Zakład Diagnostyki Obrazowej

Środki kontrastowe stosowane w czasie badań obrazowych

(Marek Gołębiowski: Diagnostyka obrazowa - podstawy teoretyczne i metodyka badań. Pod red. B.Pruszyńskiego, PZWL 2003, z uaktualnieniami)

Środki kontrastowe stosowane w rentgenodiagnostyce

W rentgenodiagnostyce środkami kontrastującymi są substancje pochłaniające promieniowanie rentgenowskie w większym lub mniejszym stopniu niż otaczające tkanki ciała. Na podstawie tych właściwości środki kontrastujące dzieli się na negatywne i pozytywne.

Środki kontrastowe negatywne

Środki kontrastowe negatywne charakteryzują się niskim współczynnikiem pochłaniania promieni X. Należą do nich: powietrze, tlen, podtlenek azotu, dwutlenek węgla i gazy szlachetne. Obecnie są stosowane rzadko, głównie do badania układu tętniczego.
Powietrze lub dwutlenek węgla wraz z kontrastujacym pozytywnie siarczanem baru są szeroko stosowane do dwukontrastowego badania przewodu pokarmowego.

Środki kontrastowe pozytywne

Środki kontrastowe pozytywne znacznie lepiej pochłaniają promieniowanie rentgenowskie niż tkanki ciała. Tworzą je związki baru i jodu, pierwiastków o wysokich liczbach atomowych i współczynniku pochłaniania promieniowania 50-1000 razy większym niż takie składniki tkanek miękkich, jak węgiel, azot lub tlen.
Współczesne pozytywne środki kontrastowe można podzielić na 2 podstawowe grupy: rozpuszczalne w wodzie (zazwyczaj organiczne sole jodu) i nierozpuszczalne w wodzie (w praktyce codziennej prawie wyłącznie zawiesina siarczanu baru).

Środki kontrastowe nierozpuszczalne w wodzie.

Siarczan baru (baryt) jest stosowany do badania przewodu pokarmowego w postaci zawiesiny o odpowiedniej wielkości cząstek, wzbogaconej dodatkami decydującymi o właściwym pokryciu błony śluzowej. Do badania metodą pojedynczego kontrastu stosowana jest zawiesina o małej gęstości (500 mg-1,0 g BaS04/ml). Metoda podwójnego kontrastu wymaga użycia preparatu gęstszego (2,0-3,5 g BaS04/ml). Baryt nie wchłania się ze światła przewodu pokarmowego i jest całkowicie bezpieczny dla pacjenta. 
Olejowe środki kontrastowe. Jedynym stosowanym jest mieszanina estrów etylowych, kwasów tłuszczowych, jodowanego oleju makowego (Lipiodol ultrafluid). Podawany bezpośrednio znajduje zastosowanie przy sialografii, limfografii i niekiedy embolizacji guzów wątroby.

Środki kontrastowe rozpuszczalne w wodzie (TK, DSA - angiografia, urografia)

W zależności od sposobu wydzielania dzieli się je na hepato- i urotropowe. 
Hepatotropowe środki kontrastowe, dzięki dużemu powinowactwu do tkanki wątrobowej, po podaniu doustnym lub dożylnym wydzielają się do żółci. Obecnie są bardzo rzadko stosowane. 
Urotropowe środki kontrastowe podane śródnaczyniowo są wykorzystywane do wykonania urografii, angiografii i tomografii komputerowej. Wydalają się wówczas przez nerki. Ponadto po podaniu bezpośrednim używane są do ureteropielografii, pielografii zstępującej, cystografii, histerosalpingografii, fistulografii, cholangiopankreatografii wstecznej i cholangiografii przezskómej, śródoperacyjnej i pooperacyjnej. Nowymi środkami niejonowymi wykonuje się radikulografię i mielografię. Najczęściej stosowane preparaty kontrastowe mają budowę opartą na pierścieniu benzenowym połączonym z cząsteczkami jodu. Modyfikacji ulega liczba atomów jodu, grupy boczne pierścienia i monomeryczna lub dimeryczna struktura związku. Wszystkie preparaty są rozpuszczalne w wodzie, dysocjują na jony dodatnie i ujemne lub zachowują obojętność elektryczną. Uwzględniając cechy budowy, wodne jodowe środki kontrastowe dzieli się na jonowe lub niejonowe monomery i dimery. Dzięki właściwościom fizykochemicznym preparaty te mają różną toksyczność. Duża osmolalność, jonizacja, lepkość i hydrofilność, typowe zwłaszcza dla monomerów jonowych, są szczególnie odpowiedzialne za pojawiające się reakcje niepożądane. Najczęściej stosowanymi preparatami jodowymi są hiperosmolalne jonowe pochodne kwasu trijododiaminobenzoesowego (Uropolinum, Urografin, Uromiro).
Do najpopularniejszych niskoosmolalnych niejonowych monomerów należą pochodne kwasu trijodomonoaminoizoftalowego: Ultravist, Omnipaque, Iomeron, Optiray. Ponadto używane są dimery niejonowe - Iotrolan (Visipaque).
Środki kontrastowe uważane są za jedne z lepiej tolerowanych preparatów stosowanych w medycynie. Mimo tego badania epidemiologiczne pacjentów, którym podano śródnaczyniowo tradycyjne hiperosmolalne środki kontrastowe, wykazują, że częstość występowania reakcji niepożądanych sięga 10% (tab. 17). Przeważającą ich liczbę zalicza się do powikłań lekkich, niegroźnych dla życia i zdrowia badanych. U 1-2% pacjentów stwierdza się reakcje umiarkowane, wymagające leczenia, ale nie zagrażające życiu. Reakcje ciężkie, stanowiące zagrożenie dla życia, występują w 0,1-0,2%. Zejścia śmiertelne są niezwykle rzadkie - 1:50000 lub l : 100 000 badań.

Klasyfikacja powikłań po donaczyniowym podaniu wodnych jodowych środków cieniujących

 

Lekkie	Umiarkowane	Ciężkie
Nudnosci	Omdlenie	Drgawki
Wymioty	Ciężkie wymioty	Obrzęk płuc
Pokrzywka	Rozległa pokrzywka	Wstrząs
Świąd skóry	Obrzęk twarzy	Zatrzymanie oddechu
Chrypka	Obrzęk krtani	Zatrzymanie krążenia
Kaszel	Skurcz oskrzeli
Kichanie
Obfite pocenie się
Uczucie ciepła

Niskoosmolalne preparaty, zwłaszcza bezjonowe, są lepiej tolerowane przez pacjentów i znacznie rzadziej powodują ogólnoustrojowe reakcje niepożądane. Stosowanie tych środków pozwala kilkakrotnie zmniejszyć liczbę zagrażających powikłań. W znacznej części krajów nie są one jednak powszechnie dostępne ze względu na cenę.

Niepożądane reakcje występujące po podaniu jonowych i niejonowych środków kontrastowych pojawiają się najczęściej w ciągu pierwszych 20 min po wstrzyknięciu preparatu. Tylko w niektórych, rzadkich przypadkach dochodzi do nich w 24-48 h po wstrzyknięciu. Reakcje mogą się pojawiać zarówno po pojedynczym, jak i po kolejnym podaniu. W praktyce groźne dla życia powikłania wymagają intensywnego leczenia w ciągu pierwszego kwadransa od wstrzyknięcia środka kontrastowego. Na ich ciężkość może wpływać ilość, sposób i szybkość podania. Większość odczynów to reakcje niewielkie o miernym natężeniu. Postępowanie lecznicze ogranicza się wówczas do aktywnej obserwacji pacjenta.

Omawiane reakcje można podzielić na odczyny idiosynkratyczne, nieidiosynkratyczne oraz mieszane.

Odczyny idiosynkratyczne (anafilaktoidalne) występują nagle, naśladując reakcje alergiczne. Nie zależą od dawki preparatu. Najczęściej wywołują takie reakcje skórne jak pokrzywka i świąd. Mogą jednak powodować skurcz oskrzeli, obrzęk krtani lub wstrząs. Ich przyczyna są między innymi uwalnianie lub aktywizacja histaminy lub serotoniny, reakcje antygen-przeciwciało i aktywizacja komplementu. Częstość występowania jest większa u chorych uczulonych na inne preparaty farmakologiczne.

Odczyny nieidiosynkratyczne (nieanafilaktoidalne) mają podłoże chemotoksyczne, osmotyczne lub bezpośrednio związane z toksycznością narządową. Odczyny te są zależne od dawki, drogi, miejsca podania, stężenia i budowy środka kontrastowego. Osmotoksyczność objawia się zmianami objętości surowicy, wpływem na przepuszczalność naczyń i ich rozszerzeniem. Jest przyczyną ból przy wstrzyknięciu, spadku ciśnienia krwi i odpowiedzi nerwu błędnego, wpływając na częstość akcji serca. Może tez zaburzyć barierę krew-mózg, oddziałując między innymi na ośrodek wymiotny. Działanie chemotoksyczne obejmuje objawy neurotoksyczne, zaburzenia rytmu i funkcji serca, uszkodzenie naczyń. Bezpośrednie działanie organotoksyczne obejmuje zmiany powodowane w sercu, naczyniach i płucach.

Na podstawie dostępnej wiedzy wyodrębniono stany chorobowe, w których podanie śródnaczyniowe środka kontrastowego wiąże się ze szczególnym ryzykiem powikłań. W razie konieczności wykonywania badań u tych chorych powinno się stosować bezjonowe preparaty niskoosmolalne. Do grupy ryzyka należą:

* Powikłania po poprzednim podaniu środka kontrastowego.
* Alergia.
* Astma.
* Paraproteinemia (szpiczak, choroba Waldenstroma).
* Niewydolność układu krążenia i układu oddechowego.
* Niewydolność nerek (stężenie kreatyniny w surowicy krwi >177 umol/1).
* Niewydolność wątroby.
* Wiek powyżej 65 lat.
* Dzieci do lat 10, zwłaszcza w okresie noworodkowym, niemowlęcym i wczesnodziecięcym.

Preparaty te powinny być również stosowane w takich badaniach jak flebografia, koronarografia, arteriografia tętnicy szyjnej, kręgowej, płucnej, międzyżebrowej lub oskrzelowej, cystemografia, mielografia i radikulografia. Szczególna ostrożność i rozwaga obowiązują przy podawaniu śródnaczyniowych preparatów jodowych chorym z wolem (zwłaszcza toksycznym), guzem chromochłonnym lub niedokrwistością sierpowatą.

Równie ważne jak identyfikowanie czynników ryzyka jest odpowiednie postępowanie lekarskie przed badaniem. Należy do niego przede wszystkim prawidłowa ocena konieczności zastosowania jodowych środków kontrastowych. Trzeba porównać zalety z wadami zaleconego badania, ocenić częstość potencjalnych niepożądanych następstw wobec korzyści, które niesie badanie. Konieczna jest pełna informacja chorego o wszystkich aspektach planowanego badania, w tym o zagrożeniu zdrowia lub życia.

Stosowanie donaczyniowych środków kontrastowych może powodować wystąpienie nefropatii. Definiuje się ją jako pogorszenie funkcji nerek ze wzrostem stężenia kreatyniny w surowicy o 25% lub 44 mmol/l (0.5 mg/dl) w ciągu trzech dni od podania środka kontrastowego przy braku innej przyczyny etiologicznej.

Europejskie Stowarzyszenie Radiologii Dróg Moczowo-Płciowych (ESUR) podało listę czynników ryzyka sprzyjających występowaniu NP:

* podwyższone stężenie poziomu kreatyniny w surowicy (nefropatia cukrzycowa)
* odwodnienie
* Choroba Niedokrwienna Serca (ChNS)
* wiek >70 lat
* stosowanie leków nefrotycznych (np. NLPZ - niesterydowe leki przeciwzapalne)
Pacjenci z grupy zwiększonego ryzyka powinni być specjalnie przygotowani do badania:
*pacjentów należy nawodnić, doustnie lub dożylnie, przynajmniej 4 godziny przed i 24 godziny po podaniu środka kontrastowego (100 ml NaCl/h)
* leki neurotoksyczne odstawić 24 godziny przed badaniem
* rozważyć inne metody diagnostyczne
W ich przypadku należy unikać
* wysokoosmolalnych środków kontrastowych
* wysokich dawek środków kontrastowych
* diuretyków (diuretyków pętlowych), mannitolu
* powtórnego stosowania środków kontrastowych w krótkich odstępach czasu

Wytyczne ESUR

Leczenie objawów niepożądanych po śródnaczyniowym podaniu środka kontrastowego w pierwszym i najczęściej jedynym etapie należy do lekarza radiologa. W celu zapewnienia szybkiej drogi podawania leków, cewnik przez który wstrzykiwano środek kontrastowy powinien pozostać w naczyniu co najmniej przez 20 min. W razie pojawienia się reakcji średnich lub ciężkich konieczna jest pomoc specjalisty anestezjologa. W każdej pracowni radiologicznej, w której wykonuje się badania ze środkiem kontrastowym musi być łatwo dostępny zestaw leków i instrumentów do zwalczania objawów niepożądanych. Należy także dążyć aby cały personel został przeszkolony w ramach kursów (o odpowiednim poziomie dostosowanym do pełnionego stanowiska) organizowanych przez Polską Radę Resuscytacji.

Środki kontrastowe stosowane w badaniach magnetycznego rezonansu

Jako środki kontrastowe w badaniach magnetycznego rezonansu używane są związki zawierające niesparowane elektrony o małym lokalnym polu magnetycznym, powodującym skrócenie czasów relaksacji Tl i T2 protonów otoczenia przez efektywną wymianę pomiędzy wodą wolną i wodą związaną w otoczce hydratacyjnej podanego preparatu. Tkanka kumulująca środek kontrastowy w zależności od stosowanej sekwencji pomiarowej może wykazywać hiperintensywność sygnału (obrazy T l zależne) lub hipointensywność (obrazy T2 zależne). Umożliwia to uzyskanie obrazu z lepszym kontrastem między tkankami, szczególnie pomiędzy tkankami patologicznymi i prawidłowymi. Na podstawie właściwości magnetycznych stosowanych środków kontrastowych dzieli się je na pozytywne i negatywne.

Środkami kontrastowymi pozytywnymi są paramagnetyki skracające czas relaksacji Tl, oparte na związkach gadolinu, manganu, dysprosium i żelaza. Obecnie w praktyce klinicznej wykorzystuje się paramagnetyki, których podstawowym składnikiem jest gadolin - pierwiastek ziem rzadkich - należący do lantanowców. Na bazie gadolinu zbudowane są: dimegluminian gadopentatu (Gd-DTPA; Magnevist), megluminian gadoteratu (Gd-DOTA; Dolarem), gadodiamid (Gd-DTPA--BMA; Omniscan), gadoteridol (Gd-HP-D03A; ProHance), dimegluaminina gadobenasu (MultiHance) oraz gadobutulum (Gadovist), gadoresetamide (Optimark).

Są to substancje dobrze rozpuszczalne w wodzie, wchłaniające się z układu krążenia i przewodu pokarmowego do przestrzeni międzykomórkowych i szybko wydalane przez nerki. Stosowane paramagnetyki cechuje mała liczba towarzyszących ich podaniu objawów niepożądanych. Są to zazwyczaj ból głowy i uczucie gorąca (u 1-2% pacjentów). Istotne reakcje niepożądane stwierdza się u ok. 0,01% badanych.

Wzmocnienie po podaniu paramagnetycznych środków kontrastowych jest wykorzystywane w diagnostyce chorób: ośrodkowego układu nerwowego, układu mięśniowo-stawowego, serca, wątroby, nerek i nadnerczy, narządu rodnego. Dotyczy to zwłaszcza rozpoznawania guzów, zmian zapalnych lub niedokrwienia. Podany dożylnie paramagnetyk wzbogaca angiografię rezonansu magnetycznego, poprawiając m.in. jakość obrazowania małych naczyń. Ponadto połączenie uzyskanego wzmocnienia z szybkimi technikami obrazowania pozwala określić perfuzję tkankową.

W rozpoznawaniu i różnicowaniu zmian ogniskowych wątroby znajduje niekiedy zastosowanie inny, oparty na związku analogu witaminy B6 i manganu paramagnetyk, skracający czas relaksacji T1. Po dożylnym podaniu MnDPDP (Teslascan) i wniknięciu manganu do hepatocytów nastepuje wzmocnienie zdrowego miąższu wątroby. Umożliwia to dokładne określenia granic guza, odróżnienie zmian zawierających czynne komórki wątrobowe od pozbawionych hepatocytów oraz rozpoznanie większej niż w badaniu bez podawania środka kontrastowego liczby zmian ogniskowych.

Negatywne środki kontrastowe skracają czas relaksacji T2, obniżając intensywność sygnału w tkance wzmocnionej preparatem. Jej obraz jest wówczas ciemniejszy od tkanki bez wzmocnienia. Do tych związków należą superparamagnetyki i ferromagnetyki różniące się wielkością cząstek. Ferromagnetyki składają się z cząstek większych od superparamagnetyków.

Wprowadzane są też do codziennej praktyki doustne negatywne środki kontrastowe poprawiające jakość obrazu MR przez oddzielenie przewodu pokarmowego od przyległych tkanek oraz ograniczenie artefaktów ruchowych.

Uwaga

* ze względu na doniesienia na temat występowania nerkopochodnego zwłóknienia układowego (NSF, ang. Nephrogenic systemie fibrosis) związanego ze stosowaniem środków zawierających preparaty gadoliny, u pacjentów z ciężką niewydolnością nerek (GFR <30 ml/min/1,73 m2 pc) - nie należy stosować środków kontrastowych paramagnetycznych opartych o pochodne gadoliny u pacjentów z tym rozpoznaniem.

* U noworodków i niemowląt od 1 roku życia paramagnetycznym środkiem kontrastującym z wyboru jest preparat Magnevist, z uwzględnieniem opisanego powyżej przeciwwskazania tzn. w przypadku ciężkiej niewydolności nerek u dzieci z tej grupy wiekowej, badanie z kontrastem nie może być wykonane.

Środki kontrastowe stosowane w badaniach ultrasonograficznych

Ultrasonograficzne środki kontrastowe (echowzmacniacze) poprawiają jakość diagnostyczną obrazu ultrasonograficznego. Można je podzielić na zmieniające echogeniczność krwi i organospecyficzne.

Środki wzmacniające echogeniczność krwi są stosowane przede wszystkim w echokardiografii. Są to mikropęcherzyki powietrza zawieszone w ludzkiej albuminie lub roztworze galaktozy wzmacniające czas echa do kilku minut. Zdolność przenikania przez łożysko naczyniowe płuc zależy od wielkości pęcherzyków gazu i w znacznej mierze decyduje o zastosowaniu preparatu. Przeważająca część środków kontrastowych nie przenika przez włosowate naczynia płucne; służą one do badań jam prawej połowy serca ze szczególnym uwzględnieniem wewnątrzsercowych przecieków krwi. Pozostałe preparaty zbudowane z mikropęcherzyków swobodnie przenikających przez naczynia płucne są stosowane zarówno do oceny serca i dużych tętnic, jak i narządów jamy brzusznej. Podobny efekt diagnostyczny daje zawiesina cząsteczek fluorokarbonu, które w czasie wstrzyknięcia uzyskują temperaturę wrzenia, przechodząc w formę mikropęcherzyków gazu. W okresie prób klinicznych znajdują się środki kontrastowe zawierające mikropęcherzyki powietrza otoczone fosfolipidami, które dzięki długiemu okresowi półtrwania wywołują zależne od perfuzji wzmocnienie i zmiany skali szarości badanego narządu. W przeciwieństwie do ultrasonografii serca miejsce środków kontrastowych w diagnostyce narządów jamy brzusznej nie jest jeszcze określone. Dotychczas znalazły one zastosowanie w diagnostyce zmian ogniskowych wątroby, śledziony, trzustki, nerek i gruczołu krokowego.