Torakochirurgia
Autofluorescence bronchoscopy in diagnostics and treatment of the lung cancer

Wstęp
W krajach wysoko rozwiniętych choroby nowotworowe obok chorób układu krążenia są główną przyczyną zachorowań i zgonów. Wśród nowotworów złośliwych rak płuca zajmuje czołowe miejsce, stanowiąc aktualnie najczęściej występujący nowotwór złośliwy na świecie, charakteryzujący się najwyższą umieralnością. Roczna liczba nowych zdiagnozowanych chorych w Europie przekracza 200 tys. Rak płuca jest przyczyną ok. 20% zgonów wśród wszystkich nowotworów złośliwych – średnio 28% u mężczyzn oraz 10% u kobiet [1, 2].
Pomimo postępów medycyny w zakresie leczenia i diagnostyki oraz propagowania na szeroką skalę działań profilaktycznych niepokojącym zjawiskiem jest utrzymujące się niekorzystne rokowanie w raku płuca i brak poprawy przeżycia, szczególnie w dłuższej perspektywie czasowej.


Bronchoskopia autofluorescencyjna
Zmiany przedinwazyjne dotyczące powierzchni nabłonka są zbyt małe, żeby mogły być identyfikowane w ramach dostępnych technik obrazowania, a także w większości przypadków w konwencjonalnej bronchoskopii. Ograniczenia klasycznej bronchoskopii w wykrywaniu wczesnych zmian nowotworowych były impulsem do rozwoju nowych technik diagnostycznych w bronchologii, w tym bronchoskopii autofluorescencyjnej.
Bronchoskopia autofluorescencyjna jest badaniem, które pozwala odróżnić tkankę prawidłową od zmian patologicznych, wykorzystując różnice we fluorescencji tkanek, co przekłada się na różnobarwny obraz w trakcie badania endoskopowego. Lycette i Leslie już w roku 1965 jako pierwsi donieśli o różnicy w świeceniu między tkanką prawidłową a nowotworową [3].
Zjawisko fluorescencji zachodzi na poziomie komórek
i tkanek i związane jest z obecnością endogennych chromoforów, które charakteryzuje zdolność autofluorescencji po oświetleniu światłem o określonej długości fali na drodze pobudzenia atomów poprzez absorbcję dodatkowej energii niesionej przez fale elekromagnetyczne. Do naturalnych, zidentyfikowanych chromoforów zaliczamy m.in. tryptofan, kolagen, elastynę, porfiryny, NADH i flawoidy. W drzewie oskrzelowym związki chromofobowe występują głównie
w warstwie podnabłonkowej. Światło wzbudzające charakte ryzuje wysoka energia oraz krótka długość fali, natomiast światło wzbudzone niska energia oraz długa fala światła, najdłuższa dla porfiryn 630/690 nm, związków flawinowych 520 nm oraz NADH 470 nm. W roku 1993 wprowadzony został system endoskopii fluorescencyjnej indukowanej światłem (light induced fluorescence endoscope – LIFE). System generuje widzialne światło niebieskie, którego źródłem jest laser helowo-kadmowy. Po oświetleniu dróg oddechowych laserem wykorzystuje się zjawisko słabszej samoistnej emisji przez obszary zmienionej błony śluzowej widocznej
w paśmie barwy czerwonej, w porównaniu z prawidłową błoną śluzową emitującą widmo zielone. Kamera podłączona do endoskopu rejestruje emitowaną fluorescencję, a cyfrowy analizator obrazu przetwarza fale w obraz widoczny na monitorze. Możliwe jest szybkie przełączenie trybu pracy bronchoskopu między światłem białym i niebieskim [4].
Przyczyny osłabienia samoistnej emisji światła fluorescencyjnego wynikają z zaburzeń morfologicznych oraz biochemicznych tkanek, będących następstwem toczącego się procesu chorobowego w błonie śluzowej. Najczęstszym zaburzeniem morfologicznym jest pogrubienie nabłonka
w przebiegu transformacji nowotworowej, ograniczające dostępność światła wzbudzającego do warstwy podnabłonkowej o największej koncentracji cząsteczek fluoryzujących. Do innych przyczyn osłabienia autofluorescencji zaliczamy patologiczne unaczynienie guza, czego wynikiem jest absorpcja światła zielonego przez hemoglobinę, oraz redukcję endogennych fluoroforów w komórce nowotworowej, jako wynik metabolizmu komórkowego.
Osłabienie samoistnej emisji może być spowodowane nie tylko przez zmiany patologiczne związane z procesem kancerogenezy, ale także przez zalegającą wydzielinę, wynaczynioną krew, naczynia krwionośne, stan zapalny, inkrustację pyłem węglowym, zmiany bliznowate czy rzeźbę śluzówki. Badanie endoskopowe powinno być wykonane starannie, przy dobrej współpracy z chorym, w celu jak najmniejszej traumatyzacji błony śluzowej.
Bronchoskopia autofluorescencyjna nie spełnia jednoznacznie kryteriów badania przesiewowego, ale w określonych sytuacjach klinicznych może być metodą bardzo użyteczną, nierzadko wpływającą na dalsze postępowanie lecznicze. Przykładem mogą być chorzy przed planowanym zabiegiem z powodu raka płuca. Badania m.in. van Rensa oraz Pierarda pokazały, że wykonanie bronchoskopii autofluorescencyjnej krótko przed planowanym zabiegiem pozwoliło wykryć u niektórych chorych przypadkowe zmiany o charakterze raka
in situ lub raka inwazyjnego (rak synchroniczny). Według różnych źródeł przedstawianych w literaturze, powyższe zmiany występują w przedziale od 0,7 do 15% [4, 5]. Występowanie zmian przedinwazyjnych czy raka inwazyjnego o charakterze guza synchronicznego, a także drugiego pierwotnego guza
u osób po doszczętnym zabiegu operacyjnym, po części można tłumaczyć obecnością wieloogniskowych zmian w błonie śluzowej, określanych jako pola kancerogenezy (fields of cancerization), które histologicznie odpowiadają metaplazji lub dysplazji różnego stopnia, zawierając m.in. mutacje genów supresorowych i onkogennych [5, 6].
Kontynuowanie palenia papierosów czy stałe narażenie na czynniki środowiskowe zwiększa prawdopodobieństwo rozwoju dalszych etapów kancerogenezy z rakiem inwazyjnym włącznie. Przypadkowe wykrycie ogniska synchronicznego przed planowanym zabiegiem może wpływać na ostateczną zmianę planu leczenia. Wykryte zmiany chorobowe są najczęściej małe, dlatego w koncepcji leczenia powinno rozważyć się połączenie planowanego zabiegu operacyjnego z terapią śródoskrzelową, napromienianiem lub dodatkową resekcją, w zależności od doświadczenia oraz możliwości leczniczych danego ośrodka. Van Rens oraz Pierard wskazują na potrzebę wykonania bronchoskopii autofluorescencyjnej w stosunkowo krótkim czasie przed planowanym zabiegiem chirurgicznym u chorych po pełnym stopniowaniu procesu chorobowego [5, 7].
Chorzy operowani z powodu raka płuca to szczególna grupa osób, która narażona jest na zwiększone ryzyko rozwoju drugiego pierwotnego raka zgodnie z koncepcją wieloogniskowości zmian kancerogenezy. Szczególnie dotyczy to osób, które kontynuują palenie po leczeniu operacyjnym. Ryzyko zachorowania szacuje się na 1–3% w pierwszym roku po zabiegu, natomiast szczyt zachorowania przypada w okresie od 3 do 8 lat po leczeniu operacyjnym. Połowa chorych z rozpoznanym drugim pierwotnym rakiem płuca poddana jest ponownie leczeniu operacyjnemu [8].
W przypadku braku możliwości wykonania reoperacji można rozważyć u tych chorych leczenie śródoskrzelowe, takie jak terapię fotodynamiczną lub brachyterapię, pod warunkiem wczesnego wykrycia zmiany chorobowej. Bronchoskopia autofluorescencyjna jest badaniem, które przynosi wymierne korzyści w tej grupie chorych jako narzędzie monitoringu, umożliwiając wczesną detekcję zmian patologicznych i podjęcie skutecznego leczenia.
Kolejną grupą, u której bronchoskopia autofluorescencyjna umożliwia wykrycie i zlokalizowanie zmian patologicznych, są chorzy z obecnością komórek atypowych lub nowotworowych w badaniu cytologicznym plwociny, bez uchwytnych zmian w obrazie radiologicznym. Konwencjonalna bronchofiberoskopia uwidacznia zmiany nowotworowe jedynie w 29% przypadków, natomiast zastosowanie bronchofiberoskopii autofluorescencyjnej w drugim etapie badania pozwala znacznie zwiększyć możliwość lokalizacji zmiany nowotworowej [9].
Brak aktualnie dostępności badania w rozumieniu profilaktyki wtórnej nie pozwala badać pracowników narażonych na związki karcenogenne w ramach badań przesiewowych.
Pierwsze europejskie wieloośrodkowe badanie z randomizacją przeprowadzone przez Haussingera, ogłoszone
w 2005 r. pokazało, że połączenie bronchoskopii konwencjonalnej z autofluorescencyjną pozwoliło podnieść wskaźnik rozpoznawania zmian przedinwazyjnych w stosunku do badania wyłącznie w świetle białym. Używając różnych systemów autofluorescencji, poddano analizie 1173 osoby po 40. r.ż., palaczy papierosów. Z badania wykluczono chorych z potwierdzoną chorobą inwazyjną. Najwyższy wskaźnik zmian przedinwazyjnych był stwierdzany u chorych
z nieprawidłowym badaniem cytologicznym plwociny oraz z prawidłowym obrazem radiologicznym i wynosił 11,1%, następnie chorzy po zabiegu operacyjnym z powodu raka płuca – 6,7% oraz chorzy z klinicznym lub radiologicznym podejrzeniem raka płuca – 4,6%. Nie stwierdzono zmian przedinwazyjnych u chorych z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc lub narażonych na czynniki zawodowe [10, 11]. W innym badaniu Sato i wsp. w populacji osób będących ciężkimi palaczami z nieprawidłowym badaniem cytologicznym wykazali nadzwyczaj wysoki odsetek zmian dysplastycznych, który wynosił w przybliżeniu 80%, identyfikując głównie zmiany o charakterze dysplazji stopnia małego [12]. Wskaźnik rozpoznawania zmian przedinwazyjnych był oceniany również w badaniu Paris i wsp. U 241 chorych z wysokim ryzykiem dla raka płuca według kryteriów IASLC, wskaźnik rozpoznawania zmian przedinwazyjnych wysokiego stopnia wyniósł 9% i zależał od liczby czynników ryzyka dla raka płuca w odniesieniu do pojedynczego chorego [13].
Kennedy, dokonując przeglądu opublikowanych doniesień dotyczących wykorzystania bronchoskopii autofluorescencyjnej w diagnostyce zmian przedrakowych
i wczesnych postaci raka, stwierdził, że bronchoskopia autofluorescencyjna jest 2,7-krotnie bardziej czuła od bronchoskopii konwencjonalnej w zmianach śródnabłonkowych oraz 6,3-krotnie bardziej czuła po włączeniu do analizy zmian inwazyjnych [14]. Zaletą bronchoskopii autofluorescencyjnej jest wysoka czułość metody w wykrywaniu zmian odpowiadających neoplazji śródnabłonkowej, natomiast stosunkowo niska swoistość, czyli zdolność metody do dokładnej identyfikacji tych osób, które nie chorują [4].
The American College of Chest Physicians rekomenduje bronchoskopię autofluorescencyjną do monitorowania zmian przedinwazyjnych typu dysplazji dużego stopnia oraz raka in situ [15, 16]. Rozróżnienie zmian przedinwazyjnych
o potencjalnej złośliwości w stosunku do zmian ulegających regresji lub stabilizacji jest zagadnieniem złożonym. Banerjee, analizując badania poświęcone zagadnieniu zmian przedinwazyjnych na przestrzeni kilkunastu lat, wykazał, że w kategorii zmian wysokiego stopnia, do których zaliczamy łącznie zmiany typu dysplazji dużego stopnia oraz carcinoma in situ, stosunek zmian, które uległy dalszej progresji, do zmian, które uległy cofnięciu, był porównywalny. Natomiast zmiany o charakterze dysplazji średniego stopnia miały stosunkowo niski wskaźnik progresji, nieprzekraczający 10% [10]. Zagadnieniu oceny biologicznych własności zmian dysplastycznych pod kątem możliwości progresji
w raka z wykorzystaniem bronchoskopii autofluorescencyjnej poświęcone było badanie Hoshino, w którym oceniano aktywność wybranych biomarkerów w zmianach dysplastycznych bioptatów pobranych w trakcie bronchoskopii autofluorescencyjnej na początku badania oraz w badaniu powtórzonym po upływie 6 miesięcy. Autorzy wykazali wysoką aktywność telomerazy, indeksu mitotycznego Ki-67 oraz ekspresji p53 w komórkach, które nadal odpowiadały zmianom dysplastycznym lub uległy transformacji w komórki raka płaskonabłonkowego, sugerując, że powyższe biomarkery mogą być użyteczne w procesie śledzenia kancerogenezy [17]. Rola bronchoskopii autofluorescencyjnej jako metody monitorującej może znacząco wzrosnąć nie tylko z uwagi na badania kliniczne związane z procesem kancerogenezy, ale może pomóc w śledzeniu wyników leczenia śródoskrzelowego lub prowadzonej chemoprewencji. Bardzo ważną cechą morfologiczną zmian przedinwazyjnych jest integralność błony podstawnej zapobiegająca zmianom przerzutowym, co według niektórych autorów może dowodzić, że 90% 5-letnich przeżyć będzie można uzyskać na drodze leczenia zmian śródnabłonkowych [8, 18]. Przegląd wyników badań dokonanych przez Banerjee, a opubliko-wany w roku bieżącym, pokazuje, że u ponad 1/3 chorych z rakiem in situ poddanych terapii zmiany uległy dalszej progresji w kierunku raka inwazyjnego bez względu na metody leczenia. Stosunek chorych, u których zmiany uległy progresji, był podobny do grupy chorych poddanych tylko obserwacji. Liczba chorych z dysplazją dużego stopnia poddanych terapii w dostępnych badaniach była stosunkowo mała, stąd trudno o jednoznaczną ocenę. Wyniki badań pokazują, że miejscowe leczenie raka in situ może być niewystarczające do zahamowania progresji w kierunku raka inwazyjnego, wskazując na potrzebę poszukiwania nowych możliwości leczenia śródoskrzelowego i podkreślając znaczenie bronchoskopii autofluorescencyjnej w procesie monitorowania wyników leczenia [8]. Podobne zastosowanie może mieć bronchoskopia autofluorescencyjna w farmakologicznej profilaktyce (FP, chemoprevention) w odniesieniu do raka płuca, której celem jest zapobieganie lub odwrócenie niekorzystnych zmian w nabłonku dróg oddechowych pod wpływem palenia tytoniu. Pomimo wieloletnich badań obejmujących witaminę A i E, retinoidy, N-acetylocysteinę, kwas salicylowy i oltipraz nie potwierdzono jak dotąd skutecznej profilaktyki farmakologicznej. Stąd zainteresowanie w poszukiwaniu nowych leków wywierających swój efekt na poziomie zaburzeń molekularnych w przebiegu kancerogenezy, co wiąże się z planowaniem projektów badawczych z udziałem dużej liczby uczestników i rolą bron-choskopii autofluorescencyjnej w procesie monitorowania efektów chemoprewencji [8, 19, 20].


Podsumowanie
Prace z wykorzystaniem bronchoskopii autofluorescencyjnej pokazują, że jest to badanie już uznane, mające swoje miejsce wśród metod diagnostycznych w bronchologii. Należy jednak zachować daleko idącą ostrożność w interpretacji zmian, których weryfikacja jest możliwa zarówno poprzez oglądanie w świetle białym, jak i ocenę histologiczną pobranych bioptatów. Na ostateczne rozpoznanie zmian patologicznych, szczególnie o charakterze nowotworzenia śródnabłonkowego, ma wpływ zarówno doświadczenie patologa, jak i osoby wykonującej badanie, które pozwala na precyzyjne pobranie dobrej jakości bioptatów z miejsc
o nieprawidłowej strukturze, zarówno w bronchoskopii konwencjonalnej, jak i autofluorescencyjnej.

Piśmiennictwo
1. Rossi A, Maione P, Colantuoni G, Gaizo FD, Guerriero C, Nicolella D, Ferrara C, Gridelli C. Screening for lung cancer: New horizons? Crit Rev Oncol Hematol 2005; 56: 311-320.
2. Parkin DM, Bray F, Ferlay J, Pisani P. Estimating the world cancer burden: Globocan 2000. Int J Cancer 2001; 94: 153-156.
3. Lycette RM, Leslie RB. Fluorescence of malignant tissue. Lancet 1965; 2: 436.
4. Ikeda N, Honda H, Hayashi A, Usuda J, Kato Y, Tsuboi M, Ohira T, Hirano T, Kato H, Serizawa H, Aoki Y. Early detection of bronchial lesions using newly developed videoendoscopy-based autofluorescence bronchoscopy. Lung Cancer 2006: 52: 21-27.
5. van Rens MT, Schramel FM, Elbers JR, Lammers JW. The clinical value of lung imaging fluorescence endoscopy for detecting synchronous lung cancer. Lung Cancer 2001; 32: 13-18.
6. Jassem E, Szymanowska A, Siemińska A, Jassem J. Palenie tytoniu a rak płuca. Pneumonol Alergol Pol 2009; 77: 469-473.
7. Pierard P, Vermylen P, Bosschaerts T, Roufosse C, Berghmans T, Sculier JP, Ninane V. Synchronous roentgenographically occult lung carcinoma in patients with resectable primary lung cancer. Chest 2000; 117: 779-785.
8. Weigel TL, Kosco PJ, Dacic S, Rusch VW, Ginsberg RJ, Luketich JD. Postoperative fluorescence bronchoscopic surveillance in non-small cell lung cancer patients. Ann Thorac Surg 2001; 71: 967-970.
9. Kennedy TC, Miller Y, Prindiville S. Screening for lung cancer revisited and the role of sputum cytology and fluorescence bronchoscopy in a high-risk group. Chest 2000; 117 (4 Suppl 1): 72S-79S.
10. Banerjee AK. Preinvasive lesions of the bronchus. J Thorac Oncol 2009; 4: 545-551.
11. Häussinger K, Becker H, Stanzel F, Kreuzer A, Schmidt B, Strausz J, Cavaliere S, Herth F, Kohlhäufl M, Müller KM, Huber RM, Pichlmeier U, Bolliger ChT. Autofluorescence bronchoscopy with white light bronchoscopy compared with white light bronchoscopy alone for the detection of precancerous lesions: a European randomised controlled multicentre trial. Thorax 2005; 60: 496-503.
12. Sato M, Sakurada A, Sagawa M, Minowa M, Takahashi H, Oyaizu T, Okada Y,
Matsumura Y, Tanita T, Kondo T.Diagnostic results before and after introduction of autofluorescence bronchoscopy in patients suspected of having lung cancer detected by sputum cytology in lung cancer mass screening. Lung Cancer 2001; 32: 247-253.
13. Paris C, Benichou J, Bota S, Sagnier S, Metayer J, Eloy S, Auliac JB, Nouvet G,
Thiberville L. Occupational and nonoccupational factors associated with high grade bronchial pre-invasive lesions. Eur Respir J 2003; 21: 332-341.
14. Kennedy TC, Lam S, Hirsch FR. Review of recent advances in fluorescence bronchoscopy in early localization of central airway lung cancer. Oncologist 2001; 6: 257-262.
15. Kennedy TC, McWilliams A, Edell E, Sutedja T, Downie G, Yung R, Gazdar A, Mathur PN; American College of Chest Physicians. Bronchial intraepithelial neopla-sia/early central airways lung cancer: ACCP evidence-based clinical practice guidelines (2nd edition). Chest 2007; 132 (3 Suppl): 221-223.
16. Bota S, Auliac JB, Paris C, Métayer J, Sesboüé R, Nouvet G, Thiberville L. Follow-up of bronchial precancerous lesions and carcinoma in situ using fluorescence endoscopy. Am J Respir Crit Care Med 2001; 164: 1688-1693.
18. Kato H. Photodynamic therapy for lung cancer – a review of 19 years’ experience. J Photochem Photobiol B 1998; 42: 96-99.
17. Hoshino H, Shibuya K, Chiyo M, Iyoda A, Yoshida S, Sekine Y, Iizasa T, Saitoh Y,
Baba M, Hiroshima K, Ohwada H, Fujisawa T. Biological features of bronchial squamous dysplasia followed up by autofluorescence bronchoscopy. Lung Cancer 2004; 46: 187-196.
19. Pendyala L, Schwartz G, Bolanowska-Higdon W, Hitt S, Zdanowicz J, Murphy M, Lawrence D, Creaven PJ. Phase I/pharmacodynamic study of N-acetylcysteine/oltipraz in smokers: early termination due to excessive toxicity. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2001; 10: 269-272.
20. Lam S, Xu X, Parker-Klein H, Le Riche JC, Macaulay C, Guillaud M, Coldman A,
Gazdar A, Lotan R. Surrogate end-point biomarker analysis in a retinol chemoprevention trial in current and former smokers with bronchial dysplasia. Int J Oncol 2003; 23:1607-1613.