1
Опыт использования ОКТ для исследования фармакодинамических свойств и эффективности увлажняющих средств in vivo
Авторы
Петрова Г.А., Шливко И.Л., Каменский В.А., Иксанов Р.Р., Агрба П.Д., Зорькина М.В., Петрова К.С.
Представлены первые результаты использования оптической когерентной томографии (ОКТ) для прижизненного исследования фармакодинамических свойств и эффективности увлажняющих средств. Использован оптический когерентный томограф, оснащенный съемным, гибким зондом с микросканером (рег. уд. № 022а2035/221305), сконструированный и изготовленный в ИПФ РАН (Нижний Новгород). В исследовании приняли участие 5 здоровых добровольцев и 5 больных атопическим дерматитом с проявлениями по типу диффузного нейродермита. В качестве увлажняющего средства был использован «Топикрем» (NigyCharlieu Lab.). Фармакодинамические свойства увлажняющего средства изучались методом непрерывного мониторирования, в результате которого были получены серии из 200– 300 томограмм, подвергнутых в дальнейшем математической обработке. Изменения структурных и функциональных характеристик кожи изучались методом длительного мониторинга здоровой и патологически из+ мененной кожи. Установлено, что метод ОКТ фиксирует изменения высоты оптических слоев и контраста, возникающие в результате движения воды за осмотически активным веществом «Топикрема». Данные параметры могут применяться для прижизненной оценки фармакодинамических характеристик увлажняющих средств. ОКТ можно эффективно использовать для определения эффективности увлажняющих средств как на здоровой, так и на патологически измененной коже.
Необходимость назначения увлажняющих средств в комплексной терапии дерматозов широко обсуждается в отечественной и зарубежной литературе [1–3]. Наибольший интерес вызывает роль увлажняющей терапии в поддержании барьерной функции кожи и ее гомеостаза. В связи с этим существует необходимость объективного подтверждения фармакодинамической и терапевтической эффективности современных увлажняющих препаратов.
Целью настоящей работы явилось определение возможности использования оптической когерентной томографии (ОКТ) для исследования фармакодинамических свойств и эффективности увлажняющих средств in vivo.
ОКТ — новый неинвазивный метод визуализации биотканей. В основе получения изображения методом ОКТ заложен принцип, аналогичный ультразвуку, с использованием в качестве зондирующего излучения низкоинтенсивного света ближнего инфракрасного диапазона с мощностью до 1,5 мВт и не повреждающего ткани.
Метод ОКТ позволяет прижизненно визуализировать и диагностировать основные патоморфологические процессы, каждый из которых характеризуется набором оптических признаков, формирующих специфический оптический образ.
Материал и методы исследования
Использован оптический когерентный томограф (сертифицирован как визуализатор-топограф оптико-когерентный компьютеризированный для неинвазивного исследования внутренней структуры поверхностных тканей человека «ВОК» (рег. уд. № 022а2035/2213-05)), сконструированный и изготовленный в Институте прикладной физики РАН (Нижний Новгород). Прибор имеет следующие технические характеристики: длина волны излучения — 1300 нм, мощность источника излучения — 2 мВт, пространственное разрешение — 25 мкм, глубина сканирования — 1,5 мм, поперечный диапазон сканирования — 1,8 мм, время получения двумерного изображения размером 200 х 200 точек — 1,5–2 сек. Прибор оснащен съемным, гибким зондом с микросканером, внешний диаметр которого составляет 2,2 мм.
ОКТ-изображения представляют собой двумерные ОКТ-образы поперечного среза кожи на глубину 1,5 мм, представленные в псевдоцветной коричневой палитре (рис. 1). Величина сигнала в каждом элементе изображения (пикселе) характеризуется яркостью и цветом. Более светлые (яркие) участки ОКТ-изображений соответствуют большей интенсивности отраженного излучения.
Математическая обработка полученных изображений осуществлялась при помощи специально разработанного программного обеспечения (ИПФРАН, Нижний Новгород), которое предоставляет возможность точно измерить высоту слоев ОКТ изображений, интенсивность сигнала в пределах слоя, контраст между слоями и глубину полезного сигнала.
Ввиду неинвазивности ОКТ-исследования проводились in vivo. У всех обследованных было получено добровольное письменное согласие.
В исследовании приняли участие 5 здоровых добровольцев, регулярно использующих увлажняющее средство, и 5 больных атопическим дерматитом с проявлениями по типу диффузного нейродермита. В качестве системной терапии все больные получали антигистаминовые, седативные препараты, поливитамины, препараты кальция. Местно проводилась монотерапия увлажняющим препаратом.
В качестве увлажняющего средства был использован «Топикрем» (Nigy-Charlieu Lab.). В состав увлажняющей эмульсии «Топикрем» входят мочевина 2%, глицерин 9,5%, пчелиный воск, сквалан, тригалозосомальный комплекс, глицерол, витамин Е, минеральный и биологический солнечные фильтры.
Фармакодинамические характеристики «Топикрема» изучались методом непрерывного мониторирования исследуемого участка. Эксперимент проводился на здоровой коже предплечья. ОКТ-исследование проводилось до нанесения «Топикрема», а затем непрерывно на протяжении 90 минут после его нанесения. Датчик ОКТ устанавливался с использованием специального держателя и приклеивался к коже двухсторонней липкой лентой. Каждые 18 секунд полученное изображение фиксировалось, в результате чего к окончанию мониторинга получалась серия изображений, состоящая из 200–300 последовательных файлов. Полученная серия подвергалась математической обработке.
Длительное наблюдение за структурными и функциональными изменениями кожи под воздействием «Топикрема» осуществлялось как на здоровой, так и на патологически измененной коже. Исследование проводилось до нанесения «Топикрема» и в процессе терапии ежедневно на протяжении 14–18 дней у здоровых и до исчезновения клинических проявлений у больных атопическим дерматитом (14–21 день). В результате для каждого исследуемого участка кожи был получен ряд оптических изображений, которые в дальнейшем были подвергнуты математической обработке.
Идентичность точки исследования обеспечивалась нанесением метки анилиновым красителем.
Результаты исследования и их обсуждение
Предыдущими исследованиями установлено [4–6], что ОКТ-изображение здоровой кожи любой анатомической принадлежности включает 5 горизонтально ориентированных слоев (рис. 1), соответствующих: поверхностной части рогового слоя с рыхлым расположением чешуек (1); среднему и нижнему отделам рогового слоя с плотно прилегающими чешуйками (2); надсосочковой зоне клеточных слоев эпидермиса (3); зоне взаимного проникновения эпидермальных выростов и сосочков дермы (4), и последний, пятый слой соответствует верхней части сетчатого слоя дермы с сосудами.
Настоящим исследованием установлено, что нанесение «Топикрема» на здоровую кожу сопровождается последовательными изменениями толщины слоев кожи (рис. 2).
На 12-й минуте мониторинга зафиксировано резкое снижение толщины клеточных слоев эпидермиса с 240 до 110 мкм, затем к 28-й минуте толщина слоя практически возвращается к первоначальной, после чего вновь наблюдается снижение до 150 мкм к 33-й минуте, следующий подъем зафиксирован к 70-й минуте мониторинга (рис. 3).
Можно предположить, что резкое уменьшение толщины клеточного слоя эпидермиса связано с перемещением межклеточной жидкости к поверхности кожи, где находится осмотически активное вещество «Топикрема». В дальнейшем осмотически активные компоненты со связанной водой направляются вглубь, чем объясняется восстановление толщины слоя. Движение воды глубже объясняет следующее минимальное значение толщины — 145 мкм на 50-й минуте, что, возможно, соответствует времени проникновения увлажняющего средства в дерму.
В течение мониторинга зарегистрировано увеличение контраста (рис. 4) между 2-м и 3-м оптическими слоями с 9 до 15 dB к 79-й минуте. Увеличение контраста, возможно, определяется иммерсионными свойствами «Топикрема». Достоверного изменения глубины изображения на протяжении 90 минут исследования не произошло (рис. 5).
В результате математического анализа результатов длительного мониторинга структурных изменений здоровой кожи в процессе ежедневного использования «Топикрема» получены следующие данные: глубина полезного сигнала на протяжении 14 дней увеличивалась, причем как до нанесения препарата, так и после, что исключает иммерсионный эффект «Топикрема», и объясняется просветляющим эффектом «Топикрема» вышележащих слоев (рис. 6). Первый оптический слой к 6-му дню исследования перестал визуализироваться, что клинически соответствует исчезновению шелушения (рис. 7). В то же время толщина рогового и клеточных слоев эпидермиса уменьшились, что, возможно, демонстрирует накопление жидкости в более глубоких слоях кожи (рис. 8 А, Б).
Оценка структурных и функциональных изменений патологической кожи под влиянием увлажняющей терапии проводилась по другим критериям.
Предыдущими исследованиями [7–9] было установлено, что основные патологические процессы в коже сопровождаются формированием конкретных ОКТобразов, специфика которых складывается из определенных изменений высоты, яркости, контраста и однородности ОКТ-слоев. Также было установлено, что ОКТ может использоваться для прижизненной диагностики заболеваний. Диагностические способности метода основаны как на выявлении ОКТ-признаков патоморфологических процессов, так и на выявлении характерных признаков заболевания в целом. Были сформулированы диагностические ОКТ-признаки наиболее часто встречающихся дерматозов.
Установлено, что метод способен фиксировать изменения выраженности этих признаков, отражающих степень структурных изменений кожи при динамическом наблюдении в процессе терапии.
При длительном мониторинге больных атопическим дерматитом первые признаки нормализации ОКТ-изображения были получены в сроки от 6 до 12 дней. Полная нормализация ОКТ- изображения наступала в сроки от 14 до 21 дня (рис. 9). Положительная динамика ОКТ-признаков при атопическом дерматите включает уменьшение высоты и неравномерности 2-го слоя, увеличение яркости и однородности 3-го слоя, уменьшение высоты 4-го слоя, исчезновение аркообразного характера границы между 3-м и 4-м слоями, сначала увеличение яркости 4-го и 5-го слоев (за счет уменьшения отека сосочкового слоя кожи), а затем уменьшение их яркости (за счет уменьшения воспалительного инфильтрата).
Заключение
Метод ОКТ фиксирует изменения высоты оптических слоев и контраста, возникающие в результате движения воды за осмотически активным веществом «Топикрема». Данные параметры могут применяться для прижизненной оценки фармакодинамических характеристик увлажняющих средств.
Математическая обработка полученных ОКТобразов позволяет объективизировать полученные результаты.
ОКТ можно эффективно использовать для определения эффективности увлажняющих средств как на здоровой, так и на патологически измененной коже.
Литература
1. Смирнова Г.И. Современная концепция лечения атопического дерматита у детей: Уч. пособие. — М., 2006. — 132 с.
2. Халдин А.А., Баскакова Д.В. Бальнеотерапия в комплексном лечении и реабилитации больных дерматозами, сопровождающимися сухостью кожи и зудом // Рос. журн. кож. и вен. бол. — 2008. — № 1. — С. 34–38.
3. Jemec G.B., Na R. Hydratation and plasticity following longterm use of a moisturizer: a single-blind study // Acta Derm. Venerol. — 2002. — Vol. 82, № 5. — P. 322–324.
4. Gladkova N.D., Petrova G.A., Nikulin N.K. et al. In vivo optical coherence tomography imaging of human skin: norm and pathology // Skin Res. Technol. — 2000. — Vol. 6 — № 1. — P. 6–16.
5. Рetrova G.A., Derpalyuk E.N., Gladkova N.D. et al. Optical coherence tomography using tissue clearing for skin disease diagnosis // SPIE. — 2003. — Vol. 5140. — P. 168–177.
6. Petrova G., Gladkova N., Derpaluk E. et al. Applications of optical coherence tomography in dermatology // JEADV — 2004. — Vol. 18, Suppl. 2. — P. 147.
7. Петрова Г.А., Дерпалюк Е.Н., Гладкова Н.Д. и др. Оптическая когерентная томография — эффективный прижизненный метод исследования структуры кожи в норме и при патологических состояниях // Рос. журн. кож. и вен. бол. — 2005. — № 5. — С. 16–23.
8. Петрова Г.А., Шливко И.Л, Зорькина М.В. и др. Прижизненный ОКТ-мониторинг морфологических изменений кожи как контроль эффективности терапии // Клин. дерматол. и венерол. — 2008. — № 1. — С. 36–40.
9. Петрова Г.А., Дерпалюк Е.Н., Гладкова Н.Д. и др. Прижизненное исследование морфологии кожи методом оптической когерентной томографии в норме и при патологических состояниях // Новая медицинская технология. — Нижний Новгород, 2008. — 76 с.
