ПЭТ/КТ диагностика нарушений барьерной функции стенки мочевого пузыря с использованием цистоскопических и ультраструктурных 3D-реконструкций (пилотное исследование)

Аннотация

Ключевые слова

Введение. Барьерная функция стенки мочевого пузыря представляет собой сложный многоуровневый процесс, обеспечивающий изоляцию мочи от тканей организма и поддержание гомеостаза уринарной системы [1-3]. Основу барьерной функции составляет интеграция структурных и биохимических компонентов всех слоев стенки мочевого пузыря, которые совместно препятствуют проникновению агрессивных компонентов урины внутрь тканей [4-5]. Слизистая оболочка мочевого пузыря выстлана многослойным переходным эпителием - уротелием, обладающим уникальными барьерными свойствами. Уротелий состоит из базальных, промежуточных и поверхностных клеток. Последние покрыты плотной гликокаликсовой мембраной, включающей в себя специализированные белки - плакины, формирующие уринонепроницаемый слой [6-7]. Плакины играют ключевую роль в предотвращении пассивного диффузного проникновения мочевых компонентов и токсинов в глубокие слои стенки [8]. Межклеточные плотные контакты уротелиальных клеток обеспечивают дополнительный механический и химический барьер.   Под уротелием располагается слизистая основа, представленная плотной соединительной тканью, богатой коллагеном и эластическими волокнами [9]. Этот слой выполняет функцию структурной поддержки слизистой оболочки и участвует в регуляции межклеточной коммуникации через экстрацеллюлярный матрикс. В слизистой основе локализуются иммунокомпетентные клетки (макрофаги, дендритные клетки), обеспечивающие иммунологическую защиту и быстрое реагирование на патогенные воздействия, способствуя поддержанию целостности барьера [10]. Мышечный слой состоит из гладкомышечных пучков, которые отвечают за сокращение и расслабление мочевого пузыря при накоплении и выделении мочи. Барьерная функция мышечной оболочки выражена не напрямую в защите от химических или микробиологических агентов, но она играет важную роль в механическом обеспечении целостности стенки и предотвращении её чрезмерного растяжения и повреждения [11]. Адекватное функционирование детрузора поддерживает оптимальное внутреннее давление, что минимизирует риск травматизации слизистой оболочки. Внешний слой стенки мочевого пузыря состоит из рыхлой соединительной ткани (адвентиции) и серозной оболочки, покрывающей верхушку мочевого пузыря. Эти слои обеспечивают механическую защиту и питание ткани через сосудистую сеть [11-12]. Адвентиция содержит нервные окончания и кровеносные сосуды, важные для поддержания метаболической активности и регенеративных процессов[13]. 

Нарушение структуры и функции любого из перечисленных слоев приводит к ослаблению барьерной функции и развитию патологических состояний. Повреждение уротелия и нарушение плотных контактов способствуют проникновению раздражающих веществ и микроорганизмов в глубокие ткани, что провоцирует воспаление и деструкцию. Изменения в составе и организации слизистой основы снижают иммунологическую защиту и механическую поддержку, усугубляя повреждение. Дисфункция мышечного слоя нарушает нормальный цикл наполнения и опорожнения, способствуя хроническим повреждениям. Нарушения барьерной функции стенки мочевого пузыря представляют собой важную медико-социальную проблему и являются патофизиологическим фундаментом широкого спектра урологических заболеваний, включая хронические воспалительные процессы, интерстициальный цистит, лучевой цистит и предопухолевые состояния. Точная диагностика, количественная и визуальная оценка данных нарушений имеют ключевое значение для своевременного выявления патологических изменений, адекватного выбора терапевтической стратегии и прогнозирования исходов заболеваний [14]. 

Современные диагностические методы, такие как цистоскопия и традиционная морфологическая оценка, несмотря на высокую информативность, не всегда позволяют выявить микроскопические и ультраструктурные изменения, лежащие в основе нарушения барьерной функции. В этом контексте значительный интерес представляют мультидисциплинарные подходы, сочетающие функциональную и морфологическую визуализацию, обеспечивающие более комплексное и детализированное исследование состояния мочевого пузыря.

Позитронно-эмиссионная томография в сочетании с компьютерной томографией (ПЭТ/КТ) с использованием радиофармпрепарата 11С-холина позволяет осуществлять количественную оценку метаболической активности тканей и выявлять патологические процессы на молекулярном уровне, что имеет важное значение для диагностики воспалительных и онкологических изменений [15-16]. Однако функциональные данные требуют корреляции с морфологическими исследованиями для повышения точности диагностики.

Использование цистоскопических 3D-реконструкций обеспечивает объемное представление состояния слизистой оболочки мочевого пузыря, расширяя возможности традиционной эндоскопии. Ультраструктурный анализ биоптатов с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с высоким увеличением (до 6000х) предоставляет уникальную информацию о клеточной и субклеточной организации ткани, что является необходимым для выявления нарушений барьерной функции на ультраструктурном уровне [17].

В рамках настоящего пилотного исследования реализована интеграция данных ПЭТ/КТ, цистоскопии с 3D-реконструкциями и ультраструктурного анализа биоптатов, что позволяет оценить корреляцию между функциональными метаболическими изменениями и морфологическими повреждениями стенки мочевого пузыря. Такой комплексный подход способствует более глубокой диагностике патологий, улучшает клиническое понимание механизма нарушения барьерной функции и открывает перспективы для разработки персонализированных лечебных стратегий.

Таким образом, совершенствование методов ПЭТ/КТ диагностики нарушений барьерной функции стенки мочевого пузыря с использованием цистоскопических и ультраструктурных 3D-реконструкций является актуальной задачей, способствующей развитию современных диагностических технологий и улучшению качества медицинской помощи пациентам урологического профиля. 

Целью данного исследования стала оценка нарушений барьерной функции стенки мочевого пузыря по результатам позитронно-эмиссионной/компьютерной томографии с 11С-холином с использованием 3D-реконструктивных методик по данным смотровой цистоскопии и сканирующей электронной микроскопии биоптата ткани стенки мочевого пузыря с увеличением в 6000 раз.

Материалы и методы. В рамках настоящего пилотного исследования было обследовано 4 пациента, госпитализированных в урологическое отделение Областной клинической больницы №2. Позитронно-эмиссионной/компьютерной томографии (ПЭТ/КТ) и расчет тропности (SUVmax) стенки мочевого пузыря к 11С-холину проведено на аппарате Biograph в радиологическом центре ГАУЗ ТО МЦ «Медицинский город» г. Тюмень по стандартной методике. Пациентам проводилась смотровая цистоскопия с биопсией стенки мочевого пузыря, далее биоптаты направлены на сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) с увеличением в 6000 раз. Результаты базовой смотровой цистоскопии и высокоточной СЭМ сопоставлялись с результатами полученными в процессе ПЭТ/КТ сканирования (Рис.1).

 

А. Норма

A. Normal

 

Б. Минимальные изменения

B - Minimal changes

 

В. Умеренные изменения

V - moderate changes

 

Г. Выраженные изменения

G - Pronounced changes

Рисунок 1. Исходные результаты ПЭТ/КТ термограмм с 11С-холином, смотровой цистоскопии и сканирующей электронной микроскопии (слизистого, подслизистого, мышечного слоёв) с увеличением в 6000 раз в процессе реализации воспалительного процесса в стенке мочевого пузыря (А - норма, Б - минимальные изменения, В - умеренные изменения, Г - выраженные изменения).  Figure 1. Initial results of PET/CT thermograms with 11C-choline, viewing cystoscopy and scanning electron microscopy (mucous, submucous, muscular layers) with a magnification of 6000 times during the implementation of the inflammatory process in the bladder wall (A - normal, B - minimal changes, C - moderate changes, G - pronounced changes).

По визуальной картине состояния слизистой оболочки мочевого пузыря, полученной в процессе выполнения смотровой цистоскопии создавались цистоскопические 3D-реконструкции стенки мочевого пузыря. По оригинальной методике по снимкам сканирующей электронной микроскопии с увеличением в 6000 раз создавались ультраструктурные 3D-реконструкции стенки мочевого пузыря. У пациентов в процессе реализации воспаления в стенке мочевого пузыря цифровые показатели SUVmax тропности сравнивались с наглядными цистоскопическими и ультраструктурными 3D-реконструкциями.

Результаты исследования. В первом клиническом наблюдении у пациента С. 48 лет ПЭТ/КТ тропность стенки мочевого пузыря к 11С-холину составила SUVmax=1,15, при этом по цистоскопической 3D-реконструкции визуальной картины состояния слизистой оболочки мочевого пузыря, полученной в процессе смотровой цистоскопии наблюдается условный вариант нормы, легкая инъекция сосудов слизистой оболочки без выраженных изменений. По результатам ультраструктурной 3D-реконструкции снимков СЭМ с увеличением в 6000 раз наблюдаются структурированные клетки уротелия, с плотными межклеточными промежутками, препятствующими проникновению агрессивных компонентов урины в подслизистый и мышечный слой (Рис.2). 

 

Рисунок 2. А - ПЭТ/КТ тропность стенки мочевого пузыря к 11С-холину в пределах нормы. Б - цистоскопическая 3D-реконструкция по данным смотровой цистоскопии и ультраструктурная 3D-реконструкция стенки мочевого пузыря с увеличением в 6000 раз при отсутствии патологического процесса. Figure 2. A - PET/CT scan of the bladder wall showing 11C-choline affinity within normal limits. B - cystoscopic 3D reconstruction based on visual cystoscopy data and ultrastructural 3D reconstruction of the bladder wall with 6000x magnification in the absence of pathological process.

Во втором клиническом наблюдении представлен пациент А., 47 лет. ПЭТ/КТ сканирование показало повышенную тропность стенки мочевого пузыря, с максимальным значением стандартизированного накопления (SUVmax) равным 6,23. Данный показатель свидетельствует о высокой метаболической активности в исследуемой области, что может быть связано с наличием воспалительного или другого патологического процесса. При проведении смотровой цистоскопии с последующим созданием 3D-реконструкции визуальной картины слизистой оболочки мочевого пузыря были выявлены единичные очаги гиперемии. Эти участки характеризовались локальным покраснением и повышенной васкуляризацией, что отражает наличие воспалительной реакции на уровне слизистой оболочки. Ультраструктурная 3D-реконструкция снимков СЭМ с увеличением в 6000 раз выявила выраженные изменения в строении уротелия - отмечались деформация клеток эпителия, а также незначительное, но достоверное расширение межклеточных пространств. Расширение межклеточных контактов способствует нарушению плотности барьерного слоя, что значительно снижает его изолирующую функцию. Данные ультраструктурные изменения создают предпосылки для проникновения агрессивных компонентов урины, таких как ионы, токсины и микроорганизмы, в подслизистый слой, вызывая набухание коллагеновых волокон подслизистого слоя. Это, в свою очередь, запускает процесс асептического воспаления, который, несмотря на отсутствие инфекционного агента, сопровождается активацией иммунных клеток и дальнейшим повреждением ткани. Таким образом, выявленные изменения коррелируют с повышенной метаболической активностью, зарегистрированной при ПЭТ/КТ, и локальными проявлениями воспаления, обнаруженными цистоскопически.(Рис.3). 

 

Рисунок 3. А - ПЭТ/КТ тропность стенки мочевого пузыря к 11С-холину при минимальных воспалительных изменениях. . Б - цистоскопическая 3D-реконструкция по данным смотровой цистоскопии и ультраструктурная 3D-реконструкция стенки мочевого пузыря с увеличением в 6000 раз при минимальных изменениях. Figure 3. A - PET/CT tropism of the bladder wall to 11C-choline with minimal inflammatory changes. B - cystoscopic 3D reconstruction based on viewing cystoscopy data and ultrastructural 3D reconstruction of the bladder wall with a magnification of 6000 times with minimal changes.

В третьем клиническом наблюдении представлен пациент Б., 53 года. По данным ПЭТ/КТ с 11С-холина выявлена тропность стенки мочевого пузыря, с максимальным значением SUVmax 8,59. Данный показатель указывает на умеренно усиленный метаболизм в тканях мочевого пузыря, что связано с выраженным патологическим процессом воспалительного и деструктивного характера. Цистоскопическая 3D-реконструкция состояния слизистой оболочки выявила множественные очаги гиперемии, сопровождающиеся обширными изъязвлениями слизистой оболочки. Очаги поражения характеризовались выраженным покраснением, отёком и нарушением целостности эпителиального слоя, что свидетельствует о глубоком повреждении барьерного слоя и активном воспалительном процессе. 3D-ультраструктурный анализ биоптатов стенки мочевого пузыря с увеличением в 6000 раз подтвердил значительную деструкцию клеток уротелия. На фоне деструктивных изменений формировались широкие межклеточные каналы значительно превышающие физиологическую ширину межклеточных пространств. Крупные межклеточные разрывы резко снижают барьерные свойства эпителия, способствуя беспрепятственному проникновению агрессивных компонентов урины в глубокие слои мочевого пузыря. Данная трансмуральная проницаемость сопровождается асептическим воспалением, инициирующим прогрессирующую деструкцию тканей и нарушение функции мочевого пузыря. Воспалительный процесс сопровождается инфильтрацией иммунных клеток, отёком и нарушением микроциркуляции, что усугубляет повреждения подслизистого и мышечного слоёв, приводя к развитию фиброзных изменений и нарушению механической прочности стенки (Рис.4).

 

Рисунок 4. А - ПЭТ/КТ тропность стенки мочевого пузыря к 11С-холину при умеренных воспалительных изменениях. . Б - цистоскопическая 3D-реконструкция по данным смотровой цистоскопии и ультраструктурная 3D-реконструкция стенки мочевого пузыря с увеличением в 6000 раз при умеренных изменениях. Figure 4. A - PET/CT tropism of the bladder wall to 11C-choline with moderate inflammatory changes. B - cystoscopic 3D reconstruction based on viewing cystoscopy data and ultrastructural 3D reconstruction of the bladder wall with a magnification of 6000 times with moderate changes.

В четвёртом клиническом наблюдении представлен пациент В., 49 лет. Показатель тропности стенки мочевого пузыря к 11С-холину по ПЭТ/КТ был существенно повышен - SUVmax составил 33,95, что свидетельствует о выраженной метаболической активности и интенсивном патологическом процессе. Цистоскопическая 3D-реконструкция выявила тотальную гиперемию слизистой оболочки, характеризующуюся равномерным покраснением и отёком по всей поверхности.

Ультраструктурный анализ на основании 3D-реконструкций снимков СЭМ показал выраженные морфологические изменения уротелиальных клеток, включая формирование широких и глубоких межклеточных каналов, напоминающих структуру «сита». Эти изменения свидетельствуют о серьёзном нарушении барьерной функции эпителия, что обеспечивает прямой путь для проникновения агрессивных компонентов урины в глубокие слои стенки, усугубляя воспалительный процесс и деструкцию ткани. 

Таким образом, полученные результаты подтверждают вышеупомянутую тесную корреляцию между повышенной метаболической активностью, выявленной ПЭТ/КТ, макроскопическими изменениями слизистой оболочки и выраженными ультраструктурными повреждениями.

 

А

 

Б

Рисунок 5. А - ПЭТ/КТ тропность стенки мочевого пузыря к 11С-холину при выраженных воспалительных изменениях. . Б - цистоскопическая 3D-реконструкция по данным смотровой цистоскопии и ультраструктурная 3D-реконструкция стенки мочевого пузыря с увеличением в 6000 раз при выраженных изменениях. Figure 5. A - PET/CT tropism of the bladder wall to 11C-choline with pronounced inflammatory changes. B - cystoscopic 3D reconstruction based on viewing cystoscopy data and ultrastructural 3D reconstruction of the bladder wall with a magnification of 6000 times with pronounced changes.

Обсуждение. Барьерная функция стенки мочевого пузыря представляет собой многоуровневую систему, в которой ключевую роль играет уротелий, обеспечивающий защиту от агрессивных компонентов мочи. Нарушения целостности уротелиального слоя, выявленные в результате ультраструктурного анализа, отражают серьезные повреждения, приводящие к утрате изоляционной функции. В настоящем исследовании корреляция между повышенной метаболической активностью по данным ПЭТ/КТ (SUVmax) и морфологическими изменениями, выявленными цистоскопией и СЭМ, подтверждает возможность использования ПЭТ/КТ в качестве неинвазивного маркера степени и распространённости воспалительного процесса.

На ранних стадиях изменений (низкий SUVmax) наблюдается сохранение структуры уротелия с незначительными нарушениями межклеточных контактов, что соответствует минимальному воспалению и локальной гиперемии. При прогрессировании патологического процесса наблюдается значительное расширение межклеточных каналов, деструкция уротелиальных клеток и изъязвления слизистой, что сопровождается резким повышением SUVmax. Эти ультраструктурные изменения свидетельствуют о тяжелом нарушении барьерной функции и активном воспалении, что подтверждается визуализацией широких и глубоких межклеточных щелей, формирующих структуру «сита».

Данные результаты демонстрируют потенциал комплексного применения ПЭТ/КТ с 11С-холином в сочетании с передовыми методами 3D-реконструкции для более точной диагностики и мониторинга урологических заболеваний с нарушением барьерной функции. Это открывает перспективы для разработки индивидуализированных лечебных стратегий и оценки эффективности терапии, особенно в случаях хронического воспаления и предопухолевых состояний.

Заключение. Интеграция данных ПЭТ/КТ с 11С-холином, цистоскопических 3D-реконструкций и 3D-ультраструктурного анализа СЭМ является перспективным подходом для комплексной оценки нарушений барьерной функции стенки мочевого пузыря. Полученные результаты свидетельствуют о тесной взаимосвязи между метаболической активностью тканей, визуальными изменениями слизистой оболочки и ультраструктурными повреждениями уротелия. Данный комплексный метод позволяет повысить точность диагностики воспалительных и деструктивных процессов, а также оптимизировать выбор лечебной тактики. Внедрение подобных мультидисциплинарных подходов в урологическую практику может значительно улучшить качество медицинской помощи пациентам с воспалительными патологиями мочевого пузыря.