Εικόνα εξώφυλλου: Σχηµατική αναπαράσταση των αγγείων του αναπτυσσόµενου εµβρύου όρνιθας από τον Μ. Malpinghi το 1661.

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΤΙΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΓΓΕΙΟΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΡΑΣΗΣ ΤΗΣ ΘΡΟΜΒΙΝΗΣ ΣΕ ΜΟΝΤΕΛΟ ΙΣΧΑΙΜΙΑΣ ΟΠΙΣΘΙΩΝ ΑΚΡΩΝ ΚΟΝΙΚΛΟΥ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΚΑΤΣΑΝΟΣ ΠΑΤΡΑ 2006

2 ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ: 1. ΝΙΚΟΣ ΤΣΟΠΑΝΟΓΛΟΥ, Λέκτορας Φαρµακολογίας 2. ΗΜΗΤΡΙΟΣ ΣΙΑΜΠΛΗΣ, Καθηγητής Ακτινολογίας 3. ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΝΙΚΗΦΟΡΙ ΗΣ, Καθηγητής Ιατρικής Φυσικής Στην οικογένειά µου, στους συνεργάτες και φίλους µου 2

3 Πίνακας Περιεχοµένων 1. Πρόλογος Γενικό µέρος Αγγειογένεση Φυσιολογικό ενδοθήλιο Εµβρυογένεση των αγγείων Αγγειογένεση Αρτηριογένεση Αγγειογενετικοί αυξητικοί και ανασταλτικοί παράγοντες Καρκινική αγγειογένεση Αθηρωµάτωση και περιφερική αγγειοπάθεια Θεραπευτική αγγειογένεση Αγγειογένεση και θροµβίνη Μέθοδοι µελέτης της αγγειογένεσης Πειραµατικά µοντέλα Μοντέλο ίσχαιµων άκρων κονίκλου Ψηφιακή αγγειογραφία Αρχές ψηφιακής αγγειογραφίας µε σκιαγραφικό Τεχνική Ψηφιακής αφαίρεσης Πολυτοµική υπολογιστική τοµογραφία Αρχές της υπολογιστικής τοµογραφίας Πολυτοµική υπολογιστική τοµογραφία µε σκιαγραφικό υναµικές µελέτες της αγγειογένεσης Ειδικό µέρος Μοντέλο ίσχαιµων οπίσθιων άκρων κονίκλου Χειρουργικό πρωτόκολλο ισχαιµίας Ουσίες και δοσολογικό σχήµα Ενδαρτηριακή ψηφιακή αφαιρετική αγγειογραφία Καθετηριασµός και λήψη των εικόνων Μετα-επεξεργασία των αγγειογραφικών εικόνων Υπολογιστικοί αλγόριθµοι Ταξινόµηση και ποσοτικοποίηση των αγγείων υναµική πολυτοµική υπολογιστική τοµογραφία (dynamic mdct) Ιστοπαθολογική ανάλυση Σύγκριση και στατιστική ανάλυση Αποτελέσµατα Ποσοτική µορφολογική µελέτη της επαγόµενης αγγειογένεσης Λειτουργική σύγκριση της επαγόµενης αγγειογένεσης Ιστοπαθολογική ανάλυση των ίσχαιµων µυών Συζήτηση Βιβλιογραφία...54 Εικόνα εξώφυλλου: Σχηµατική αναπαράσταση των αγγείων του αναπτυσσόµενου εµβρύου όρνιθας από τον Μ. Malpinghi το

4 1. Πρόλογος Η αγγειογένεση (angiogenesis) είναι η βασική διαδικασία κατά την οποία τα αγγεία αναπτύσσονται από ήδη υπάρχοντα. Αποτελεί βασική προϋπόθεση για ένα µεγάλο αριθµό φυσιολογικών και παθολογικών διαδικασιών. Παραδείγµατα φυσιολογικής αγγειογένεσης έχουµε στο γυναικείο αναπαραγωγικό σύστηµα, στην επούλωση τραυµάτων και ελκών καθώς και στα εµφράγµατα του µυοκαρδίου. Πιο συγκεκριµένα, η γένεση αιµοφόρων αγγείων είναι το πρωταρχικό γεγονός στην σταθεροποίηση του πλακούντα και των µεµβρανών κατά τη διάρκεια της εµβρυϊκής ανάπτυξης. Από την άλλη µεριά, παθολογική αγγειογένεση έχουµε σε καταστάσεις όπως η ανάπτυξη των όγκων και οι µεταστάσεις, στη διαβητική αµφιβληστροειδοπάθεια, τη φλεγµονή κ.λ.π.. Επίσης, πρόσφατα καθιερώθηκε η ορολογία αρτηριογένεση (arteriogenesis) εστιάζοντας στην διαδικασία µε την οποία ένα προϋπάρχον µικρό αρτηριόλιο ωριµάζει και αναδιαµορφώνεται σε ένα µεγαλύτερο αρτηρίδιο που µπορεί να άγει πολύ µεγαλύτερη ποσότητα αίµατος στη µονάδα του χρόνου. Οι µηχανισµοί της αγγειογένεσης και της αρτηριογένεσης διαφέρουν στις θεµελιώδεις αρχές τους. Η σύγχρονη θεώρηση της αγγειογένεσης δέχεται ότι ο αγγειογενετικός διακόπτης είναι «κλειστός» όταν η δράση των προ-αγγειογενετικών ουσιών εξισορροπείται από εκείνη των αντι-αγγειογενετικών και είναι ανοικτός όταν η αγγειογένεση επάγεται. Ερεθίσµατα αυτής της επαγωγής θεωρούνται το υπερβολικό stress (π.χ. χαµηλό ph, χαµηλό O 2 ή η υπογλυκαιµία), το µηχανικό stress (π.χ. η πίεση που δηµιουργείται από πολλαπλασιαζόµενα κύτταρα), η ανοσοφλεγµονώδης απόκριση (π.χ. ανοσοφλεγµονώδη κύτταρα που διηθούν τον ιστό) και οι γενετικές µεταλλάξεις (π.χ. ενεργοποίηση ογκογονιδίων ή απώλεια ογκοκατασταλτικών γονιδίων, που ελέγχουν την παραγωγή των ρυθµιστών της αγγειογένεσης). Συνολικά, η ανάπτυξη του όγκου, η υποστροφή, η υποτροπή, και η επιθετικότητά του σχετίζονται άµεσα µε το φαινόµενο της καρκινικής αγγειογένεσης, η αναστολή της οποίας αποτελεί αντικείµενο εντατικής επιστηµονικής έρευνας. Από την άλλη µεριά, η στεφανιαία και περιφερική αρτηριακή αθηροσκλήρωση αποτελεί παγκοσµίως την πρωτεύουσα καρδιαγγειακή αιτία θνησιµότητας και νοσηρότητας. Σε πολλούς ασθενείς δεν είναι εφικτή ούτε η διαδερµική ενδοαγγειακή αντιµετώπιση µε αγγειοπλαστική και µεταλλικές 4

5 ενδοπροσθέσεις (stents) ούτε η χειρουργική επαναγγείωση του ισχαιµούντος ιστού µέσω αρτηριακής παράκαµψης (bypass). Έτσι η έρευνα για τα καρδιαγγειακά νοσήµατα έχει εστιάσει την προσοχή της σε νέους ελάχιστα επεµβατικούς τρόπους επαναιµάτωσης, όπως είναι η θεραπευτική αγγειογένεση µε ενδοαρτηριακή, ενδοµυϊκή ή περιαγγειακή έγχυση διαφόρων αγγειογενετικών παραγόντων οι οποίοι διεγείρουν τα ενδογενή αγγειογενετικά βιοχηµικά µονοπάτια και προάγουν την ανάπτυξη παράπλευρου δικτύου (αρτηριογένεση) ικανού να αναστρέψει την ιστική ισχαιµία και υποξία. ιάφοροι αγγειογενετικοί παράγοντες έχουν δοκιµαστεί στην κλινική πράξη για την ενίσχυση του παράπλευρου αρτηριδιακού δικτύου στην στεφανιαία νόσο και στην περιφερική αγγειοπάθεια µε αµφιλεγόµενα µέχρι ώρας αποτελέσµατα. Συνολικά εκτιµάται ότι στα επόµενα χρόνια περισσότερα από 500 εκατοµµύρια άνθρωποι θα επωφεληθούν από την ανάπτυξη καινοτόµων θεραπειών µε στόχο την επαγωγή ή την καταστολή του φαινοµένου της αγγειογένεσης. Η θροµβίνη είναι ένα ένζυµο µε δραστικότητα σερινοπρωτεάσης που αποτελεί µόριο κλειδί στους βιοχηµικούς καταρράκτες της πήξης και αιµόστασης. Πρόσφατες έρευνες έχουν αποδείξει επίσης ότι η θροµβίνη ενεργοποιεί την διαδικασία της αγγειογένεσης. Συγκεκριµένα, η θροµβίνη συµµετέχει στη διέγερση, τον πολλαπλασιασµό και την µετανάστευση των ενδοθηλιακών και λείων µυικών κυττάρων των αγγείων. Σκοπός της συγκεκριµένης ερευνητικής δουλειάς ήταν η δοκιµασία, επιβεβαίωση, και κατά κύριο λόγο η σύγκριση της αγγειογενετικής δραστηριότητας της θροµβίνης µε άλλους καταξιωµένους αυξητικούς παράγοντες σε ένα in vivo µοντέλο ισχαιµίας κάτω άκρων, µε απώτερο στόχο την εφαρµογή της για την πρόκληση θεραπευτικής αγγειογένεσης και επαναιµάτωσης στα πλαίσια κλινικών συνδρόµων ισχαιµίας. 5

6 2. Γενικό µέρος 2.1. Αγγειογένεση Ο όρος αγγειογένεση εµφανίζεται για πρώτη φορά το 1935 από τον Hertig προκειµένου να περιγράψει το σχηµατισµό νέων αγγείων στον πλακούντα, και αργότερα χρησιµοποιήθηκε το 1971 από τον Folkman για την περιγραφή της νεοαγγείωσης που συνοδεύει την ανάπτυξη των συµπαγών όγκων. Η αγγειογένεση (angiogenesis) είναι µία διαδικασία κατά την οποία νέα αιµοφόρα αγγεία σχηµατίζονται από τα ενδοθηλιακά κύτταρα προϋπαρχόντων αγγείων, τα οποία µε τη σειρά τους προήλθαν από διαφοροποίηση πρόδροµων µεσεγχυµατικών κυττάρων κατά τη διαδικασία της ανάπτυξης του οργανισµού (vasculogenesis) (1). Η αγγειογένεση είναι µια σηµαντική διαδικασία κατά την ανάπτυξη του οργανισµού και αποτελεί το µέσο µε το οποίο το έµβρυο αναπτύσσεται σαν ολοκληρωµένος οργανισµός (2, 3). Εκτός από την εµβρυογένεση, η αγγειογένεση εµφανίζεται σε διάφορες φυσιολογικές και παθολογικές καταστάσεις. Φυσιολογική αγγειογένεση εµφανίζεται κατά την επούλωση πληγών, την ισχαιµία του µυοκαρδίου, και το σχηµατισµό του ωχρού σωµατίου (4, 5). Σε αυτές τις περιπτώσεις η αγγειογένεση είναι ελεγχόµενη, δηλ. ενεργοποιείται για σύντοµα χρονικά διαστήµατα και µετά αναστέλλεται. Αντιθέτως η αγγειογένεση που εµπλέκεται σε παθολογικές καταστάσεις, είναι συνεχής και χωρίς έλεγχο και συντελεί στην παθογένεια πολλών ασθενειών, όπως η διαβητική αµφιβληστροειδοπάθεια και η ρευµατοειδής αρθρίτιδα (6). Η αγγειογένεση συνδέεται µε την ανάπτυξη των όγκων και αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση για την µετάσταση των κακοηθών όγκων (7, 8). Επιπλέον η ικανότητα για αγγειογένεση έχει συσχετιστεί µε το βαθµό της κακοήθειας ενός όγκου. Ένας όγκος πρέπει διαρκώς να διεγείρει την ανάπτυξη νέων αιµοφόρων αγγείων προκειµένου να αναπτυχθεί, ενώ παράλληλα τα νέα αιµοφόρα αγγεία µέσα στην καρκινική µάζα διευκολύνουν την διήθηση των παρακείµενων ιστών, την είσοδο των καρκινικών κυττάρων στην κυκλοφορία και την µετάστασή τους σε αποµακρυσµένα όργανα. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες γίνονται εντατικές προσπάθειες µελέτης της αγγειογένεσης σε κυτταρικό και µοριακό επίπεδο. Μελέτες σε οπτικό και ηλεκτρονικό µικροσκόπιο έχουν δείξει ότι η διαδικασία του σχηµατισµού νέων 6

7 αγγείων συµβαίνει µε µία συγκεκριµένη αλληλουχία σταδίων. Τα στάδια αυτά είναι πάντα τα ίδια και ανεξάρτητα από την προέλευση των ερεθισµάτων που τα προκαλούν (9). Μπορούν να συνοψισθούν ως εξής (10, 11): Τα ενδοθηλιακά κύτταρα προϋπαρχόντων µικροαγγείων, που κάτω από φυσιολογικές συνθήκες βρίσκονται σε κατάσταση ηρεµίας, διεγείρονται από κάποιο αγγειογενετικό ερέθισµα και αποδοµούν την βασική τους µεµβράνη (12, 13, 14). ηµιουργείται αύξηση του αριθµού των οργανιδίων των κυττάρων, δηµιουργούνται ψευδοπόδια, και τα ενδοθηλιακά κύτταρα αρχίζουν να µεταναστεύουν στο υποκείµενο εξωκυττάριο στρώµα προς το αγγειογενετικό ερέθισµα (10, 14). Εν συνεχεία, τα κύτταρα διαφοροποιούνται πάλι σε φυσιολογικά ενδοθηλιακά κύτταρα και συντάσσονται ανάλογα ώστε να σχηµατίσουν τους αυλούς των νέων αγγείων. Έπειτα περικύτταρα µεταναστεύουν κατά µήκος του νεοσχηµατισθέντος αγγείου και δηµιουργούν την εξωτερική επιφάνεια του αγγείου (15, 16). Τέλος σχηµατίζεται η βασική µεµβράνη από τα ενδοθηλιακά κύτταρα µε τη συµµετοχή και των περικυττάρων (17). Τα τριχοειδή αυτά είναι δυνατόν να προκαλέσουν το σχηµατισµό νέων τριχοειδών, και να δηµιουργήσουν τελικά ένα ολόκληρο τριχοειδικό πλέγµα. Τα νεοσχηµατιζόµενα τριχοειδή επιµηκύνονται µε την µετανάστευση των ενδοθηλιακών κυττάρων στα άκρα τους, καθώς επίσης και µε τον πολλαπλασιασµό των ενδοθηλιακών κυττάρων στο µέσο της τριχοειδικής διακλάδωσης. Έτσι σχηµατίζεται πρώτα ο σκελετός του νέου τριχοειδούς και στη συνέχεια ο νέος αυλός. Οι νέες διακλαδώσεις αναστοµώνονται µεταξύ τους και δηµιουργούνται νέα τριχοειδή µέσα από τα οποία αρχίζει η ροή του αίµατος (Εικόνα 1) Φυσιολογικό ενδοθήλιο Τα ενδοθηλιακά κύτταρα είναι πεπλατυσµένα πολυγωνικά µήκους µm και πλάτους 10-15µm. Είναι κύτταρα πολύ λεπτά στα άκρα (1µm στις αρτηρίες και λιγότερο από 0,1 µm στα τριχοειδή και στις φλέβες) αλλά το πάχος τους φθάνει τα 3µm στην περιοχή του πυρήνα. Σχηµατίζουν ένα µονοκυτταρικό στρώµα στο εσωτερικό των αιµοφόρων αγγείων και έχουν τον κατά µήκος άξονά τους προσανατολισµένο κατά τη φορά της ροής του αίµατος. Και οι δύο επιφάνειες των ενδοθηλιακών κυττάρων (προς τον αυλό και προς τους ιστούς) καλύπτονται από ένα γλυκοκάλυκα πλούσιο σε υδατάνθρακες (18). Περιέχουν τα συνηθισµένα κυτταροπλασµατικά οργανίδια, και κυτταρικό σκελετό που αποτελείται από ακτίνη 7

8 και µυοσίνη. Έχουν επίσης ένα χαρακτηριστικό οργανίδιο, το Weibel-Palade του οποίου η ακριβής λειτουργία είναι άγνωστη. Εικόνα 1. Στην ανωτέρω εικόνα περιγράφονται σχηµατικά τα διάφορα στάδια (1-10) σχηµατισµού νέων αγγείων µε τη διαδικάσια της αγγειογένεσης (ΛΜΚ: Λεία µυικά κύτταρα, ΕΚ: Ενδοθηλιακά κύτταρα) 8

9 Πρόσφατες µελέτες έχουν δείξει ότι αυτό περιέχει τον παράγοντα Von-Willebrand (vwf) (19). H παρουσία του παράγοντα vwf αποτελεί σηµαντικό δείκτη αναγνώρισης των ενδοθηλιακών κυττάρων και εκφράζεται σε ιστούς και όργανα ανθρώπων και ζώων, τόσο in vivo όσο και in vitro. Ο ρόλος των ενδοθηλιακών κυττάρων στη διαδικασία της αγγειογένεσης είναι ιδιαίτερης σηµασίας. Τα ενδοθηλιακά κύτταρα δεν αποτελούν µόνο το στόχο των καρκινικών και πολλών άλλων διεγερτικών παραγόντων, αλλά επίσης το µηχανικό φραγµό τον οποίο πρέπει να υπερβούν τα καρκινικά κύτταρα ώστε να εισέλθουν και να εξέλθουν από την κυκλοφορία του αίµατος κατά τη µετάσταση. Τα περισσότερο σηµαντικά και για τις δύο περιπτώσεις είναι τα ενδοθηλιακά κύτταρα που επενδύουν τα αγγεία µικρής διαµέτρου, κυρίως τα τριχοειδή και τα φλεβίδια, αφού σ αυτό τα επίπεδο τα καρκινικά κύτταρα έχουν πρόσβαση στην κυκλοφορία. Το ενδοθήλιο χαρακτηρίζεται από ορισµένες κοινές ιδιότητες ανεξάρτητες από το µέγεθος των αγγείων. Αναπτύσσεται σαν µια µονή στοιβάδα κυττάρων στενά συνδεδεµένων µε τη βασική µεµβράνη του αγγειακού τοιχώµατος, διατηρώντας έτσι ανοιχτό τον αυλό των αγγείων (20). Το ενδοθήλιο είναι υπεύθυνο για τη µεταφορά των θρεπτικών συστατικών και άλλων διαλυτών ουσιών από το αίµα προς τους ιστούς (21). Αποτελεί µια µη-θροµβογενετική επιφάνεια στην οποία δεν προσκολλούνται αιµοπετάλια και άλλα κύτταρα του αίµατος (22). Τέλος ρυθµίζει τον αγγειακό τόνο µέσω σύνθεσης και έκκρισης αγγειορυθµιστικών παραγόντων, όπως η προστακυκλίνη, το µετατρεπτικό ένζυµο της αγγειοτενσίνης και το µονοξείδιο του αζώτου (NO) (23, 24). Ο µεγαλύτερος αριθµός των ενδοθηλιακών κυττάρων των αιµοφόρων αγγείων βρίσκεται στα µικρά αιµοφόρα αγγεία και κυρίως στα τριχοειδή (18). Τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών διαφέρουν σε σηµαντικά σηµεία, µε εκείνα των µεγάλων αγγείων. Έτσι, σε ορισµένες παθολογικές καταστάσεις (αρθρίτιδα, ψωρίαση, νεοπλασία) τα τριχοειδή πολλαπλασιάζονται ταχύτατα, χωρίς να παρατηρείται ιδιαίτερη αλλαγή στα ενδοθηλιακά κύτταρα των µεγάλων αγγείων, ενώ άλλες παθολογικές καταστάσεις επηρεάζουν επιλεκτικά τα µεγάλα αγγεία (αθηρωµάτωση). Περιβάλλουν ατοµικά τον αυλό µε χαρακτηριστική κυρτότητα, ενώ στα µεγάλα αγγεία τα κύτταρα αυτά είναι πεπλατυσµένα, πολυγωνικά και σχηµατίζουν επίπεδες µονοστιβάδες. Ανατοµικά το ενδοθήλιο των τριχοειδών σχηµατίζει ποικίλες µορφές διακυτταρικής επαφής: (α) το συνεχές ενδοθήλιο µε στενές διακυτταρικές συνδέσεις, (β) το ασυνεχές που χαρακτηρίζεται από κενά µεταξύ παραπλεύρων κυττάρων και (γ) 9

10 το θυριδωτό ενδοθήλιο µε µεσοκυττάρια κενά µέσα στο κυτταρόπλασµα του κάθε κυττάρου ξεχωριστά (18). Στα τριχοειδή και φλεβίδια το τοίχωµα των αγγείων αποτελείται κυρίως από µια στοιβάδα ενδοθηλιακών κυττάρων και τη βασική µεµβράνη. Στο εξωτερικό τοίχωµα των αγγείων αυτών είναι προσκολληµένα περικύτταρα. Αυτά είναι µακριά και στενά κύτταρα ( µm µήκος και 10-25µm πλάτος) και εντοπίζονται µέσα στη βασική µεµβράνη, σχηµατίζοντας ένα ασυνεχές στρώµα που εκτείνεται µεταξύ των αρτηριδίων και των µυϊκών φλεβών. Τα περικύτταρα προκαλούν συστολή και προσδίδουν µηχανική υποστήριξη στα ενδοθηλιακά κύτταρα. Έχει βρεθεί, ότι αναστέλλουν τον πολλαπλασιασµό των ενδοθηλιακών κυττάρων, έχουν φαγοκυτταρική ικανότητα και µπορούν να αποτελέσουν πηγή αδιαφοροποίητων µεσεγχυµατικών κυττάρων σε περιπτώσεις φλεγµονής ή βλάβης (25) Εµβρυογένεση των αγγείων Αγγειογένεση Αρτηριογένεση Τα αγγεία δηµιουργούνται και αναπτύσσονται µε διάφορους µηχανισµούς. Ο όρος εµβρυογένεση των αγγείων (vasculogenesis) αναφέρεται στην δηµιουργία νέων αγγείων σχεδόν αποκλειστικά κατά την εµβρυική ανάπτυξη. Αποτελεί την πρωιµότερη µορφογενετική διαδικασία αγγειακής ανάπτυξης και βασίζεται στην διαφοροποίηση των αγγειοβλαστών, δηλ. των πρόδροµων αιµοποιητικών κυττάρων, και την δηµιουργία νέων αγγείων από ενσωµάτωση κυκλοφορούντων πρόδροµων αγγειακών και ενδοθηλιακών κυττάρων (26, 27, 28). Αντιθέτως, ο όρος αγγειογένεση (angiogenesis) περιγράφει κυρίως την εκβλάστηση νέων τριχοειδών από µετατριχοειδικά φλεβίδια και διεγείρεται πρωτίστως από την ιστική υποξία µέσω επαγωγής της έκφρασης του HIF-1a (27, 28, 29). Τα γονίδια που κυρίως ενέχονται στην αγγειογένεση είναι η οικογένεια των VEGFs, οι αγγειοποιητίνες και η επαγόµενη µορφή της συνθάσης του µονοξειδίου του αζώτου (27). Ωστόσο, ακόµα και µία µεγάλη αύξηση της επιφάνειας του τριχοειδικού δικτύου µπορεί να επιφέρει περιορισµένη αύξηση στην αιµάτωση του ισχαιµούντος ιστου (x 2-3 φορές) (27, 30). Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη µεγάλων παράπλευρων κεντρικών αγγείων αποτελεί την πλέον σηµαντική διαδικασία για τη διάσωση ενός οργάνου κατόπιν απόφραξης κεντρικής αρτηριακής παροχής του (30). Έτσι, από το 1996 µία ερευνητική οµάδα µε πρωτοπόρο τον W. Schaper καθιέρωσε την ορολογία «αρτηριογένεση» (arteriogenesis) (30), εστιάζοντας στην διαδικασία µε την οποία ένα προϋπάρχον 10

11 µικρό αρτηριόλιο ωριµάζει και αναδιαµορφώνεται σε ένα µεγαλύτερο αρτηρίδιο που µπορεί να άγει πολύ µεγαλύτερη ποσότητα αίµατος στη µονάδα του χρόνου. Οι µηχανισµοί αγγειογένεσης και αρτηριογένεσης διαφέρουν στις θεµελιώδεις αρχές τους (28). Η αρτηριογένεση τυπικά συµβαίνει εκτός της περιοχής της ισχαιµίας, έχει ως κύριο ερέθισµα την ανάπτυξη δυνάµεων συνάφειας (shear stress) λόγω της έντονης διαβάθµισης πίεσης (pressure gradient) στη ροή του αίµατος που αναπτύσσεται αµέσως µετά την απόφραξη ενός κύριου κλάδου, και συνήθως αναφέρεται στην ανάπτυξη παράπλευρων κλάδων που είναι αγγειογραφικά ορατοί (26, 27, 29, 30). Αν και οι υποκείµενοι µηχανισµοί δεν είναι πλήρως διευκρινισµένοι, η ενεργοποίηση του ενδοθηλίου από τις δυνάµεις συνάφειας παίζει τον κρισιµότερο ρόλο στην αρτηριογενετική διαδικασία, ενώ στην πορεία συµµετέχουν και πλήθος αυξητικών παραγόντων και κυτταροκινών (FGF, PDGF, VEGF, CXC) (26, 27). εδοµένου του νόµου του Hagen-Poisseuille που λέει ότι ο όγκος ροής ενός αγωγού εξαρτάται από την τετάρτη δύναµη της ακτίνας του είναι προφανές ότι τα µεγαλύτερα παράπλευρα αγγεία µπορούν να επηρρεάσουν αποφασιστικά την περιφερική ιστική αιµάτωση επιτυγχάνοντας µεγάλο πολλαπλασιασµό της αιµατικής ροής (x φορές) (27, 30). Οι κυριότερες διαφορές µεταξύ των φαινοµένων της αγγειογένεσης και της αρτηριογένεσης συνοψίζονται παρακάτω στον Πίνακα 1. Πίνακας 1. ιαφορές Αγγειογένεσης και Αρτηριογένεσης (26, 27, 29, 30) Αγγειογένεση Αρτηριογένεση Ορισµός Σχηµατισµός νέων τριχοειδών µέσω παραφυάδων (sprouting) Ανάπτυξη νέων παράπλευρων αρτηριών Υπόστρωµα Προϋπάρχοντα τριχοειδή Προϋπάρχοντα αρτηριόλια Εντόπιση Άπω άκρο Εγγύς άκρο Κατάσταση Ο2 Υποξαιµία Φυσιολογική οξυγόνωση Ερέθισµα Ισχαιµία (HIF-1α) υνάµεις συνάφειας (shear stress) Μέγιστη αύξηση x 1,5-3,0 φορές x φορές αιµατικής ροής ιάρκεια Μέρες Μέρες-εβδοµάδες Αποτέλεσµα Αυξηµένη πυκνότητα τριχοειδών Παράπλευρες αρτηρίες µε τοπικά χωρίς ικανοποιητική επαναιµάτωση φυσιολογική επαναιµάτωση του άπω ισχαιµούντος ιστού 11

12 Αγγειογενετικοί αυξητικοί και ανασταλτικοί παράγοντες Οι αυξητικοί παράγοντες (growth factors) είναι ρυθµιστές της ανάπτυξης και διαφοροποίησης των κυττάρων (31). Σηµαντική πρόοδος έχει επιτελεσθεί στην κατανόηση των αλληλοεπιδράσεων τους µε υποδοχείς στη µεµβράνη των κυττάρων, µέσω των οποίων ασκούν την δράση τους. Η εξειδίκευση της δράσης των αυξητικών παραγόντων προέρχεται όχι µόνο από δέσµευσή τους σε συγκεκριµένους υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας, αλλά και από τις αλληλεπιδράσεις τους µε άλλα συστατικά του εξωκυττάριου στρώµατος (31). Τα τελευταία χρόνια διάφοροι αγγειογενετικοί παράγοντες έχουν παρασκευαστεί σε καθαρή µορφή. Επίσης, έχουν αποµονωθεί και άλλοι αυξητικοί παράγοντες µερικοί από τους οποίους είναι λιπίδια. Οι παράγοντες αυτοί σύµφωνα µε τον υποτιθέµενο στόχο τους διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: α) Άµεσοι αγγειογενετικοί παράγοντες. Είναι οι παράγοντες που δρουν απευθείας στα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών, προκαλώντας τον πολλαπλασιασµό τους και αυξάνοντας την κινητικότητά τους. Εδώ ανήκουν ο όξινος αυξητικός παράγοντας των ινοβλαστών (afgf), ο βασικός αυξητικός παράγοντας των ινοβλαστών (bfgf), και ο µεταλλακτικός αυξητικός παράγοντας άλφα (TGF-a) (8). β) Έµµεσοι αγγειογενετικοί παράγοντες. Αυτοί προκαλούν τα ίδια αποτελέσµατα, τα οποία µε τη σειρά τους απελευθερώνουν παράγοντες ανάπτυξης του ενδοθηλίου. Έχουν προταθεί δύο πιθανοί τρόποι δράσης αυτών των αγγειογενετικών παραγόντων. 1) Κινητοποίηση των µακροφάγων, τα οποία µε τη σειρά τους εκκρίνουν παράγοντες ανάπτυξης (32) ή και χηµειοτακτικούς παράγοντες (33) για τα ενδοθηλιακά κύτταρα. 2) Απελευθέρωση ουσιών που είναι αποθηκευµένοι στα ίδια τα κύτταρα ή στο εξωκυττάριο στρώµα οι οποίοι προάγουν τον πολλαπλασιασµό των ενδοθηλιακών κυττάρων (34). Οι αγγειογενετικοί παράγοντες εκτός από την παρουσία τους σε όγκους όπου αναπτύσσεται νέα αγγείωση, υπάρχουν και σε φυσιολογικούς ιστούς, όπου δεν παρατηρείται αγγειογένεση, πράγµα που υποδηλώνει τη διαρκή καταστολή της έκφρασης αυτών των παραγόντων. Εκτός από τους αγγειογενετικούς παράγοντες, τη διαδικασία της αγγειογένεσης την επηρεάζουν: µηχανικοί παράγοντες, οι αλληλεπιδράσεις των κυττάρων, το εξωκυττάριο στρώµα, η ηπαρίνη και ο χαλκός. Οι Folkman και Moscona εξέτασαν την επίδραση του σχήµατος των ενδοθηλιακών κυττάρων στον πολλαπλασιασµό τους (35). Βρήκαν ότι όσο πλατύτερα είναι τα 12

13 κύτταρα τόσο πιο µεγάλος είναι ο ρυθµός σύνθεσης του DNA, ενώ όταν είναι στρογγυλά, τότε η σύνθεση του DNA είναι µικρότερη. In vivo αλλαγές στο σχήµα των ενδοθηλιακών κυττάρων προερχόµενες από αγγειοδιαστολή ή ενδοαγγειακή πίεση λόγω δυνάµεων συνάφειας (shear stress) οδηγούν σε εξοίδηση και επαγωγή του πολλαπλασιασµού των ενδοθηλιακών κυττάρων (27, 29, 30, 36). Πίνακας 2. Παράγοντες που ρυθµίζουν την αγγειογένεση ιεγέρτες Αναστολείς VEGF, VEGFR Αγγειοστατίνη afgf Θροµβοσπονδίνη bfgf Ενδοστατίνη PDGF Τροπονίνη Ι HGF TIMPs PIGF PF4 GMCSF IFN-α/-β/-γ MMPs IL4, IL12, IL18 Ιντεγκρίνες α v β 3, α v β 5, α 5 β 1 ιαλυτός VEGFR Αγγειοποιητίνες TSP-1/-2 Οιστρογόνα Προλακτίνη Μονοξείδιο του Αζώτου (ΝΟ) TGFa/b Ενεργοποιητές πλασµινογόνου TNFa Με στόχο την καταστολή της νεοαγγείωσης του καρκίνου, τα τελευταία χρόνια έγιναν προσπάθειες να βρεθούν παράγοντες ικανοί να δρουν ανασταλτικά στην αγγειογένεση. Πρώτος ο Eisenstein και οι συνεργάτες του το 1973 ανέφεραν την ύπαρξη αντιαγγειογενετικών παραγόντων (37). Επίσης, αναστολείς της αγγειογένεσης βρέθηκαν στο υαλοειδές του µατιού και σε ιστούς που στερούνται αγγείων (38, 39, 40). Οι παράγοντες που αναστέλλουν την αγγειογένεση διακρίνονται σε: (α) Αναστολείς της αγγειογένεσης µη πεπτιδικής φύσης όπως είναι οι φορβολικοί εστέρες (41), τα Ρετινοειδή (42, 43) και η Ηπαρίνη (44, 45). β) Αναστολείς της αγγειογένεσης πεπτιδικής φύσης όπως είναι ο µεταλλακτικός παράγοντας ανάπτυξης - Βήτα (TGFb) (46, 47, 48), ο καρκινικός παράγοντας 13

14 νέκρωσης-άλφα (TNFa) που προκαλεί αιµορραγία, νέκρωση και αναστολή της ανάπτυξης πολλών ειδών όγκων σε ανθρώπους και ποντίκια (49, 50), η ιντερφερόνη γ που αναστέλλει τον πολλαπλασιασµό και τη µετανάστευση των ενδοθηλιακών κυττάρων (51, 52), η αγγειοστατίνη, η οποία είναι ειδικός αναστολέας του πολλαπλασιασµού των ενδοθηλιακών κυττάρων και η θροµβοσπονδίνη που είναι ένα πολυπεπτίδιο το οποίο απελευθερώνεται από τα αιµοπετάλια (53). Μερικοί από τους κυριότερους ρυθµιστικούς παράγοντες του φαινόµενου της αγγειογένεσηςαρτηριογένεσης συνοψίζονται στον Πίνακα Καρκινική αγγειογένεση Το 1907 πρωτοδιατυπώθηκε από τον Goldman η θεωρία της συµµετοχής της αγγειογένεσης στην ανάπτυξη των όγκων στην επιθεώρηση Τhe Lancet. Ακολούθησε ο Folkman το 1971, που πρότεινε σαν στρατηγική ελέγχου της ανάπτυξης των όγκων, την καταστολή της αγγειογένεσης. Η σύγχρονη θεώρηση της αγγειογένεσης δέχεται ότι ο αγγειογενετικός διακόπτης είναι «κλειστός» όταν η δράση των προαγγειογενετικών ουσιών εξισορροπείται από εκείνη των αντι-αγγειογενετικών και είναι ανοικτός όταν η αγγειογένεση επάγεται. Ερεθίσµατα αυτής της επαγωγής θεωρούνται το υπερβολικό stress (π.χ. χαµηλό ph, χαµηλό O 2 ή η υπογλυκαιµία), το µηχανικό stress (π.χ. η πίεση που δηµιουργείται από πολλαπλασιαζόµενα κύτταρα), η ανοσοφλεγµονώδης απόκριση (π.χ. ανοσοφλεγµονώδη κύτταρα που διηθούν τον ιστό) και οι γενετικές µεταλλάξεις (π.χ. ενεργοποίηση ογκογονιδίων ή απώλεια ογκοκατασταλτικών γονιδίων, που ελέγχουν την παραγωγή των ρυθµιστών της αγγειογένεσης). Η ακριβής συνεργασία όλων αυτών των µηχανισµών που επηρεάζουν την αγγειογένεση και την ανάπτυξη και εξάπλωση των όγκων παραµένει ένα µυστήριο. Η ανάπτυξη ενός εγκεφαλικού όγκου συσχετίζεται µε αυξηµένη αγγειογένεση (54), όπως και η εξέλιξη του µελανώµατος. Η αγγειογένεση έχει προταθεί σαν δείκτης για την εξέλιξη καρκινώµατος του προστάτη και της µετάστασης στο µυελό των οστών (55), καθώς και σαν δείκτης για την πρόγνωση καρκίνου του µαστού (56). Τα καρκινικά αγγεία στερούνται περικυττάρων τα οποία θεωρούνται ότι αναστέλλουν τον πολλαπλασιασµό των ενδοθηλιακών κυττάρων (57, 58). Το ενδοθήλιο των τροφοφόρων αγγείων των όγκων παρουσιάζει φαινοτυπικές διαφορές µε το φυσιολογικό όπως είναι ο ψηλότερος ρυθµός πολλαπλασιασµού του, η διαφορετική 14

15 έκφραση των αντιγόνων της κυτταρικής επιφάνειας, και η αυξηµένη έκφραση του υποδοχέα του FGF (59). Τα αιµοφόρα αγγεία των όγκων έχουν επίσης αρκετά ελαττωµένη τη βασική µεµβράνη µε µεγαλύτερες συγκεντρώσεις υαλουρονικού οξέος. Σε επιθετικούς όγκους η βασική µεµβράνη παρουσιάζει ασυνέχειες. Η βασική µεµβράνη έχει χρησιµοποιηθεί σαν διαγνωστικός και προγνωστικός παράγοντας των όγκων (60). Στα καρκινικά αγγεία παρατηρείται επίσης αυξηµένη διαπερατότητα, πιθανόν λόγω της αλλαγής στη δοµή της βασικής µεµβράνης ή λόγω αυξηµένης πίεσης των υγρών του συνδετικού ιστού, σαν αποτέλεσµα της απουσίας λεµφικών αγγείων και του οιδήµατος που δηµιουργείται τοπικά. Τα αγγεία στην περιφέρεια ενός όγκου είναι περισσότερο διαπερατά από εκείνα στο εσωτερικό της καρκινικής µάζας (Εικόνα 2). Συνολικά, η ανάπτυξη του όγκου, η υποστροφή, η υποτροπή, και η επιθετικότητά του σχετίζονται άµεσα µε το φαινόµενο της καρκινικής αγγειογένεσης, η αναστολή της οποίας αποτελεί αντικείµενο εντατικής επιστηµονικής έρευνας. Πρόσφατα κυκλοφόρησε το πρώτο φάρµακο µε αντιαγγειογενετική δράση που µπλοκάρει τον υποδοχέα του VEGF (Avastin, Genentech, USA), ενώ εκτιµάται ότι στα επόµενα χρόνια περισσότερα από 500 εκατοµµύρια άνθρωποι θα επωφεληθούν από την ανάπτυξη καινοτόµων θεραπειών µε στόχο το φαινόµενο της αγγειογένεσης (28). Εικόνα 2. Συγκριτική απεικόνιση στο ηλεκτρονικό µικροσκόπιο σαρώσεως του φυσιολογικού δικτύου αρτηριολίων-τριχοειδών-φλεβιδίων (α) µε την καρκινική νεοαγγείωση (β) που εµφανίζει πλήρη αποδιοργάνωση της φυσιολογικής αρχιτεκτονικής και ακανόνιστα χαοτικά µοτίβα ανάπτυξης (61). 15

16 Αθηρωµάτωση και περιφερική αγγειοπάθεια Η αθηρωµάτωση αποτελεί µία φλεγµονώδη νόσο, που κατά κύριο λόγο συνίσταται στη συσσώρευση λιπιδίων στο αρτηριακό τοίχωµα (62). Η αυξηµένη συγκέντρωση χοληστερίνης στο πλάσµα (ιδίως LDL) αποτελεί έναν από τους κύριους ανεξάρτητους παράγοντες κινδύνου. Η καρδιαγγειακή αθηρωµάτωση προσβάλλει κυρίαρχα τις µεγάλες και µεσαίες αρτηρίες ελαστικού και µυικού τύπου οδηγώντας σε µειωµένη αιµάτωση και ισχαιµία της καρδιάς, του εγκεφάλου, των νεφρών και των περιφερικών άκρων. Αποτελεί την πρωτεύουσα αιτία θνησιµότητας και νοσηρότητας στις Ηνωµένες Πολιτείες, την Ευρώπη και σε πολλές χώρες της Ασίας (62, 63). H περιφερική αποφρακτική αρτηριοπάθεια των κάτω άκρων (peripheral vascular disease; PAD) ορίζεται σαν ο περιορισµός ή η διακοπή της αιµάτωσης του αρτηριακού δένδρου που τροφοδοτεί τα κάτω άκρα λόγω απόφραξης του αυλού των αγγείων (Εικόνα 3) (63, 64, 65). Στην πλειοψηφία των ασθενών έχει σαν κύριο αίτιο την αθηρωµάτωση των περιφερικών αρτηριών και προκαλεί σηµαντικές αλλαγές στον τρόπο ζωής των ασθενών οδηγώντας έως και στην απώλεια εργασίας ή χειρότερα στην αναπηρία. Η επίπτωση της PAD αυξάνει µε την ηλικία και κυµαίνεται από 1% σε ηλικία <50 ετών έως και >10% σε ηλικία >70 ετών (63, 64, 65). Οι κύριοι παράγοντες κινδύνου για την εµφάνιση PAD είναι η ηλικία, το φύλο, το κάπνισµα, η υπερλιπιδαιµία, η υπέρταση και ο διαβήτης. Η PAD είναι συνήθως κλινικά σιωπηλή στα αρχικά στάδια εξέλιξης της νόσου και εκδηλώνεται µε διαλείπουσα χωλότητα, δηλ. διαλείπων άλγος κυρίως στις γαστροκνηµίες που εντείνεται µε την κόπωση και υφίεται µε την χαλάρωση των µυών, όταν ο βαθµός αρτηριακής στένωσης γίνει >50% (65). Η φυσική πορεία της νόσου είναι σταδιακή επιδείνωση της ισχαιµίας µε µετάπτωση σε κρίσιµη ισχαιµία του άκρου (άλγος ηρεµίας ή/και γάγγραινα) και τελικά ακρωτηριασµό του επαπειλούµενου σκέλους. Αν και το 50% των ασθενών µε PAD είναι ασυµπτωµατικό, έως και το ένα τρίτο περίπου θα εκδηλώσει συµπτώµατα διαλείπουσας χωλότητας. Ένα ποσοστό 5-10% θα µεταπέσει σε κρίσιµη ισχαιµία (άλγος ηρεµίας ή/και γάγγραινα) µε τελικό ακρωτηριασµό του άκρου και ετήσια θνησιµότητα 40% και 25%, αντιστοίχως (Εικόνα 4) (63, 64, 65). Τα κύρια αίτια θνητότητας στους ασθενείς µε PAD είναι τα καρδιαγγειακά και εγκεφαλικά αγγειακά επεισόδια. Ως εκ τούτου, η εκδήλωση PAD συνηγορεί υπέρ γενικευµένης αθηρωµάτωσης του κυκλοφορικού συστήµατος και συνυπάρχει µε στεφανιαία νόσο ή/και ενδοκράνια αθηροσκλήρυνση σε ποσοστό έως 16

17 και 50% (64). Είναι αξιοσηµείωτο το γεγονός ότι οι ασθενείς µε PAD έχουν τον ίδιο σχετικό κίνδυνο θανάτου από καρδιαγγειακά αίτια µε τους ασθενείς που έχουν ιστορικό εµφράγµατος του µυοκαρδίου ή αγγειακού εγκεφαλικού επεισοδίου (63). Εικόνα 3. Περιφερική αποφρακτική αρτηριοπάθεια των κάτω άκρων (peripheral vascular disease; PAD) (65). Οι ευρέως αποδεκτοί σύγχρονοι µέθοδοι για την καταστολή της αθηρωµατικής διεργασίας και την άρση της ισχαιµίας των ιστών είναι αφενός συντηρητικές (αλλαγή τρόπου ζωής, διακοπή του καπνίσµατος, φαρµακευτική αγωγή για την αντιµετώπιση του διαβήτη, της υπερλιπιδαιµίας, και της ενδοθηλιακής δυσλειτουργίας) και αφετέρου επεµβατικές (χειρουργική ή ενδοαγγειακή αποκατάσταση της βατότητας των αγγείων). 17

18 Εικόνα 4. ιαγραµµατική απεικόνιση της νοσηρότητας και θνησιµότητας των ασθενών µε συµπτωµατική περιφερική αποφρακτική αρτηριοπάθεια (65) Θεραπευτική αγγειογένεση Σε πολλούς ασθενείς µε προχωρηµένη αθηρωµάτωση και πολυεπίπεδη αποφρακτική αγγειοπάθεια δεν είναι εφικτή ούτε η διαδερµική ενδαγγειακή αντιµετώπιση µε αγγειοπλαστική και µεταλλικές ενδοπροσθέσεις (stents) ούτε η χειρουργική επαναγγείωση του ισχαιµούντος ιστού µέσω αρτηριακής παράκαµψης (bypass) (63, 64, 65). Έτσι η σύγχρονη έρευνα για τα καρδιαγγειακά νοσήµατα έχει εστιάσει την προσοχή της σε νέους ελάχιστα επεµβατικούς τρόπους επαναιµάτωσης, όπως είναι η θεραπευτική αγγειογένεση µε ενδαρτηριακή, ενδοµυϊκή ή περιαγγειακή έγχυση διαφόρων αγγειογενετικών παραγόντων οι οποίοι διεγείρουν τα ενδογενή αγγειογενετικά βιοχηµικά µονοπάτια και προάγουν την ανάπτυξη παράπλευρου δικτύου ικανού να αναστρέψει την ιστική ισχαιµία και υποξία (26, 27, 28, 29, 30). ιάφοροι βιοχηµικοί (bfgf, VEGF) και κυτταρικοί (προδροµικά κύτταρα µυελού των οστών) αγγειογενετικοί παράγοντες έχουν δοκιµαστεί στην κλινική πράξη για την ενίσχυση του παράπλευρου αρτηριδιακού δικτύου στην στεφανιαία νόσο και στην περιφερική αγγειοπάθεια µε αµφιλεγόµενα αποτελέσµατα (66, 67, 68, 69, 70) Αγγειογένεση και θροµβίνη Η θροµβίνη είναι ένα ένζυµο µε δραστικότητα σερινοπρωτεάσης που συµµετέχει στους βιοχηµικούς καταρράκτες της πήξης και αιµόστασης. Παράλληλα, η θροµβίνη ενέχεται στη διέγερση, τον πολλαπλασιασµό και την µετανάστευση των 18

19 ενδοθηλιακών και λείων µυικών κυττάρων των αγγείων (71, 72, 73). Η ανακάλυψη και κλωνοποίηση του πρώτου υποδοχέα που ενεργοποιείται µε πρωτεόλυση και άγει το ενδοκυττάριο µήνυµα µέσω του συστήµατος των G πρωτεϊνών (protease activated receptor-1; PAR-1) έγινε ταυτόχρονα από τους Rarmussen et al. (74) και Vu et al. to 1991 (75). Αυτός ο υποδοχέας PAR-1 ταυτοποιήθηκε ως ο διαµεµβρανικός κυτταρικός υποδοχέας της θροµβίνης (Εικόνα 5). Πίνακας 3. ράσεις των PARs στο αγγειακό σύστηµα PAR-1 Ενδοθηλιακά κύτταρα Ενδοθήλιο-εξαρτώµενη χαλάρωση Ενδοθήλιο-εξαρτώµενη σύσπαση Έκφραση P-selectin, ICAM, VCAM Αγγειογένεση Αγγειακή διαπερατότητα Λεία µυικά κύτταρα Σύσπαση Πολλαπλασιασµός και υπερτροφία Παραγωγή εξωκυττάριας ουσίας Ανάπτυξη αγγειακών δοµών Ενεργοποίηση/Συσσώρευση αιµοπεταλίων (στον άνθρωπο) PAR-2 Ενδοθηλιακά κύτταρα Ενδοθήλιο-εξαρτώµενη χαλάρωση Ενδοθήλιο-εξαρτώµενη σύσπαση Αγγειογένεση Λεία µυικά κύτταρα Σύσπαση PAR-3 Ενεργοποίηση/Συσσώρευση αιµοπεταλίων (στο ποντίκι) Συµπαράγοντας για την ενεργοποίηση του PAR-4 PAR-4 Ενεργοποίηση/Συσσώρευση αιµοπεταλίων (άνθρωπος και ποντίκι) Αργότερα, στην οικογένεια των PARs προστέθηκαν άλλα τρία νέα µέλη, οι PAR-2, PAR-3 και PAR-4. Στο αγγειακό σύστηµα οι PARs εκφράζονται κυρίως στα 19

20 ενδοθηλιακά κύτταρα, τα λεία µυικά κύτταρα και τα αιµοπετάλια διαµεσολαβώντας µία πλειάδα κυτταρικών λειτουργιών (76, 77) (Πίνακας 3). Φαρµακολογικές έρευνες απέδειξαν ότι η θροµβίνη ενεργοποιεί την διαδικασία της αγγειογένεσης. Η αγγειογενετική δράση της θροµβίνης είναι δοσοεξαρτώµενη, είναι ανεξάρτητη από την επαγωγή σχηµατισµού ινικής και θρόµβου και διαµεσολαβείται από τον υποδοχέα PAR-1 (75, 76). Εικόνα 5. Σχηµατικό µοντέλο της ενεργοποίησης του ανθρώπινου υποδοχέα PAR-1 από το µόριο της θροµβίνης (Α) και από ένα εκλεκτικό µόριο αγωνιστή (Β) (74, 75, 77). Ο PAR-1 είναι ένας επταµερής διαµεµβρανικός υποδοχέας που στο εξωκυττάριο άκρο του φέρει την αλληλουχία SFLLRN, η οποία προηγείται του στόχου-motif της θροµβίνης LPDR (µπλε κύκλος). Πρωτεόλυση του µορίου στο συγκεκριµένο σηµείο (θροµβίνη=ψαλίδι) απελευθερώνει το τµήµα SFLLRN, το οποίο αγκυρώνει στην εξωκυττάρια περιοχή-2 του µορίου, ενεργοποιώντας έτσι τον υποδοχέα και άγοντας το ενδοκυττάριο σήµα. Απουσία πρωτεόλυσης από θροµβίνη, ο υποδοχέας µπορεί να ενεργοποιήθει µε τον ίδιο τρόπο από έναν εκλεκτικό αγωνιστή, π.χ. από ένα SFLLRN-αµίδιο (πράσινο τετράγωνο). ιάφορα βήµατα ενέχονται στη δηµιουργία ενός πλήρους λειτουργικού αγγείου κατά τη διαδικασία της αγγειογένεσης. Το εξωκυττάριο υλικό πέριξ ενός προυπάρχοντος 20

21 αγγείου πρέπει να αποδοµηθεί ώστε να επιτρέψει στα ενδοθηλιακά κύτταρα να πολλαπλασιαστούν και να σχηµατίσουν παράπλευρους κλάδους. Η προσκόλληση των ενδοθηλιακών κυττάρων στο υπόστρωµά τους και στα γειτονικά κύτταρα, καθώς και η διαπερατότητά τους πρέπει επίσης να τροποποιηθεί (78). Σε κυτταρικό επίπεδο η θροµβίνη ασκεί πολλαπλές δράσεις: (α) Αυξάνει τη διαπερατότητα του αγγειακού ενδοθηλίου και προσελκύει φλεγµονώδη κύτταρα (β) ιεγείρει τις µεταλλοπρωτεϊνάσες που αποικοδοµούν το εξωκυττάριο δίκτυο πρωτεϊνών (γ) Μειώνει την προσκολλητικότητα των ενδοθηλιακών κυττάρων στη βασική µεµβράνη ευνοώντας την αποκόλληση και µετανάστευσή τους (δ) Προάγει τον πολλαπλασιασµό των ενδοθηλιακών κυττάρων επάγοντας τον VEGF και τους υποδοχείς του (ε) Επάγει την µεταγραφή και µετάφραση της ιντεγκρίνης α v β 3, η οποία αποτελεί δείκτη του αγγειογενετικού φαινοτύπου των ενδοθηλιακών κυττάρων (71, 72, 79, 80, 81, 82, 83). Πιο συγκεκριµένα, η θροµβίνη επάγει την παραγωγή όλης της οικογένειας του αυξητικού παράγοντα των ενδοθηλιακών κυττάρων (vascular endothelial growth factor; VEGF-A, -B, -C, -D and PIGF) και των υποδοχέων του (VEGF receptors flt-1, flt-1/kdr and flt-4) (84, 85). Η θροµβίνη επάγει τη µεταγραφή των ανωτέρω µορίων πιθανότατα µέσω της ενεργοποίησης του µεταγραφικού παράγοντα του παράγοντα που επάγεται σε συνθήκες υποξίας των ιστών (hypoxia induced factor HIF-1a). Επιπλέον, η θροµβίνη επαυξάνει την αγγειοποιητίνη 2 (angiopoeitin Ang-2) η οποία κυρίως εκφράζεται σε περιοχές όπου εκτελείται αγγειακή ωρίµανση και αναδιαµόρφωση (remodelling) (86). Ένα άλλο πολύ κρίσιµο µόριο που εµπλέκεται στην αγγειογενετική διαδικασία είναι η ιντεγκρίνη α v β 3, η οποία εντοπίζεται σε ενεργοποιηµένα πολλαπλασιαζόµενα ενδοθηλιακά κύτταρα και επίσης διαµεσολαβεί σήµατα αγγειακής αναδιαµόρφωσης. In vitro µελέτες απέδειξαν ότι διέγερση των ενδοθηλιακών κυττάρων µε θροµβίνη επάγει την παραγωγή της ιντεγκρίνης α v β 3, η οποία εν συνεχεία υποστηρίζει τη δηµιουργία νέων αγγείων (82, 87). Συνολικά, η θροµβίνη έχει επιδείξει αγγειογενετική δραστηριότητα σε διάφορα in vitro και in vivo µοντέλα. Παράλληλα, ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι πολλά knock-out µοντέλα ποντικιών µε µεταλλάξεις διαφόρων παραγόντων πήξης ή/και δυσλειτουργία του υποδοχέα της θροµβίνης (PAR-1) επέδειξαν σηµαντικές διαταραχές στην φυσιολογική ανάπτυξη του καρδιαγγειακού συστήµατος και παρουσίασαν εµβρυική θνησιµότητα έως και το 100% (78). 21

22 2.2. Μέθοδοι µελέτης της αγγειογένεσης Η αγγειογένεση δεν ήταν δυνατόν να µελετηθεί πριν από την ανάπτυξη µεθόδων που να επιτρέπουν την άµεση παρατήρηση του κυκλοφορικού συστήµατος και πιο συγκεκριµένα της µικροκυκλοφορίας σε ζωντανό οργανισµό (88). Σε όλες τις µεθόδους και τους ποσοτικούς τρόπους εκτίµησης της αγγειογένεσης υπάρχει το πρόβληµα της έλλειψης εύκολων, αξιόπιστων και επαναλήψιµων αποτελεσµάτων. Τα in vivo πειράµατα είναι δύσκολα στην εκτέλεση και τα αποτελέσµατά τους πολλές φορές παρουσιάζουν µεγάλες διαφοροποιήσεις. Τα in vitro πειράµατα, είναι συνήθως ειδικά µόνο για ένα συγκεκριµένο στάδιο της αγγειογένεσης (π.χ. πολλαπλασιασµός και µετακίνηση των ενδοθηλιακών κυττάρων) και οι πληροφορίες τους δεν είναι πάντα αληθινές ως προς το αποτέλεσµα της διαδικασίας in vivo. Γι αυτό ο πιο αξιόπιστος τρόπος αξιολόγησης της αγγειογένεσης είναι η απλή άµεση παρατήρηση σε µια συγκεκριµένη περίοδο. Από την εποχή του Αριστοτέλη µελετήθηκε η ανάπτυξη των αιµοφόρων αγγείων σε έµβρυο κοτόπουλου από τη γέννηση µέχρι την εκκόλαψη (89). Ο συνδυασµός της χρήσης οπτικού και ηλεκτρονικού µικροσκοπίου, βοήθησε στην ποιοτική αξιολόγηση της αγγειογένεσης. Πολλές µέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για τη µελέτη της αγγειογένεσης in vivo και in vitro (90). Οι in vivo µέθοδοι αξιολογούν την αγγειογένεση υπό την επίδραση κάποιου παράγοντα, αλλά και την ταυτόχρονη συµµετοχή φλεγµονωδών αντιδράσεων χωρίς να µπορεί να γίνει διάκριση ανάµεσα στις επιµέρους δράσεις των εξεταζόµενων µορίων, που οδηγούν στην επαγωγή ή στην αναστολή της αγγειογένεσης. Εξετάζοντας τους ίδιους παράγοντες in vitro αναδεικνύουµε την εκλεκτική τους δράση σε συγκεκριµένα στάδια της αγγειογένεσης όπως η µετανάστευση, ο πολλαπλασιασµός ή η παραγωγή πρωτεασών από τα κύτταρα. Επίσης µπορεί να εξετασθεί η άµεση δράση παραγόντων εκλεκτικά σε ένα συγκεκριµένο κύτταρο του αγγειακού τοιχώµατος Πειραµατικά µοντέλα Μερικά από τα µοντέλα τα οποία έχουν χρησιµοποιηθεί για να µελετηθεί η µικροαγγείωση και η αγγειογένεση καθώς και οι παράγοντες που την επηρεάζουν είναι: ο κερατοειδής χιτώνας, η ίριδα του µατιού του κονίκλου (91), ο βλεννογόνος της παρειάς ινδικού χοιριδίου (92) και η ΧοριοΑλλαντοιδική Μεµβράνη του εµβρύου της όρνιθας (93). Η µελέτη της αγγειογένεσης βασίζεται σε άµεση µορφολογική παρατήρηση των νεοσχηµατισθέντων αγγείων µετά την επίδραση των εξωγενών 22

23 ερεθισµάτων σε αυτά. Ο πιο σοβαρός περιορισµός στην επιλογή του πειραµατικού µοντέλου είναι η καταλληλότητά του ώστε να είναι απλό, πραγµατικό, αναπαραγώγιµο και να είναι δυνατή η ποσοτικοποίηση τόσο της µικροαγγείωσης όσο και της αγγειογένεσης Μοντέλο ίσχαιµων άκρων κονίκλου Πριν την εφαρµογή ενός οποιοσδήποτε αυξητικού παράγοντα σε κλινικό επίπεδο απαιτείται επιβεβαίωση της αποτελεσµατικότητας του υπό πραγµατικές συνθήκες σε ένα in vivo περιβάλλον. Η αναπαραγωγή της περιφερικής αποφρακτικής αγγειοπάθειας σε µία in vivo πειραµατική πλατφόρµα είναι ουσιαστικά ανέφικτη λόγω της πολυπλοκότητας της αθηρογενετικής διαδικασίας και της βραδύτητας της εγκατάστασης των συµπτωµάτων. Έτσι, τα αντίστοιχα πειραµατικά µοντέλα βασίζονται σε ιατρογενή πρόκληση περιφερικής ισχαιµίας των άκρων ενός θηλαστικού (στην πλειονότητά τους στο ποντίκι ή στο κουνέλι) µε χειρουργικές ή ενδοαγγειακές µεθόδους (94, 95, 96, 97). Απλή απολίνωση ενός τροφοφόρου αγγείου (της λαγονίου ή της µηριαίας αρτηρίας) δεν αρκεί λόγω της γρήγορης ανάπτυξης επαρκούς παράπλευρου δικτύου. Αντιθέτως, µε πλήρη εκτοµή της µηριαίας αρτηρίας και χειρουργική απολίνωση όλων των κλάδων της (Εικόνα 6) προκαλείται οξεία ισχαιµία του άκρου και ενεργοποιούνται όλοι οι µηχανισµοί της ενδογενούς αγγειογένεσης και αρτηριογένεσης, δηλ. φλεγµονή και προσέλκυση µονοκυττάρων και µακροφάγων, συσσώρευση πρόδροµων ενδοθηλιακών κυττάρων, µεταβολές στην κλίση πίεσης και τις δυνάµεις συνάφειας και ανάπτυξη παράπλευρου αρτηριδιακού δικτύου (95). Έτσι, µέσα σε διάστηµα ηµερών και µετά τη σιώπηση των ανωτέρω διεργασιών η οξεία ισχαιµία προοδευτικά µεταπίπτει σε χρόνια ισχαιµία, που αποτελεί το πειραµατικό υπόβαθρο για την µελέτη της θεραπευτικής δράσης διαφόρων αυξητικών αγγειογενετικών ουσιών (98). Ένα από τα πλέον διαδεδοµένα in vivo πειραµατικά µοντέλα για τη µελέτη της προκλητής θεραπευτικής αγγειογένεσης και αρτηριoγένεσης είναι το µοντέλο ισχαιµίας του οπίσθιου άκρου του λευκού κονίκλου Νέας Ζηλανδίας (oryctolagus cuniculus). Η ανατοµία των περιφερικών αγγείων του προσοµοιάζει αυτή του ανθρώπου. Το πειραµατικό πρωτόκολλο περιλαµβάνει πλήρη εκτοµή της επιπολής µηριαίας αρτηρίας και απολίνωση της εν τω βάθει µηριαίας αρτηρίας αφήνοντας µόνο την έσω λαγόνια αρτηρία ως πηγή 23

24 ανάπτυξης νέων παράπλευρων αγγείων προς αποκατάσταση της ισχαιµίας του άκρου (97). Εικόνα 6. Ανατοµία των περιφερικών αγγείων του λευκού κονίκλου Νέας Ζηλανδίας. Η µηριαία αρτηρία (µαύρο αγγείο δεξιά) αφαιρείται πλήρως και όλοι οι κλάδοι της απολινώνονται Ψηφιακή αγγειογραφία Αρχές ψηφιακής αγγειογραφίας µε σκιαγραφικό Η µόνη γνωστή µέθοδος απεικόνισης της µικροαγγείωσης µε ακτινολογικές µελέτες, είναι η έγχυση διαλύµατος βαρίου στα αγγεία µετά θάνατον και η µετέπειτα ακτινογράφηση των ιστών. Η συγκεκριµένη µέθοδος είναι αρκετά λεπτοµερής αλλά δεν µας προσφέρει λειτουργικές πληροφορίες. Επίσης αρκετά από τα αγγεία αδειάζουν από το βαριούχο διάλυµα κατά την διαδικασία µε αποτέλεσµα να µην απεικονίζονται. Οι ακτινολογικές µέθοδοι απεικόνισης των αγγείων είναι γνωστές και χρησιµοποιούνται ευρέως στην καθηµερινή κλινική πράξη. Η κλασική και η ψηφιακή αγγειογραφία απεικονίζουν µε ακρίβεια τα αιµοφόρα αγγεία και την παθολογία τους (99, 100). Σε αντίθεση µε τις απευθείας τεχνικές όπου η έκθεση γίνεται επάνω στο ακτινολογικό φιλµ, στην ψηφιακή απεικόνιση οι εικόνες παρουσιάζονται σε ειδική 24

25 οθόνη, µεγάλης ευκρίνειας και µέσω του Ηλεκτρονικού Υπολογιστή µπορεί να γίνει οποιαδήποτε επεξεργασία πριν οδηγηθούν είτε σε ειδικούς δίσκους για αποθήκευση είτε τυπωθούν σε φιλµ. Η ψηφιακή απεικόνιση βρίσκει πλέον ευρύτατη εφαρµογή στην σύγχρονη ακτινοδιαγνωστική και ιδιαίτερα στην Αγγειογραφία, διότι προσφέρει άµεση λήψη, επεξεργασία, αξιολόγηση και αναπαραγωγή των εικόνων ταχύτατα και µε υψηλό δείκτη ποιότητας. Η δυνατότητα ψηφιακής αφαίρεσης εικόνων για την αποµάκρυνση ανατοµικών περιοχών από το οπτικό πεδίο µε ταυτόχρονη αποκάλυψη πολύ µικρών αγγείων, άνοιξε νέους ορίζοντες στην επεµβατική ακτινολογία επιτρέποντας έγκαιρες διαγνώσεις αλλά και θεραπευτικές τεχνικές χωρίς χειρουργική επέµβαση. Εν συντοµία, η Αγγειογραφία αφορά τη µελέτη των αγγείων του ανθρωπίνου σώµατος µέσω απεικόνισης µε ακτίνες Χ κατόπιν έγχυσης ειδικού υγρού µε µεγάλο δείκτη απορροφητικότητας ακτίνων Χ. Η έγχυση του σκιαγραφικού υγρού γίνεται µέσω καθετήρα µε ειδικό εγχυτή. Με την έγχυση αρχίζει και η λήψη εικόνων µε ρυθµό από µία έως και 25 λήψεις (στα µοντέρνα µηχανήµατα) το δευτερόλεπτο. Η διάρκεια της έγχυσης είναι µερικά δευτερόλεπτα ώστε να εξασφαλιστεί η απεικόνιση του αγγείου ή των αγγείων, κατά την χρονική στιγµή της µέγιστης συγκέντρωσης του σκιαγραφικού µέσου στην υπό εξέταση περιοχή γιατί είναι προφανές ότι το σκιαγραφικό µέσο κινείται µαζί µε το αίµα ταχύτατα µέσα στο κυκλοφορικό σύστηµα. Η έγχυση της σκιαγραφικής ουσίας είναι απαραίτητη για ακτινολογική απεικόνιση των αγγείων αφού, όπως είναι γνωστό, η ακτινολογική απεικόνιση ενός αντικειµένου είναι δυνατή µόνον όταν η απορρόφηση των ακτίνων Χ στο αντικείµενο είναι διαφορετική από αυτή του περιβάλλοντός του, ώστε να επιφέρει ορατή µεταβολή στην αµαύρωση του ακτινολογικού φιλµ. Η ορατή αυτή διαφορά αποκαλείται ακτινογραφική αντίθεση. Η ελάχιστη διαφορά η οποία απαιτείται για την παραγωγή ορατής ακτινογραφικής αντίθεσης σε φιλµ είναι περίπου 2-3%. Η ακτινογραφική αντίθεση εξαρτάται από τον συντελεστή εξασθένησης (µ) του κάθε στοιχείου ο οποίος είναι ένα χαρακτηριστικό µέγεθος και ευθέως ανάλογο της τρίτης δύναµης του ατοµικού αριθµού (Ζ3) του στοιχείου. Επανερχόµενοι στο ανθρώπινο σώµα, τα αγγεία δεν απεικονίζονται στις κλασικές ακτινογραφικές λήψεις διότι ο συντελεστής εξασθένησης (µ) του αίµατος είναι σχεδόν ο ίδιος µε τον συντελεστή εξασθένησης του περιβάλλοντος ιστού. Το σκιαγραφικό υγρό, περιέχει υψηλά ποσά ιωδιούχων µορίων µε ατοµικό αριθµό 53, ο οποίος είναι κατά πολύ µεγαλύτερος του µέσου ατοµικού αριθµού των ιστών που είναι 7,6. Εποµένως µια µικρή ποσότητα 25

26 σκιαγραφικού υγρού προκαλεί µια τεράστια αύξηση της σκιαγραφικής αντίθεσης των αγγείων λόγω της σχέσης της µε τoν ατοµικό αριθµό στη τρίτη δύναµη (Ζ3). Η ακτινογραφική αντίθεση των αγγείων στην αγγειογραφία περιορίζεται ή µειώνεται λόγω τριών βασικών προβληµάτων: α) Η τοξικότητα του σκιαγραφικού υγρού περιορίζει τη χρήση του σε µικρές ποσότητες και µικρές περιεκτικότητες. β) Τα αγγεία επιπροβάλονται µε τα οστά και ιστούς διαφορετικού µεγέθους και πάχους και µε µεγάλη σκιαγραφική αντίθεση, καθιστώντας έτσι δύσκολη πολλές φορές και αδύνατη την απεικόνιση των αγγείων. γ) Ένα µεγάλο µέρος των ακτινών Χ αντανακλάται ή διαχέεται µέσα στον ασθενή αναδεικνύοντας την περιβάλλουσα των αγγείων περιοχή µειώνοντας ταυτόχρονα την σκιαγραφική τους αντίθεση, άρα και την απεικονιστική τους δυνατότητα. ύο επιπλέον παράγοντες που επηρεάζουν την απεικονιστική ικανότητα των αγγείων είναι η λεπτοµέρεια και ο θόρυβος. Η λεπτοµέρεια µιας ακτινολογικής εικόνας είναι το µέγεθος του µικρότερου αντικειµένου που µπορεί να απεικονιστεί και είναι ιδιαίτερα σηµαντικό στοιχείο όταν απαιτείται απεικόνιση αγγείων µικρότερων από 100µm. Η λεπτοµέρεια εξαρτάται από το µέγεθος της πηγής των ακτίνων Χ, τη διακριτική ικανότητα του συστήµατος λήψεων και φυσικά από την ασάφεια λόγω της κίνησης των διαφόρων οργάνων (και των αγγείων) του ανθρωπίνου σώµατος. Ο θόρυβος παράγεται στις διάφορες βαθµίδες υποδοχής της εικόνας και επηρεάζει κυρίως τις περιοχές χαµηλής ακτινογραφικής αντίθεσης. Μείωση του θορύβου επιτυγχάνεται µόνο µε την αύξηση της ακτινοβολίας που σηµαίνει µεγαλύτερη ακτινική επιβάρυνση για τον ασθενή Τεχνική Ψηφιακής αφαίρεσης Το πρόβληµα της επικάλυψής των αγγείων από διαφορετικής αντίθεσης ιστούς, οστά, αέρα κλπ., ξεπεράστηκε µε την τεχνική της αφαιρετικής αγγειογραφίας. Η µέθοδος αυτή περιγράφθηκε για πρώτη φορά από τον Ziedes des Plantes το Εάν κάποιος πάρει µία ακτινογραφία πριν την έγχυση σκιαγραφικού και µία άλλη µετά την έγχυση, κατά τη στιγµή της µέγιστης συγκέντρωσης στα αγγεία, τότε η διαφορά τους θα πρέπει να είναι µία εικόνα στην οποία απεικονίζονται µόνο τα αγγεία µε το σκιαγραφικό υγρό. Η τεχνική αυτή δοκιµάστηκε και χρησιµοποιήθηκε σε φίλµ, κυρίως στον εγκέφαλο και στις καρωτίδες, µε ικανοποιητικά αποτελέσµατα, 26

27 ήταν όµως µια χρονοβόρα και επίπονη διαδικασία σε πολλά στάδια, η οποία απαιτούσε την χρήση ειδικών φιλµ, πολλαπλές εκθέσεις και επαναλήψεις. Ακόµα και όταν κάθε βήµα της αφαιρετικής διαδικασίας εκτελούταν τέλεια, το αποτέλεσµα δεν ήταν ποτέ απαλλαγµένο από την επικάλυψη οστών κυρίως, και αέρα, λόγω του γεγονότος ότι το ακτινογραφικό φιλµ είναι ένα µη γραµµικό µέσο. Οι δυσκολίες αυτές ξεπεράστηκαν µε την ψηφιακή αφαιρετική αγγειογραφία. Η Ψηφιακή Αφαιρετική Αγγειογραφία (Digital Subtraction Angiography; DSA) αναπτύχθηκε µέσα στη δεκαετία του 1970 σε διάφορα ερευνητικά κέντρα στις ΗΠΑ (Πανεπιστήµιο της Αριζόνα) και στη Γερµανία (Kiel Kinder Klinik), η δε αποδοχή των αποτελεσµάτων οδήγησε σε µια µεγάλη ανάπτυξη και τελειοποίηση συστηµάτων από κατασκευαστικές εταιρίες στη δεκαετία του 80. Η αρχή της ψηφιακής αφαιρετικής αγγειογραφίας είναι ίδια µε αυτή της κλασικής ψηφιακής αγγειογραφίας σε φιλµ όπως περιγράφηκε παραπάνω, εκτός από το ότι το φιλµ έχει αντικατασταθεί από εικόνες οι οποίες, αφού µετατραπούν σε σειρές ακέραιων αριθµών (digitized images), µπορούν να αφαιρεθούν, να αποθηκευθούν, να απεικονιστούν και να επεξεργαστούν κατά διαφόρους τρόπους από τον υπολογιστή. Σε κάθε έγχυση γίνεται λήψη πολλαπλών εικόνων και ο αριθµός των εικόνων ανά δευτερόλεπτο (frames/sec) που έχει τη δυνατότητα να καταγράψει ο αγγειογράφος αποτελεί σηµαντικό χαρακτηριστικό ενός συστήµατος DSA. Κατά την ψηφιακή αφαίρεση χρησιµοποιείται, όπως προαναφέρθηκε, µια εικόνα χωρίς σκιαγραφικό υγρό, η αποκαλούµενη «µάσκα», για την αφαίρεση από τις εικόνες µε σκιαγραφικό υγρό. Η διαδικασία της αφαίρεσης µπορεί να νοηθεί, σα µια µαθηµατική πράξη µεταξύ αριθµών (αφαίρεση στο δυαδικό σύστηµα). Κατόπιν εφαρµόζονται άλλες ψηφιακές επεξεργασίες για την βελτιστοποίηση της εικόνας που περιλαµβάνει µόνο τα αγγεία που περιέχουν σκιαγραφικό Πολυτοµική υπολογιστική τοµογραφία Αρχές της υπολογιστικής τοµογραφίας Η αλληλοεπικάλυψη και η συµπροβολή των ανατοµικών δοµών αποτελούν τα κύρια µειονεκτήµατα των µεθόδων κλασσικής ακτινοδιαγνωστικής (101, 102). Η υπολογιστική τοµογραφία (computed tomography or CT) υπερπηδά τους ανωτέρω περιορισµούς επιτρέποντας την απεικόνιση του ανθρώπινου σώµατος/οργάνου στόχου σε εγκάρσιες τοµές. Πρωτοεµφανίστηκε το 1972 και έκτοτε έχει φέρει 27

28 επανάσταση στη µοντέρνα απεικονιστική, γεγονός που έδωσε το βραβείο Νόµπελ στους εφευρέτες της (ο Βρετανός ηλεκτρονικός G. Hounsfield και ο Αµερικανός φυσικός A. Cormack) (102). Κατά την αξονική τοµογραφία η ακτινολογική λυχνία περιστρέφεται γύρω από το ανθρώπινο σώµα σε επίπεδο κάθετο ως προς τον επιµήκη άξονα αυτού. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιστροφικής κίνησης εκπέµπεται λεπτή δέσµη ακτίνων Χ και οι ακτίνες αφού διέλθουν από τους ιστούς προσλαµβάνονται από µία σειρά ανιχνευτών σπινθηρισµού που εντοπίζονται σε αντιδιαµετρική θέση ως προς τη λυχνία εκποµπής. Η ακτινική δέσµη περνά από όλα τα σηµεία του επιπέδου τοµής και βγαίνει εξασθενηµένη σε ποσοστό που εξαρτάται από τη βιολογική σύσταση του ιστού (µέσος συντελεστής εξασθένησης) που παρεµβάλλεται στη διαδροµή της. Οι πληροφορίες που συλλέγονται από τους ανιχνευτές όσον αφορά την υπολειµµατική ενέργεια των ακτίνων µετά τη δίοδό τους από το σώµα επεξεργάζονται από ηλεκτρονικό υπολογιστή, ο οποίος στη συνέχεια προχωρά στην ανασύνθεση (reconstruction) της εγκάρσιας ανατοµικής εικόνας (cross-sectional imaging) (101, 102) Πολυτοµική υπολογιστική τοµογραφία µε σκιαγραφικό H εγκάρσια απεικονιστική µε τα σύγχρονα µηχανήµατα αξονικής τοµογραφίας χαρακτηρίζεται πλεόν από υψηλή χωρική και χρονική διακριτική ευκρίνεια (high spatial and temporal resolution). Η ελικοειδής αξονική τοµογραφία που αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 90 (συνεχής περιστροφική κίνηση της λυχνίας και των ανιχνευτών πέριξ της ανατοµικής δοµής-στόχου) έδωσε πλέον τη θέση της σε υπερσύγχρονα µηχανήµατα µε πολλαπλές σειρές ανιχνευτών (πολυτοµικός αξονικός τοµογράφος; multidetector/multislice computed tomography or MDCT/MSCT), που επιτρέπουν τη σάρωση και απεικόνιση ενός δεδοµένου όγκου ιστού στη µονάδα του χρόνου αντί για µία µόνο τοµή (103). Η διαθεσιµότητα δεδοµένων όγκου ιστού επιτρέπει πλέον την τρισδιάστατη ανασύνθεση και απεικόνιση της ανατοµίας που µας ενδιαφέρει (3-dimensional imaging) µε µεγάλη λεπτοµέρεια (δηλ. µε υψηλή διακριτική ευκρίνεια). Παράλληλα, η ενδοφλέβια χορήγηση σκιαγραφικού µέσου επιτρέπει την διάκριση των αγγειακών δοµών και την καλύτερη ανάδειξη της διαφοράς ενίσχυσης των διαφόρων ανατοµικών δοµών ανάλογα µε την φυσιολογική ή παθολογική τους αγγείωση. Από το 1998, τα νεότερα µηχανήµατα MDCT χαρακτηρίζονται από 28