Intravascular ultrasound with virtual histology in assessment of atherosclerotic plaque composition in patients with coronary artery disease and type 2 diabetes mellitus

Abstract


Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is a serious medical and social problem leading to early disability of patients and high mortality from cardiovascular complications. The development of cardiovascular events is associated not only with the degree of coronary artery stenosis, but also with the structure of the atherosclerotic plaque. Aim. This study aimed to characterize structure and composition of coronary artery atherosclerotic plaque in target lesion of T2DM patients and patients without diabetes using intravascular ultrasound (IVUS) and IVUS with virtual histology (IVUS-VH). Materials and methods. We observed 25 patients with coronary artery disease (CAD) with T2DM and without T2DM, which admitted to Endocrinology Research Centre to perform percutaneous coronary intervention (PCI). Patients with CAD and T2DM were included at group 1 and patients with CAD and without T2DM were included at group 2. IVUS and IVUS-VH assessment of target lesion were performed prior to stent implantation. We observed 24 plaques at group 1 and 10 plaques at group 2. Results. In grey - scale IVUS 2D analysis there were no differences in mean cross - sectional area of the vessel (12.5 [10.4; 15.8] mm2 vs. 13.5 [12,7; 16.5] mm2; p=0.223, respectively) and lumen area (3.71 [2.5; 4.5] mm2 vs. 3.2 [2.7; 3.8] mm2; p=0.589, respectively). Plaque burden were higher in patients without T2DM (71.6 [65.5; 75.7] % vs. 77.6 [74.4; 80.4] %; p=0.008, respectively). IVUS-VH analysis showed that percent of necrotic core and dense calcium areas were significantly higher in the T2DM group (31.3 [25.3; 36.5] % vs. 21.65 [14.3; 27.8] %; p=0.01 and 4.7 [2.3; 7.8] % vs. 2.45 [1.2; 4.05] %; p=0.046, respectively). Percent of the fibrotic tissue were higher in non-T2DM group (55.35 [49.7; 63.6] % vs 67.7 [61.8; 76.5] %; p=0.004, respectively). There were no differences in percent of lipidic tissue in both groups. Conclusions. IVUS-VH assessment of coronary artery atherosclerotic plaques showed greater amount of necrotic core and dense calcium in patients with T2DM compared to patients without diabetes.

Full Text

Введение Сахарный диабет 2-го типа (СД2) представляет собой серьезную медико-социальную проблему, приводя к ранней инвалидизации пациентов и высокой летальности от сердечно-сосудистых осложнений. Известно, что у пациентов с СД атеросклеротическое поражение прогрессирует быстрее, проявляется в более раннем возрасте, а также что больные СД2 имеют более высокий риск развития острого коронарного синдрома по сравнению с пациентами без нарушения углеводного обмена [1, 2]. У больных СД2 чаще отмечается отрицательное ремоделирование коронарных артерий - процесс, характеризующийся сужением сосуда. Возможно, это связано с увеличением количества фиброзной ткани и отложений кальция в артериальной стенке, в сочетании с нарушением эндотелиально-зависимой релаксации, что ограничивает расширение стенки сосуда по мере роста атеросклеротической бляшки (АСБ). Отрицательное ремоделирование коронарных артерий является предиктором развития сердечно-сосудистых событий [3, 4]. В случае отрицательного ремоделирования поражения ассоциируются с более высокой степенью стеноза просвета артерии. При отрицательном ремоделировании отмечается циркулярное распределение АСБ, в то время как при положительном ремоделировании АСБ в основном располагается эксцентрично [5]. Ремоделирование коронарных артерий также коррелирует с составом АСБ; «мягкие» АСБ ассоциируют с положительным ремоделированием, в то время как фиброзно-кальцифицированные бляшки связывают с отрицательным ремоделированием [6]. Также установлено, что у пациентов с СД кальциноз коронарных артерий более выражен и встречается чаще, чем у пациентов без нарушений углеводного обмена [7]. Наличие кальциноза коронарных артерий, визуализируемого при флюороскопии, является предиктором развития сердечно-сосудистых событий у пациентов с СД [8]. Развитие сердечно-сосудистых событий связано не только со степенью стенозирования просвета коронарных артерий, но также со структурой АСБ [9]. Несмотря на то что рентгеноконтрастное ангиографическое исследование является «золотым стандартом» в диагностике заболеваний коронарных артерий, определении протяженности и выраженности поражения, оценки анатомии коронарных артерий, оно имеет некоторые ограничения. При ангиографическом исследовании мы получаем только двухмерную картинку, очертания силуэта стенки артерии, что не позволяет получить полную информацию о степени поражения артерии. Более детальную информацию о степени выраженности поражения в сосудистой стенке можно получить с использованием методов внутрисосудистой визуализации, таких как внутрисосудистое ультразвуковое исследование (ВСУЗИ) и оптическая когерентная томография (ОКТ). ВСУЗИ - современный инвазивный метод исследования, который позволяет, в дополнение к ангиографическому ис-следованию, непосредственно визуализировать сосудистую стенку и АСБ. Также при помощи ВСУЗИ возможно провести оценку морфологии стенки сосуда и атеросклеротической бляшки, провести измерения диаметра артерии, площади просвета и степени стеноза артерии [10]. ВСУЗИ имеет меньшее пространственное разрешение, в отличие от ОКТ (100-200 и 10-20 мкм, соответственно), но обладает большей проникающей способностью (4-8 и 1-2 мм). Вследствие низкой проникающей способности ОКТ имеет ограничения в определении степени распространенности АСБ в толще стенки артерии, определении диаметра сосуда в области с минимальным просветом (границы наружной эластической мембраны). Также ВСУЗИ является более чувствительным методом определения кальцификации артерий [11]. Изображение ВСУЗИ в серой шкале формируется с использованием амплитуды радиочастотного сигнала. Тем не менее частота и сила сигнала различаются между тканями, независимо от сходства по амплитуде. Таким образом, ВСУЗИ-изображение в серой шкале имеет ограничение для точной идентификации определенных компонентов АСБ. Эти ограничения частично преодолены с применением новых методов постобработки данных ВСУЗИ. Спектральный анализ полученных при ВСУЗИ радиочастотных данных (ВСУЗИ с «виртуальной гистологией» - ВСУЗИ-ВГ) позволяет выполнить более детальный анализ компонентов бляшки и их морфологическую оценку [12]. Цель исследования. Оценить структуру и состав АСБ в целевом поражении сосуда у больных СД2 и пациентов без нарушения углеводного обмена с использованием ВСУЗИ и ВСУЗИ-ВГ. В исследование включено 25 пациентов с ИБС (17 мужчин, средний возраст 68 [63,5; 73] лет), поступивших в НМИЦ эндокринологии Минздрава России для реваскуляризации миокарда. Сформировано две группы: в первую группу включено 15 пациентов с ИБС и СД2, во вторую - 10 пациентов без нарушения углеводного обмена. ВСУЗИ выполнялось в рамках процедуры чрескожного коронарного вмешательства. Данные для анализа получены с помощью 40 МГц ВСУЗИ-катетера (Atlantis SR Pro или OptiCross, Boston Scientific, США) на аппарате для ВСУЗИ iLab (Boston Scientific, США). ВСУЗИ-катетер заводился по коронарному проводнику за целевое поражение сосуда, во время обратной тракции ВСУЗИ-катетера выполнялось ВСУЗИ. Данные, полученные при исследовании, сохранялись для последующего анализа. Анализ полученных при ВСУЗИ данных проводился с помощью программного обеспечения QIvus iMap Basic Viewer (Medis Medical Imaging Systems). Оценка поперечных срезов проводилась в области целевого поражения артерии. Определялись: площадь поперечного сечения сосуда (ПС; рассчитывалась по границе наружной эластической мембраны), площадь просвета сосуда (ПП; рассчитывалась по границе внутренней эластической мембраны), площадь, занимаемая АСБ (ПБ), процент от площади поперечного среза сосуда, занимаемый АСБ (“plaque burden”), индекс ремоделирования артерии (ИР), состав АСБ по данным ВСУЗИ-ВГ. Процент от площади поперечного среза сосуда, занимаемой АСБ, рассчитывался по формуле: ((ПС мм^2 - ПП мм^2) / ПС мм^2) · 100. ИР - это отношение площади поперечного среза сосуда в области целевого поражения к площади поперечного среза сосуда в проксимальном референсном сегменте. Площадь поперечного среза сосуда в референсном сегменте оценива-лась в области с максимальным просветом, в пределах 15 мм от области целевого поражения, в участке без крупных бо-ковых ветвей. Ремоделирование считалось отрицательным при ИР ≤0,95, положительным - при ИР ≥1,05 [13]. Анализ ВСУЗИ-ВГ проводился с помощью программного обеспечения QIvus iMap Basic Viewer. Программное обеспечение iMap преобразует сигнал в частотный спектр, а затем сравнивает его со спектрами сигнала от различных тканей, полученных при аутопсии («библиотека данных»), чтобы найти наиболее близкое соответствие. Поскольку различные типы тканей (фиброзная, липидная, некротическое ядро и кальций) имеют отличительные спектры, технология iMap позволяет идентифицировать ткани по частотному спектру, который наиболее близко напоминает тот, который получен при исследовании. При анализе ВСУЗИ-ВГ в составе бляшки выделяются 4 компонента, которым присваивается соответствующий цветовой код: зеленый - фиброзный компонент; желтый - липидный компонент; розовый - некротическое ядро; голубой - участки кальциноза (плотный кальций). Каждый компонент АСБ представлялся в процентном отношении к общей площади АСБ (рис. 1, 2 на цветной вклейке). Статистический анализ полученных данных проводился с помощью программного обеспечения SPSS Statistics 23 (SPSS Inc., США). Данные представлены в виде медианы [25-го; 75-го перцентилей]. Для описания качественных данных рассчитывали абсолютные (n) и относительные (%) значения. Нормальность распределения проверялась критерием Шапиро-Уилка. Связь между количественными показателями устанавливали, используя непараметрический метод Манна-Уитни. Для анализа связей между категориальными переменными использовали критерий хи-квадрат (χ2) Пирсона и точный критерий Фишера. Статистически значимыми считали различия при p<0,05. Результаты Две группы пациентов сопоставимы по возрасту, полу, статусу курения, сердечно-сосудистым заболеваниям. Пациенты с СД2 чаще страдали ожирением (табл. 1). Средняя длительность СД2 составила 13 [2; 22] лет. Пациенты обеих групп сопоставимы по медикаментозной терапии на момент включения в исследование (табл. 2). Все пациенты получали двойную антиагрегантную и гиполипидемическую терапию. В группе пациентов с СД2 пер -оральную сахароснижающую терапию (ПССП) получали 8 (53,3%)пациентов, интенсифицированную схему инсулинотерапии - 4 пациента (26,6%). На комбинированной терапии инсулином и ПССП находились три пациента (20,1%). При поступлении всем пациентам проведена коррекция гиполипидемической и сахароснижающей терапии. Всего проанализировано 34 АСБ в 29 сосудах. В 1-й группе (больные ИБС и СД2) проанализировано 24 АСБ, во 2-й группе (пациенты без нарушения углеводного обмена) - 10. Наиболее часто в обеих группах пациентов целевое поражение сосуда локализовалось в передней межжелудочковой артерии (ПМЖА; табл. 3). У всех больных с ИБС и СД2 наблюдалось отрицательное ремоделирование артерии в области целевой АСБ. В группе без нарушений углеводного обмена наблюдалось как отрицательное, так и положительное ремоделирование (преобладало отрицательное ремоделирование). Статистически значимых отличий в исследуемых группах между показателями средней площади поперечного сечения сосуда, площади просвета сосуда и площади АСБ не наблюдалось. Процент от площади поперечного среза сосуда, занимаемой АСБ, был больше в группе пациентов без нарушения углеводного обмена. По данным ВСУЗИ-ВГ (iMap), процентное содержание некротического ядра и плотного кальция в составе АСБ в исследуемом поперечном срезе сосуда в области минимального просвета больше в группе пациентов с СД, в то время как содержание фиброзной ткани в составе АСБ преобладало у пациентов без нарушения углеводного обмена. Статистически значимой разницы в процентном содержании липидного компонента АСБ в исследуемых группах не отмечено (табл. 4). Обсуждение СД2 увеличивает риск развития ИБС и сердечно-сосудистую смертность в 2-4 раза по сравнению с общей популяцией [14]. Считается, что развитие острых коронарных событий вызвано либо эрозией, либо разрывом АСБ с обнажением некротического ядра. В ранее проведенном патологоанатомическом исследовании показано, что у больных СД2 отмечается большее содержание некротического ядра в АСБ, чем у пациентов без диабета [15]. В ходе нашего исследования также установлено, что больные с ИБС и СД2, по сравнению с пациентами без нарушения углеводного обмена, имеют большее содержание компонентов некротического ядра и плотного кальция в составе АСБ целевой коронарной артерии. При исследовании образцов после коронарной атерэктомии у больных СД2 P.R. Moreno и соавт. выявили в них значительное количество богатого липидами субстрата [16]. В исследовании К. Nasu при оценке АСБ с использованием ВСУЗИ-ВГ показано, что содержание плотного кальция и некротического ядра в составе АСБ преобладает у больных СД2, а также эти пациенты имеют более выраженное атеросклеротическое поражение, по сравнению с пациентами без диабета [17]. M.K. Hong и соавт. в своем исследовании частоты и предикторов разрывов АСБ с использованием ВСУЗИ у пациентов с острым коронарным синдромом и стабильной ИБС показали, что СД2 является независимым предиктором развития разрыва АСБ у пациентов со стабильной ИБС [18]. Известно, что наличие кальциноза в коронарных артериях связано с высоким сердечно-сосудистым риском и является предиктором кардиоваскулярных событий [19]. Также не вызывает сомнения, что степень кальцификации коронарных артерий является маркером тяжести атеросклероза. По данным ранее проведенных исследований с использованием электронно-лучевой компьютерной томографии, выраженность коронарной кальцификации четко коррелировала с общей распространенностью атеросклероза [20] и развитием неблагоприятных сердечно-сосудистых событий [21]. У больных СД2 уровень кальцификации коронарных артерий выше, чем у пациентов без нарушения углеводного обмена. Наличие кальцификации любой степени у пациентов с СД2 является предиктором более высокого риска общей смертности по сравнению с пациентами без диабета [22]. В ходе патологоанатомического исследования морфологии АСБ в коронарных артериях A.P. Burke и соавт. показано, что средняя площадь кальция в области поражения коронарной артерии, которое занимает >50% по-перечного среза сосуда, больше в группе больных СД2 [15]. В настоящем исследовании нами также выявлено преобладание плотного кальция в составе АСБ у больных ИБС и СД2 по сравнению с пациентами с ИБС и без нарушения углеводного обмена. Кальцификация артерии может формироваться либо локально в виде точечной кальцификации, либо диффузно в виде «листовой» кальцификации. Считается, что АСБ с точечной кальцификацией более подвержены разрыву и развитию атеротромботических осложнений, в то время как «листовая» или диффузная кальцификация ассоциируется с бляшками, менее склонными к разрыву [23, 24]. Таким образом, можно предположить, что выраженная диффузная кальцификация коронарных артерий у больных СД2 может являться фактором, препятствующим развитию острых сердечно-сосудистых событий. Основываясь на полученных данных, можно предположить, что оценка поражения целевого сосуда, выявление и стабилизация АСБ, склонных к разрыву, посредством интервенционного лечения и/или медикаментозной терапии являются важным направлением в терапии коронарного атеросклероза, а также улучшают прогноз у больных СД2. Ограничения исследования Малый объем исследуемой выборки не позволяет экстра-полировать результаты на всю популяцию больных ИБС и СД2. Одномоментный дизайн не позволяет достоверно судить о причинно-следственных взаимосвязях между признаками. Заключение Исследование АСБ коронарных артерий у больных СД2 с помощью ВСУЗИ-ВГ выявило большее содержание компонентов некротического ядра и плотного кальция в составе бляшки по сравнению с пациентами без нарушения углеводного обмена.

About the authors

A S Zakharov

Endocrinology Research Centre

Moscow, Russia

M S Michurova

Endocrinology Research Centre

Moscow, Russia

S A Terekhin

Endocrinology Research Centre

Moscow, Russia

V Yu Kalashnikov

Endocrinology Research Centre

Moscow, Russia

O M Smirnova

Endocrinology Research Centre

Moscow, Russia

M V Shestakova

Endocrinology Research Centre

Moscow, Russia

I I Dedov

Endocrinology Research Centre

Moscow, Russia

References

  1. Дедов И.И., Шестакова М.В. Сахарный диабет. Руководство для врачей. Москва: Универсум Паблишинг, 2003.
  2. Haffner S, Lehto S, Rönnemaa T, Pyöräl̈a K, Laakso M. Mortality from coronary heart disease in subjects with type 2 diabetes and in nondiabetic subjects with and without prior myocardial infarction. New Engl J Med. 1998;339:229-34. doi: 10.1056/nejm199807233390404
  3. Nicholls S.J, Tuzcu E.M, Kalidindi S, Wolski K, Moon, K-W, Sipahi I, Shoenhagen P, Nissen S.E. Effect of diabetes on progression of coronary atherosclerosis and arterial remodeling. J Am Coll Cardiol. 2008;52(4):255-62. doi: 10.1016/j.jacc.2008.03.051
  4. Cordunean A, Hodas R, Benedek E, Bordi L, Benedek I, Benedek T. Imaging techniques for the assessment of coronary arteries in diabetic patients undergoing PCI with bioresorbable vascular scaffolds. J Interdiscipl Med. 2017;2(1):36-40. doi: 10.1515/jim-2017-0030
  5. Varnava A.M, Mills P.G, Davies M.J. Relationship between coronary artery remodeling and plaque vulnerability. Circulation. 2002;105:939-43. doi: 10.1161/hc0802.104327
  6. Tauth J, Pinnow E, Sullebarger J.T, Basta L, Gursoy S, Lindsay J, Matar F. Predictors of coronary arterial remodeling patterns in patients with myocardial ischemia. Am J Cardiol. 1997;80(10):1352-5. doi: 10.1016/s0002-9149(97)00682-6
  7. Greenland P, Bonow R.O, Brundage B.H, et al. A Report of the American College of Cardiology Foundation Clinical Expert Consensus Task Force (ACCF/AHA Writing Committee to Update the 2000 Expert Consensus Document on Electron Beam Computed Tomography, ACCF/AHA 2007 Clinical Expert Consensus Document on Coronary Artery Calcium Scoring By Computed Tomography in Global Cardiovascular Risk Assessment and in Evaluation of Patients With Chest Pain. J Am Coll Cardiol. 2007;49:378-402. doi: 10.3410/f.1069728.522645
  8. Raggi P, Callister T.Q, Cooil B, et al. Identification of patients at increased risk of first unheralded acute myocardial infarction by electron - beam computed tomography. Circulation. 2000;101(8):850-5. doi: 10.1161/ 01.cir.101.8.850
  9. Burke A, Farb A, Malcom G, Liang Y, Smialek J, Virmani R. Coronary risk factors and plaque morphology in men with coronary disease who died suddenly. New Engl J Med. 1997;336:1276-82. doi: 10.1056/nejm199705013361802
  10. Potkin B.N, Bartorelli A.L, Gessert J.M, et al. Coronary artery imaging with intravascular high - frequency ultrasound. Circulation. 1990;81:1575-85. doi: 10.1161/01.cir.81.5.1575
  11. Sanidas E, Dangas G. Evolution of intravascular assessment of coronary anatomy and physiology: from ultrasound imaging to optical and flow assessment. Eur J Clin Investigat. 2013;43(9):996-1008. doi: 10.1111/eci.12119
  12. Garcìa-Garcìa H.M, Gogas B.D, Serruys P.W, Bruining N. IVUS-based imaging modalities for tissue characterization: similarities and differences. Int J Cardiovasc Imag. 2011;27(2):215-24. doi: 10.1007/s10554-010- 9789-7
  13. Nakamura M, Nishikawa H, Mukai S, Setsuda M, Nakajima K, Tamada H, Yeung A.C. Impact of coronary artery remodeling on clinical presentation of coronary artery disease: an intravascular ultrasound study. J Am Coll Cardiol. 2001;37(1):63-9. doi: 10.1016/s0735-1097(00)01097-4
  14. Kannel W.B. Diabetes and cardiovascular disease. JAMA. 1979;241(19):2035. doi: 10.1001/jama.1979.03290450033020
  15. Burke A.P, Kolodgie F.D, Zieske A, Fowler D.R, Weber D.K, Varghese P.J, et al. Morphologic findings of coronary atherosclerotic plaques in diabetics: A postmortem study. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2004;24(7):1266-71. doi: 10.1161/01.atv.0000131783.74034.97
  16. Moreno P.R, Murcia A.M, Palacios I.F, Leon M.N, Bernardi V.H, Fuster V, Fallon J.T. Coronary composition and macrophage infiltration in atherectomy specimens from patients with diabetes mellitus. Circulation. 2000;102(18):2180-4. doi: 10.1161/01.cir.102.18.2180
  17. Nasu K, Tsuchikane E, Katoh O, Fujita H, Surmely J-F, Ehara M, Suzuki T. Plaque characterization by virtual histology intravascular ultrasound analysis in patients with type 2 diabetes. Heart. 2007;94(4):429-33. doi: 10.1136/hrt.2007.118950
  18. Hong M.K, Mintz G.S, Lee C.W, et al. Comparison of coronary plaque rupture between stable angina and acute myocardial infarction: A three - vessel intravascular ultrasound study in 235 patients. Circulation. 2004;110(8):928-33. doi: 10.1161/ 01.cir.0000139858.69915.2e
  19. Shaw L.J, Giambrone A.E, Blaha M.J, et al. Long - term prognosis after coronary artery calcification testing in asymptomatic patients: A cohort study. Ann Intern Med. 2015;163(1):14-21. doi: 10.7326/M14-0612
  20. Hosoi M, Sato T, Yamagami K, Hasegawa T, Yamakita T, Miyamoto M, Fujii S. Impact of diabetes on coronary stenosis and coronary artery calcification detected by electron - beam computed tomography in symptomatic patients. Diabetes Care. 2002;25(4):696-701. doi: 10.2337/dia-care.25.4.696
  21. Arad Y, Spadaro L.A, Goodman K, Newstein D, Guerci A.D. Prediction of coronary events with electron beam computed tomography. J Am Coll Cardiol. 2000;36(4):1253-60. doi: 10.1016/s0735-1097(00)00872-x
  22. Raggi P, Shaw L.J, Berman D.S, Callister T.Q. Prognostic value of coronary artery calcium screening in subjects with and without diabetes. J Am Coll Cardiol. 2004;43(9):1663-9. doi: 10.1016/j.jacc.2003.09.068
  23. Kelly-Arnold A, Maldonado N, Laudier D, Aikawa E, Cardoso L, Weinbaum S. Revised microcalcification hypothesis for fibrous cap rupture in human coronary arteries. Proc Nat Acad Sci. 2013;110(26):10741-6. doi: 10.1073/pnas.1308814110
  24. Vengrenyuk Y, Carlier S, Xanthos S, et al. A hypothesis for vulnerable plaque rupture due to stress - induced debonding around cellular micro - calcifications in thin fibrous caps. Proc Nat Acad Sci. 2006;103(40):14678-83. doi: 10.1073/pnas.0606310103

Statistics

Views

Abstract - 195

PDF (Russian) - 49

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Zakharov A.S., Michurova M.S., Terekhin S.A., Kalashnikov V.Y., Smirnova O.M., Shestakova M.V., Dedov I.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 

Address of the Editorial Office:

  • Novij Zykovskij proezd, 3, 40, Moscow, 125167

Correspondence address:

  • Novoslobodskaya str 31c4., Moscow, 127005, Russian Federation

Managing Editor:

 

© 2018 "Consilium Medicum" Publishing house


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies