Wprowadzenie do środków kontrastowych

Zgodnie z aktualnie obowiązującymi wytycznymi European Society of Urogenital Radiology (ESUR 10.0) wyróżnia się dwa podstawowe pojęcia określające substancje wykorzystywane w radiologii celem wzmacniania obrazu. Są to środki kontrastowe i środki cieniujące. Zgodnie z definicją środek kontrastowy to substancja, która wpływa na kontrast w obrazach uzyskanych dowolną metodą. Jest to termin ogólny, który można stosować dla związków kontrastowych używanych w badaniach rentgenowskich, rezonansu magnetycznego oraz ultrasonograficznych. Natomiast środek cieniujący to substancja, która wpływa na kontrast poprzez zmianę warunków przenikania wiązki promieniowania. Termin ten powinien być zarezerwowany dla związków kontrastowych stosowanych w badaniach rentgenowskich – np. opartych na jodzie, barze, powietrzu i dwutlenku węgla [1,2,3].

Osmolalność

W odniesieniu do środków kontrastowych używanym często pojęciem jest osmolalność, czyli liczba moli substancji czynnych rozpuszczonych w 1 kg rozpuszczalnika (najczęściej wody). Określa się ją zawsze w odniesieniu do wynoszącej ok. 290 mOsm/kg osmolalności krwi, przy czym dla organizmu człowieka najbezpieczniejszymi środkami kontrastowymi pozostają te o zbliżonych do niej wartościach.

Podział środków kontrastowych ze względu na osmolalność:

Różnice w osmolalności pozwoliły wyróżnić dwie duże grupy środków kontrastowych – high osmolality contrast media (HOCM) i low osmolality contrast media (LOCM). HOCM cechuje wysoka osmolalność, przekraczająca nawet 7-krotnie osmolalność krwi, dlatego substancje te wywołują bardzo często silną odpowiedź ze strony organizmu. Środki z drugiej grupy są bardziej bezpieczne dzięki niskiej osmolalności (jedynie ok. 2-krotnie większej niż osmolalność krwi) [4].

Podział środków kontrastowych ze względu na uzyskiwany obraz:

Pozytywne środki kontrastowe ze względu na wysokie liczby atomowe pochłaniają duże ilości docierającego promieniowania i powodują wzrost jasności struktur, w których się gromadzą. Do grupy tej zalicza się m.in. powszechnie stosowane rozpuszczalne w wodzie jodowe środki kontrastowe, czy wszelkie związki baru. 

Negatywne środki kontrastowe działają w sposób odwrotny. Zmniejszają pochłanianie promieniowania i powodują zaczernienie obrazu. Cechuje je niska gęstość lub małe liczby atomowe. Negatywnymi środkami kontrastowymi są m.in. woda i powietrze [1,2].

Reakcje niepożądane 

Środki kontrastowe ze względu na specyficzne właściwości, które posiadają, nie pozostają obojętne dla ludzkiego organizmu. Wytyczne ESUR 10.0 dzielą reakcje niepożądane w zależności od czasu jaki upłynął od podania środka kontrastowego na ostre, opóźnione oraz bardzo późne [1,2]. 

Mianem ostrych reakcji niepożądanych określa się te stany, które wystąpiły w ciagu godziny od podania preparatu. Mogą wystąpić po wszystkich rodzajach substancji, przy czym największym ryzykiem ich pojawienia się obarczone są preparaty na bazie jodu. Zwykle mają postać alergopodobnych reakcji nadwrażliwości lub tzw. reakcji chemotoksycznych  spowodowanych fizykochemicznymi właściwościami preparatu [5]. Mogą mieć charakter łagodny, umiarkowany lub ciężki do wstrząsu anafilaktycznego ze zgonem włącznie [5,6]. 

Reakcje opóźnione mają najczęściej postać zmian skórnych (wysypka grudkowo-plamista, rumień, świąd) i są najbardziej typowe dla jodowych środków kontrastowych. Pojawiają się w przedziale od 1 godziny do 1 tygodnia od aplikacji preparatu [7]. 

Nerkopochodne zwłóknienie układowe, którego pierwsze objawy pojawiają się dopiero ok. 2 miesiące po wstrzyknięciu gadolinowych środków kontrastowych [8,9] czy rozwijająca w następstwie podania jodowych środków kontrastowych nadczynność tarczycy zaliczane są do bardzo późnych reakcji niepożądanych [1,10,11]. 

Zastosowanie środków kontrastowych

Mające obecnie zastosowanie metody diagnostyczne różnią się od siebie technikami uzyskiwania obrazu i często rodzajem wykorzystywanego promieniowania, dlatego każda z nich wymaga stosowania środków kontrastowych o specyficznych właściwościach. W rentgenodiagnostyce (konwencjonalne zdjęcia RTG i tomografia komputerowa) zastosowanie znalazły głównie pozytywne środki kontrastowe, takie jak siarczan baru czy preparaty na bazie jodu [1]. Dzięki swoim dużym liczbom atomowym pochłaniają znaczne ilości docierającego do nich promieniowania rentgenowskiego i wzmacniają kontrast między jasnymi a ciemnymi strukturami. Środki negatywne są stosowane znacznie rzadziej.

Rentgenodiagnostyka 

Środki cieniujące, które są wykorzystywane w rentgenodiagnostyce muszą wpływać na sposób przenikania promieniowania. W tomografii komputerowej i konwencjonalnych zdjęciach rentgenowskich wykorzystuje się obie grupy środków kontrastowych – zarówno pozytywne wykazujące bardzo wysoki współczynnik pochłaniania promieniowania oraz negatywne, które swoimi właściwościami wzmacniają zaczernienie struktur, do których docierają. Preparaty z pierwszej grupy są zdecydowanie częściej wykorzystywane. 

Środki na bazie siarczanu baru stosuje się głównie w badaniach przewodu pokarmowego  (zarówno w jedno- i dwukontrastowej technice) [12,13] z wyłączeniem sytuacji, w których podejrzewa się perforacje. Wydostanie się baru poza światło przewodu pokarmowego prowadzi do zagrażającego życiu zapalenia otrzewnej przebiegającego z włóknieniem i wodobrzuszem [14]. W takich przypadkach preferuje się wybór rozpuszczalnej w wodzie gastrografiny. Spośród pozytywnych środków kontrastowych najważniejszą grupą są preparaty na bazie jodu. Najczęściej podawane dożylnie i wykorzystywane do obrazowania naczyń krwionośnych (angiografia, flebografia). Ich wstrzykiwanie wiąże się z wysokim ryzykiem wystąpienia działań niepożądanych, które udało się nieco ograniczyć przez wprowadzenie substancji nie ulegających dysocjacji w roztworach wodnych i o osmolalności zbliżonej do osmolalności krwi [15]. Do negatywnych środków cieniujących zalicza się natomiast powietrze, tlen, dwutlenek węgla oraz gazy szlachetne.

Rezonans magnetyczny 

Rezonans magnetyczny, którego działanie opiera się na polu magnetycznym wymaga podawania zupełnie innych środków kontrastowych. Substancje takie cechować się muszą odpowiednimi właściwościami magnetycznymi i dzieli się je na kilka grup: 

• ferromagnetyki,
• diamagnetyki,
• paramagnetyki
• superparamagnetyki [16].

Cechą charakterystyczną tych środków jest obecność w ich strukturze niesparowanych elektronów o niewielkim polu magnetycznym. Ich oddziaływanie na materię skutkuje skróceniem czasu relaksacji T1 i T2 protonów otoczenia. Tkanka kumulująca środek kontrastowy może wykazać hiperintensywność sygnału w obrazach T1- zależnych lub hipointensywność w obrazach T2-zależnych. 

Paramagnetyki zaliczane do grupy pozytywnych środków kontrastowych skracają czas relaksacji T1. Ich bazowym składnikiem jest najczęściej gadolin, a nieco rzadziej również mangan czy żelazo [17].  

Negatywne środki kontrastowe działają odwrotnie – skracają czas relaksacji T2, przez co intensywność sygnału w tkance wzmocnionej jest mniejsza. Do środków kontrastowych negatywnych zaliczamy superparamagnetyki o małych cząsteczkach oraz ferromagnetyki o cząsteczkach dużych [17].

Ultrasonografia 

Niekiedy również w badaniu ultrasonograficznym, szczególnie w przypadku obrazowania dopplerowskiego, celem uzyskania obrazów o dobrej jakości stosuje się środki kontrastowe. Występują one pod postacią mikropęcherzyków gazu o średnicy 2-10 mikrometrów otoczonych lipidową, lipopolimerową lub polimerową powłoką i są podawane dożylnie [18]. Obecność fosfolipidowej błony chroni środek kontrastowy przed uszkodzeniami mechanicznymi, takimi jak zmiany ciśnienia krwi i pozwala wydłużyć czas jego działania nawet do kilkudziesięciu minut, co umożliwia wykonanie pełnego badania [18,19].

Środki te są bezpieczne, nie obarczone ryzykiem nefrotoksyczności, której obawiamy się w przypadku stosowania licznych środków kontrastowych. Gaz zostaje usunięty z organizmu wraz z wydychanym powietrzem, a składniki osłonki zostają zmetabolizowane w wątrobie [20]. Przeciwwskazania do ultrasonografii ze wzmocnieniem (w skrócie CEUS) obejmują reakcje alergiczne na składniki środka oraz wstrzyknięcia dotętnicze [21].

Bibliografia: 

1. Wytyczne ESUR (European Society of Urogenital Radiology) dotyczące stosowania środków kontrastowych 10.0.
2. Opracowanie prof. dr hab. n. med.  Andrzej Urbanik na podstawie wytycznych European Society of Urogenital Radiology, inforadiologia
3. ,,Radiologia. Diagnostyka Obrazowa” Bogdan Pruszyński, PZWL, 2014
4. Davidson C, Stacul F, McCullough PA, Tumlin J, Adam A, Lameire N, Becker CR; CIN Consensus Working Panel. Contrast medium use. Am J Cardiol. 2006 Sep 18;98(6A):42K-58K. doi: 10.1016/j.amjcard.2006.01.023. Epub 2006 Mar 2. PMID: 16949380.
5. Wu YW, Leow KS, Zhu Y, Tan CH. Prevention and Management of Adverse Reactions Induced by Iodinated Contrast Media. Ann Acad Med Singap. 2016 Apr;45(4):157-64. PMID: 27292007.
6. Broch L, Wester S, Haslund A, Edland A. Anaphylactic reaction to MRI contrast agent. Tidsskr Nor Laegeforen. 2020 May 25;140(8). English, Norwegian. doi: 10.4045/tidsskr.19.0709. PMID: 32463188.
7. Mockenhaupt M. Epidemiology of cutaneous adverse drug reactions. Allergol Select. 2017 Aug 4;1(1):96-108. doi: 10.5414/ALX01508E. PMID: 30402608; PMCID: PMC6039997. 
8. Mathur M, Jones JR, Weinreb JC. Gadolinium Deposition and Nephrogenic Systemic Fibrosis: A Radiologist’s Primer. Radiographics. 2020 Jan-Feb;40(1):153-162. doi: 10.1148/rg.2020190110. Epub 2019 Dec 6. PMID: 31809230.
9. Kaewlai R, Abujudeh H. Nephrogenic systemic fibrosis. AJR Am J Roentgenol. 2012 Jul;199(1):W17-23. doi: 10.2214/AJR.11.8144. PMID: 22733927.
10. van der Molen AJ, Thomsen HS, Morcos SK; Contrast Media Safety Committee, European Society of Urogenital Radiology (ESUR). Effect of iodinated contrast media on thyroid function in adults. Eur Radiol. 2004 May;14(5):902-7. doi: 10.1007/s00330-004-2238-z. Epub 2004 Feb 28. PMID: 14997334.
11. Fradkin JE, Wolff J. Iodide-induced thyrotoxicosis. Medicine (Baltimore). 1983 Jan;62(1):1-20. doi: 10.1097/00005792-198301000-00001. PMID: 6218369.
12. Miller RE. Barium sulfate. Postgrad Med. 1967 Jan;41(1):A91-6. doi: 10.1080/00325481.1967.11696118. PMID: 6036216.
13. Duarte JOM, Pereira PMLP, Sobral ASG, de Oliveira JPR, Rita HJB, de Sousa E Costa JA. Rectal perforation after barium enema: A case report. Clin Case Rep. 2019 Nov 22;7(12):2565-2567. doi: 10.1002/ccr3.2563. PMID: 31893100; PMCID: PMC6935644.
14. Matiasovic M, Nutt A, Parsons K, Doran I. Barium peritonitis with abdominal abscessation. J Small Anim Pract. 2018 Jun 19. doi: 10.1111/jsap.12851. Epub ahead of print. PMID: 29923195.
15. Thomsen HS, Morcos SK. Radiographic contrast media. BJU Int. 2000 Jul;86 Suppl 1:1-10. doi: 10.1046/j.1464-410x.2000.00586.x. PMID: 10961269.
16. Burtea C, Laurent S, Vander Elst L, Muller RN. Contrast agents: magnetic resonance. Handb Exp Pharmacol. 2008;(185 Pt 1):135-65. doi: 10.1007/978-3-540-72718-7_7. PMID: 18626802.
17. Xiao YD, Paudel R, Liu J, Ma C, Zhang ZS, Zhou SK. MRI contrast agents: Classification and application (Review). Int J Mol Med. 2016 Nov;38(5):1319-1326. doi: 10.3892/ijmm.2016.2744. Epub 2016 Sep 21. PMID: 27666161.
18. radiologyinfo, strona edytowana 15 czerwca 2020
19. Chong WK, Papadopoulou V, Dayton PA. Imaging with ultrasound contrast agents: current status and future. Abdom Radiol (NY). 2018 Apr;43(4):762-772. doi: 10.1007/s00261-018-1516-1. PMID: 29508011.
20. Durot I, Wilson SR, Willmann JK. Contrast-enhanced ultrasound of malignant liver lesions. Abdom Radiol (NY). 2018 Apr;43(4):819-847. doi: 10.1007/s00261-017-1360-8. PMID: 29094174.  
21. Harshal Rohidas Patil, MBBS, FACC; Michael L. Main, MD, FACC. Revisiting the Safety Profile of Echocardiography Contrast Agents. American College of Cardiology 2016