]	р=0,164
MIC, мг/г)	0,60 [0, 50; 0, 73]	0,56 [0, 51; 1, 48]	0,61 [0, 53; 0, 74]	0,51 [0, 48; 0, 58]	0,55 [0, 50; 0, 83]	р=0,396

Примечание. НГХ — наследственный гемохроматоз; LIC — Liver Iron Concentration, концентрация железа в печени; MIC — Myocardial Iron Concentration, содержание железа в миокарде; АА — апластическая анемия; ПМФ — первичный миелофиброз; ТЛ — талассемия; МДС — миелодиспластический синдром.

Следующим этапом был проведен корреляционный анализ между ферритином и LIC (рис. 3), ферритином и MIC (рис. 4) у пациентов с АА, МДС, ПМФ, ТЛ.

Рис. 3. Корреляционный анализ Спирмена ферритина и LIC (liver iron concentration, концентрации железа в печени) у пациентов с апластической анемией (А), миелодиспластическим синдромом (Б), первичным миелофиброзом (В), талассемией (Г)

Рис. 4. Корреляционный анализ Спирмена ферритина и MIC (myocardium iron concentration) у пациентов с апластической анемией (А), миелодиспластическим синдромом (Б), первичным миелофиброзом (В), талассемией (Г)

Выявлены связи между LIC и ферритином у пациентов с АА (r = 0,656; p = 0,040), средняя связь, у пациентов с ТЛ (r = 0,714; p = 0,020), средняя связь.

Выявлены связи между MIC и ферритином у пациентов с АА (r = 0,703; p = 0,050), средняя связь, у пациентов с ТЛ (r = 0,757; p = 0,018), средняя связь. При этом у пациентов с МДС и ПМФ не было выявлено связи между ферритином и LIC, ферритином и MIC.

Нежелательные явления

В связи с проведенным исследованием нежелательных явления выявлено не было.

Обсуждение

Резюме основного результата исследования

В проведенном исследовании выявлена связь между ферритином и MIC у пациентов с НГХ, что может служить вспомогательным инструментом в диагностике пациентов с НГХ, а также выявлением пациентов с выраженной сердечной перегрузкой железом и риском развития сердечной недостаточности.

При изучении нашей выборки также выявлены средние связи между уровнями ферритина, LIC и MIC у пациентов с талассемией, что может быть использовано в качестве вспомогательного диагностического метода у данных пациентов в качестве этиологической причины гемохроматоза.

В проведенном исследовании выявлены связи между уровнями ферритина LIC и MIC у пациентов с АА, однако сила связи была не очень сильной.

Обсуждение основного результата исследования

МРТ печени часто используется в качестве неинвазивной методики определения содержания железа в организме. Одними из первых, кто сравнил показатели содержания железа в печени и биопсии и МРТ, стали Y. Gandon et al. [3]. МРТ, в частности T2-взвешенная визуализация, является методом, который может быть использован для диагностики перегрузки железом вследствие НГХ и неинвазивной оценки LIC [8, 9]. В проведенном нами исследовании также продемонстрирована связь между ферритином и LIC у пациентов с НГХ. По данным исследования J.-P. Carpenter et al., сидероз миокарда присутствовал у 33% впервые выявленных генетически подтвержденных пациентов с НГХ и ферритином > 1000 мкг/л и был наиболее частой причиной снижения фракции выброса левого желудочка [10]. МРТ сердца также изучалась у пациентов с НГХ в качестве диагностического метода оценки количественного содержания железа в миокарде [11]. В некоторых исследованиях выявлена положительная связь между показателями Т2* сердца и уровнем ферритина в крови [10], однако эти исследования крайне малочисленны и в них не изучалась связь MIC и ферритина в крови. В проведенном исследовании выявлена связь между ферритином и MIC у пациентов с НГХ, что может служить вспомогательным инструментом в диагностике пациентов с НГХ, а также выявлением пациентов с выраженной сердечной перегрузкой железом и риском развития сердечной недостаточности.

Некоторые исследования показывают связь ферритина LIC и MIC при талассемии. По данным исследования Z. Majd et al., выраженная перегрузка железом миокарда у пациентов с талассемией была выявлена у 58% пациентов, из которых у 36% была тяжелая перегрузка. Уровни ферритина в сыворотке крови показали статистически значимую положительную корреляцию с LIC и значительную отрицательную корреляцию с T2* сердца и T2* печени [12], а также у пациентов в Индии была обнаружена значительная корреляция между концентрацией железа в печени и уровнями ферритина [13]. При изучении нашей выборки также выявлены средние связи между уровнями ферритина LIC и MIC у пациентов с талассемией, что может быть использовано в качестве вспомогательного диагностического метода у пациентов с талассемией в качестве этиологической причины гемохроматоза.

Есть единичные исследования о том, что МРТ позволяет количественно определять содержание железа в сердце и печени и является ценным дополнением к ферритину при изучении перегрузки железом и АА [14]. В проведенном исследовании выявлены связи между уровнями ферритина LIC и MIC у пациентов с АА, однако сила связи была не очень сильной.

Применение МРТ сердца и печени в качестве диагностики перегрузки железом при ПМФ и МДС практически не изучалось. Мы не выявили связи между уровнями ферритина LIC и MIC у пациентов с ПМФ и МДС. До настоящего времени данные о связи LIC, MIC и ферритина противоречивы при различных причинах развития перегрузки железом. Так, в проспективном исследовании пациентов с трансфузионно-зависимыми анемиями, получавших хелаторную терапию, изменение сывороточного ферритина с течением времени коррелировало с изменениями LIC во всех группах заболеваний (изучались миелодиспластические синдромы, анемия Даймонда–Блэкфана, другие редкие анемии и β-талассемия) [15]. Однако в исследовании Q. Zhang, включавшем 37 мужчин и 16 женщин со средним возрастом 50 лет (15–72 года) и различной этиологией перегрузки железом: МДС, АА, ПМФ, НГХ и β-ТЛ не было выявлено связи между значением T2* и ферритином во всех группах [16].

Эти данные показывают различия при проведении МРТ сердца и печени у пациентов с различными видами перегрузки железом, что может стать основой для дифференциальной диагностики в дальнейшем.

Ограничения исследования

Ограничениями исследования является небольшой объем выборки, включение ограниченного числа патологий.

Заключение

У пациентов с наследственным гемохроматозом уровень железа в печени и миокарде связан с ферритином, а также между собой (средняя связь). У пациентов с перегрузкой железом вследствие талассемии выявлена средняя связь между уровнем железа в печени и миокарде с ферритином. У пациентов с перегрузкой железом вследствие апластической анемии выявлена средняя связь между LIC и ферритином, MIC и ферритином. Не выявлено связей между уровнями ферритина LIC и MIC у пациентов с первичным миелофиброзом и миелодиспластическим синдромом.

Таким образом, в случаях с наследственным гемохроматозом, апластической анемией и талассемией, для диагностики перегрузки железом допускается использовать как ферритин, так и МРТ по отдельности, в случае с первичным миелофиброзом и миелодиспластическим синдромом необходима комплексная диагностика, с комбинацией лабораторных данных и данных МРТ.

Дополнительная информация

Источник финансирования. Рукопись подготовлена и опубликована за счет финансирования по месту работы авторов.

Конфликт интересов. Авторы данной статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.

Участие авторов. А.М. Титова — ознакомление пациента с сутью исследовательской работы, выполнение и интерпретация МРТ-исследования, контроль взятия лабораторных тестов, обработка результатов, оформление текста работы; В.А. Фокин — контроль выполнения всех этапов исследовательской работы, редактирование текста работы; Г.Е. Труфанов — консультативная помощь на всех этапах выполнения работы, редактирование итогового варианта текста работы; Н.В. Цветкова — обработка результатов, оформление текста работы; К.С. Шалыгина — обработка результатов, оформление текста работы. Все авторы внесли значимый вклад в проведение исследования, подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

Приложение

Методика МРТ печени и сердца в режиме T2*

Исследование сердца на МР-томографе выполнялось с кардиосинхронизацией. Для оценки МР-изображений использовали двухкамерную позицию сердца по короткой оси, ось проходила через средние отделы межжелудочковой перегородки. Сканирование проводилось по стандартной методике со следующими характеристиками: 10 времен-эхо (TE) — 1,9; 3,5; 5,2; 6,9; 8,7; 10,4; 12,1; 13,9; 15,6; 17,3 мс; толщина среза — 10 мм; flip angle — 20 градусов; пространственное разрешение в плоскости — 2,3 × 1,6 мм; поле обзора (field of view, FOV) — 400×300 мм. После получения МР-изображений с различным временем ТЕ с помощью программного обеспечения консоли Mean Curve оценивали среднюю интенсивность сигнала в каждом срезе с построением кривой затухания сигнала. Концентрацию железа в сердце определяли по времени Т2* с помощью формулы MIC = 45 × (T2*) – 1,22 [6].

Для оценки содержания железа в печени МР-сканирование осуществляли на задержке дыхания при получении срезов в аксиальной плоскости, срез проходил через участки, наиболее обедненные крупными сосудами и желчевыводящими протоками, с большим массивом паренхимы, не менее чем на трех уровнях. Параметры сканирования: 12 времен-эхо (TEs) — 1,3; 2,5; 3,6; 4,8; 5,9; 7,1; 8,3; 9,4; 10,6; 11,7; 12,9; 14,1 мс cо временем повторения (TR) 200 мс; толщина среза — 10 мм; flip angle — 20 градусов; пространственное разрешение 2,7×3,1 мм; FOV — 350×250 мм.

Для построения модели на основе области интереса (region of interest, ROI) использовали встроенное программное обеспечение консоли Mean Curve. Далее также строили график затухания интенсивности МР-сигнала от паренхимы печени. Исходя из величины Т2* и обратной для него R2* вычисляли концентрацию железа в печени по формуле LIC = 0,03 × R2* + 0,74 [7].