Experimentální enteroskopie s využitím kapsle s boční optikou

Souhrn

Úvod:

Kapslová endoskopie patří ke standardním diagnostickým metodám vyšetření tenkého střeva. Hlavní výhodou je neinvazivita, a to jak v klinické praxi, tak v experimentu. Cíl: Cílem pilotního projektu bylo vypracovat metodiku vyšetření kapslovou endoskopií s boční optikou u experimentálního prasete a tuto metodiku ověřit na zdravých zvířatech.

Metodika:

Do studie bylo zařazeno celkem šest experimentálních prasat (Sus scrofa f. domestica) o průměrné hmotnosti 37,3 ± 3,0 kg, u kterých bylo provedeno vyšetření kapslovou endoskopií s boční optikou. Úvod vyšetření byl proveden v celkové anestezii, aktivovaná endoskopická kapsle byla zavedena do duodena gastroskopem. Po ukončení vyšetření byla endoskopická kapsle zachycena a data byla stažena a vyhodnocena. U všech zvířat byly hodnoceny endoskopické nálezy, tranzitní čas tenkým střevem, celková doba vyšetření a přehlednost sliznice v jednotlivých segmentech (duodenum, jejunum, ileum).

Výsledky:

Kapslová endoskopie byla provedena bez komplikací u všech zvířat. V jednom případě došlo k návratu a následné perzistenci kapsle v žaludku po celou dobu vyšetření. U zbylých pěti zvířat byl enteroskopický nález v normě.

Závěr:

Experimentální endoskopie pomocí kapsle s boční optikou je technicky proveditelná a představuje metodu vyšetření tenkého střeva vhodnou k použití v preklinických studiích. Enteroskopické nálezy získané touto metodou u experimentálního prasete jsou zcela srovnatelné s nálezy získanými u člověka.

Klíčová slova:

kapslová endoskopie – experimentální prase – preklinické studie – Sus scrofa f. domestica

Úvod

Kapslová endoskopie je metoda využívaná především k vyšetření tenkého střeva (v omezené míře také tračníku). Po schválení prvního modelu endoskopické kapsle (M2ATM, Given Imaging: CMOS čip, jedna optická soustava) pro klinické použití v USA v roce 2001 následoval celosvětově poměrně rychlý nárůst počtu vyšetření a rozvoj nových technologií. Roku 2005 byla do klinické praxe zavedena první endoskopická kapsle využívající CCD čip (EndoCapsule^TM, Olympus), v roce 2007 byla vyvinuta kapsle využívající tkáně jako vodič k přenosu obrazových informací (MiroCam^TM, IntroMedic) a v roce 2016 byla prezentována kapsle s boční optikou a panoramatickým zobrazením sliznice (CapsoCam^TM, CapsoVision).

Kapslová endoskopie se stala díky své vysoké senzitivitě, bezpečnosti a neinvazivitě standardní enteroskopickou metodou. Tyto vlastnosti mohou být výhodné a přínosné také při použití v experimentu. Přesto je stále ještě využití kapslové endoskopie v takových projektech spíše raritní. Problémem je především vysoká cena zařízení a nemožnost jeho opakovaného použití. Experimentální studie s kapslovou endoskopií využívají především anatomické podobnosti gastrointestinálního traktu prasete a člověka [1,2]. Z experimentálních studií se dále stala klasickou práce Appleyarda et al [3] prokazující vyšší senzitivitu kapslové endoskopie v porovnání s push-enteroskopií při detekci barevných rentgen-kontrastních knoflíků (chirurgicky implantovaných do tenkého střeva experimentálních psů). Také naše skupina publikovala opakovaně využití kapslové endoskopie v experimentu na praseti [4,5], vypracovala metodiku vyšetření a ověřila využitelnost experimentální kapslové endoskopie ve farmakologických studiích a diagnostice enteropatie z nesteroidních antiflogistik. Cílem aktuální práce bylo vytvoření metodiky vyšetření v experimentu s využitím kapslové endoskopie s boční optikou, včetně jejího ověření na skupině zdravých zvířat.

Metodika

Pokusným zvířetem bylo v našem experimentu zdravé, dospělé prase domácí (Sus scrofa f. domestica), věk 4–5 měsíců, hybridní plemeno České bílé a Landrace. Do studie jsme zařadili celkem šest zvířat. Průměrná hmotnost pokusných jedinců byla 37,3 ± 3,0 kg. Zvířata byla krmena 2× denně (standardizovaná potrava A1) a měla volný přístup k vodě. Celá studie probíhala ve spolupráci a pod supervizí Centra pokročilých studií Fakulty vojenského zdravotnictví Univerzity obrany v Hradci Králové.

Projekt byl schválen Odbornou komisí (pro zajišťování dobrých životních podmínek pokusných zvířat) Fakulty vojenského zdravotnictví Univerzity obrany podle § 16a zákona č. 246/1992 Sb. – Zákon České národní rady na ochranu zvířat proti týrání (číslo protokolu 14/18 2018).

Veškeré nakládání s pokusnými zvířaty bylo v souladu s Evropskou dohodou o ochraně obratlovců používaných pro pokusné a jiné vědecké účely (č. 123) z roku 1986 [6].

Experimentální zvířata podstoupila vyšetření kapslovou endoskopií. K vyšetření byl použit systém CapsoCam^TM (CapsoVision, Inc., Saratoga, CA, USA). Kapslová endoskopie byla v našem experimentu prováděna nalačno (prasata dostala poslední potravu 24 hod a vodu 8 hod před vyšetřením), k přípravě tenkého střeva nebyly používány žádné očistné roztoky. Vlastní vyšetření bylo zahájeno zavedením aktivované endoskopické kapsle do duodena pomocí flexibilního videoendoskopu (gastroskop GIF-Q160, Olympus Optical Co. Tokyo, Japan). Aktivovaná endoskopická kapsle byla zachycena do polypektomické kličky a následně zavedena pylorem do bulbu duodena. Zavedení endoskopické kapsle bylo provedeno v celkové anestezii; úvod do anestezie byl proveden pomocí intramuskulárně podaného ketaminu (20 mg/kg; Narkamon, Spofa, a. s., Praha, Česká republika), azaperonu (2 mg/kg; Stresnil, Janssen-Pharmaceutica, Beerse, Belgie) a atropinu (0,05 mg/kg; Atropin, Biotika, a. s., Slovenská Ľupča, Slovenská republika). Celková anestezie byla ukončena ihned po úspěšném zavedení endoskopické kapsle. Zvířata byla v průběhu celého vyšetření pod dozorem ošetřovatele. Po obnovení vědomí měla prasata volný přístup k vodě. Endoskopická kapsle byla extrahována ze stolice pokusných zvířat pomocí magnetické hůlky. Obrazová data byla z endoskopické kapsle přenesena do počítače, nález byl hodnocen pomocí softwaru jediným lékařem – gastroenterologem specializovaným na vyšetření kapslovou endoskopií.

Výstupy hodnocení kapslové endoskopie u zdravých prasat

1. Časové charakteristiky vyšetření (tranzitní čas tenkým střevem, celková doba vyšetření).
2. Přehlednost tenkého střeva v jednotlivých segmentech (duodenum, jejunum, ileum), hodnocena třístupňovou škálou (1 – sliznice přehledná, 2 – sliznice částečně přehledná, 3 – sliznice nepřehledná).
3. Endoskopické nálezy v jednotlivých segmentech tenkého střeva.
4. Obrazová databáze normálních enteroskopických nálezů a její porovnání s enteroskopickými nálezy zdravých lidí.

Výsledky

Výsledky experimentu jsou shrnuty v tab. 1. Endoskopicky asistované zavedení kapsle do duodena bylo úspěšné u všech zvířat, délka výkonu se pohybovala od 1 do 6 min (průměr: 4 min, medián: 5 min). V průběhu vyšetření jícnu a žaludku standardním gastroskopem nebyly u pokusných prasat zjištěny v přehlédnuté oblasti žádné patologické nálezy. Duodenum nebylo gastroskopem dále vyšetřováno. Vyšetření kapslovou endoskopií bylo úspěšné u pěti pokusných zvířat. V jednom případě došlo po zavedení kapsle do duodena k jejímu návratu do žaludku již po 5 min a k následné perzistenci kapsle v žaludku do úplného vybití baterií.  Nepozorovali jsme žádné komplikace. Celková délka vyšetření (doba funkce baterií endoskopické kapsle) se pohybovala od 958 do 959 min (průměr i medián 959 min). Céka bylo dosaženo u pěti vyšetření, tranzitní čas kapsle tenkým střevem byl průměrně 267 min. Přehlednost sliznice tenkého střeva byla u pěti pokusných prasat dostatečná ve všech segmentech tenkého střeva (horší přehlednost v ileu ve srovnání s jejunem  a duodenem).

Technická kvalita obrazů tenkého střeva získaných kapslovou endoskopií byla ve všech případech vynikající, nepozorovali jsme žádné poruchy či technické komplikace vyšetření. Enteroskopický nález v tenkém střevě pokusných prasat byl u všech jedinců normální (obr. 1–5).

Diskuze

Prase domácí bylo vybráno ze skupiny velkých laboratorních zvířat pro anatomickou a funkční podobnost jeho gastrointestinálního traktu s člověkem [7]. Tento fakt byl naší skupinou opakovaně potvrzen a publikován při endoskopických, farmakologických i funkčních experimentech [4,5,8–19]. Prase domácí proto považujeme za optimální pokusný model onemocnění tenkého střeva.

Ve výše popsaném experimentu jsme úspěšně vypracovali metodiku vyšetření kapslovou endoskopií prasete při použití kapslového endoskopu s boční optikou. Kapslová endoskopie umožňuje neinvazivní zobrazení sliznice tenkého střeva v dostatečné kvalitě, bez rizika komplikací.

Endoskopická kapsle CapsoCam^TM má některá významná technická specifika, která mohou být při použití v experimentu relativně přínosná. Hlavní výhodou je z našeho pohledu přímé ukládání endoskopických obrazů do paměti kapsle a absence nutnosti umístění snímacích antén či jiných prvků na břiše prasete. Vzhledem k tomu odpadá nutnost udržování zvířete v mnohahodinové celkové anestezii v průběhu vyšetření (celková anestezie je nutná pouze v úvodu pro zavedení endoskopické kapsle do duodena), a minimalizuje se tak možný vliv anestetik na motilitu tenkého střeva, a tím i na kompletnost vyšetření, event. na sledované parametry [18]. Tato vlastnost s sebou ovšem přináší nutnost vyhledání a zachycení kapsle v tračníku zvířete (v případě pitvy), event. ve stolici, na což je potřeba pamatovat při umístění zvířete po zavedení kapsle a při poučení ošetřovatelského personálu. Další výhodou je relativně dlouhá doba snímání (funkce) endoskopické kapsle umožněná jednak absencí zařízení k přenosu obrazových dat a zavedením dalších funkcí umožňujících regulaci rychlosti snímání v závislosti na pohybu kapsle  střevem.

Naše data prokazují, že po endoskopickém zavedení kapsle do tenkého střeva lze očekávat cca 15 hod čistého času k vlastnímu vyšetření tenkého střeva, což je v případě prasete domácího doba zcela dostačující k provedení panenteroskopie. Samotná boční optika (soustava 4 kamer a 16 LED diod umístěných na boku plastové kapsle schopná snímání až 5 snímků/s na 1 kameru a umožňující záznam slizničního povrchu v rozsahu 360° – panoramatické boční zobrazení) představuje poměrně nové řešení endoskopického zobrazení tenkého střeva. Do dnešního dne bylo publikováno pouze několik málo klinických srovnávacích studií prokazujících dostatečné zobrazení oblasti Vaterovy papily (tato oblast představuje slepé místo pro většinu standardních kapslových endoskopů) [20] a shodnou diagnostickou výtěžnost ve srovnání se standardní endoskopickou kapslí u nemocných s krvácením z neurčeného zdroje [21,22]. Podle našeho názoru je možnost získání kompletního zobrazení slizničního povrchu tenkého střeva také prvním krokem umožňujícím další počítačové zpracování (syntézu panoramatických obrazů) a dále event. vytvoření 3D modelu orgánu k provedení virtuální enteroskopie. Reálný klinický přínos a event. další výhody panoramatického bočního zobrazení ve srovnání s uspořádáním snímacích prvků na vrcholu kapsle však budou muset být ještě definitivně  prověřeny.

Experimentální kapslová endoskopie má také některé limity. Přes významnou podobnost trávicího traktu prasete s člověkem existují určitá specifika, která mohou při tomto vyšetření představovat problém. První odlišností je délka tenkého střeva, které musí být vyšetřeno. U dospělého prasete domácího je to cca 12 m, dosahuje tedy zhruba dvojnásobku délky střeva dospělého člověka. Toto klade vysoké nároky především na dostatečnou délku funkce baterií kapsle. Dalším specifikem je přítomnost polypoidní, fibromuskulární řasy uzavírající vstup do pyloru (tzv. torus pyloricus), která může představovat překážku včasné pasáže (rozměry kapsle jsou 31 × 11 mm), a způsobovat tak mnohahodinovou perzistenci endoskopické kapsle v žaludku. Také v naší studii jsme pozorovali návrat kapsle z duodena a její následné setrvávání v žaludku po celou dobu snímání kapsle u jednoho zvířete. Nakonec pozorujeme u prasete domácího také obligátní výskyt kongenitálního faryngeálního divertiklu (podobného Zenkerovu divertiklu u člověka) [23]. Vzhledem k výše uvedenému a k omezené době funkce baterií je podle našeho názoru nezbytné endoskopicky asistované zavedení kapsle do duodena. K uchopení kapsle jsme použili kličku, která umožňuje zachování relativně dobré přehlednosti při zavádění oblastí divertiklu a zároveň snadné uvolnění kapsle v duodenu (ve srovnání s akcesoriem přímo dedikovaným k endoskopicky asistovanému zavádění kapsle či s košíkem). Problémem při použití speciálního zavaděče u prasete je nutnost zavádění kapsle v její dlouhé ose a příčný rozměr zavaděče dosahující 13 mm. Hlavními faktory prodlužujícími endoskopické zavedení kapsle byla v našem projektu vzdálenost kardie (průměrně 60 cm od řezáků) a anatomie žaludku pokusných zvířat. Žaludek prasete domácího je hákovitý, způsobuje tak nežádoucí prověšování gastroskopu.

Další otázku představovala příprava tenkého střeva. V souladu s postupem zavedeným v klinické medicíně jsme vyšetření prováděli pouze nalačno. Vzhledem k délce tenkého střeva prasete a stavu přípravy (u žádného zvířete nebylo v distálním ileu dosaženo přípravy stejně kvalitní jako v orálních partiích tenkého střeva – obr. 4) bude pravděpodobně v budoucnosti optimální prodloužení lačnění či použití perorálních roztoků polyethylenglykolu.

Zajímavou problematiku představuje určování polohy endoskopické kapsle v tenkém střevě. V současnosti je poměrně hrubé a nepřesné z několika důvodů. Součástí systému kapslové endoskopie není žádné specializované zařízení umožňující přesnou lokalizaci nálezu, dále chybějí přesně anatomicky (endoskopicky) definované hranice mezi jejunem a ileem a pohyb kapsle tenkým střevem není vždy rovnoměrný. Na druhou stranu je alespoň orientační představa o poloze nálezu nutná pro vzájemnou porovnatelnost dat v experimentu, proto jsme sami používali metodu hrubého odhadu polohy (použitím času vyšetření od zavedení kapsle do duodena).

Enteroskopické nálezy získané kapslovou endoskopií byly ve všech případech normální (obr. 1–3) a pouze mírně odlišné od normálních nálezů u lidí (výraznější Peyerovy plaky – obr. 5, řidší nebo chybějící příčné řasy, širší a nižší klky), ačkoli přímé srovnání endoskopických obrazů získaných standardní endoskopickou kapslí a kapslí s boční optikou je jistě poněkud limitované.

Závěry

V experimentu s prasetem domácím jsme vypracovali a ověřili metodiku vyšetření kapslovou endoskopií s použitím kapsle s boční optikou. Nálezy jsou srovnatelné s vyšetřením tenkého střeva pomocí standardní kapsle. Základními výhodami kapsle s boční optikou v experimentu jsou absence nutnosti vysílání signálu v průběhu vyšetření (dochází k ukládání záznamu vyšetření přímo do paměti kapsle), a tedy i absence nutnosti celkové anestezie v průběhu celého vyšetření a délka funkce kapsle přesahující 15 hod.

Práce byla podpořena z projektu PROGRES Q40-15 (Univerzity Karlovy).

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do biomedicínských časopisů.

Doručeno: 6. 6. 2018

Přijato: 21. 7. 2018

doc. MUDr. Ilja Tachecí, Ph.D.

II. interní gastroenterologická klinika LF UK a FN Hradec Králové

Sokolská 581 500 05 Hradec Králové

tachecii@lfhk.cuni.cz