Mezzi di contrasto in Radiologia

Tecniche contrastografiche

Generalità

La contrastografia naturale sfrutta le naturali differenze di assorbimento dei raggi X nei tessuti organici in rapporto alla loro diversa composizione chimica e al loro diverso spessore. L'assorbimento è direttamente proporzionale al peso atomico dell'oggetto. Il contrasto è la capacità di discriminare due diversi materiali con densità atomica differente, in base alla scala di grigio. Il contrasto naturale è tra organi e strutture adiacenti, o nel contesto di un determinato organo o struttura. L'esame diretto è ogni indagine radiologica che studia un organo, un distretto corporeo o un apparato sulla base del solo contrasto naturale.

Utilità dell'esame diretto

• Apparato scheletrico: risolve quasi tutte le situazioni diagnostiche;
• Apparato respiratorio: risolve quasi tutte le situazioni diagnostiche;
• Cuore e grossi vasi: valutazione dimensione, conformazione, pulsatilità del cuore e dei grossi vasi toracici. Contrasto per lo studio anatomico cavità cardiache;
• Mediastino: importante se realizzato con TC;
• Diaframma: valore limitato;
• Vasi sanguigni: calcificazioni parietali;
• Apparato digerente: addome acuto (perforazione, occlusione);
• Fegato, pancreas, milza: valore limitato;
• Vie biliari: dimostrazione dilatazione alla TC.

Contrastografia artificiale

La contrastografia artificiale utilizza sostanze estranee atte a modificare l'assorbimento ai raggi X di organi e tessuti che sono simili per composizione e/o spessore rispetto ad organi ed apparati circostanti. Queste sostanze prendono il nome di Mezzi di Contrasto e si distinguono in:

• M.d.C. negativi (o radiotrasparenti) e M.d.C. positivi (o radiopachi) a seconda che presentino un assorbimento inferiore o superiore a quello degli organi nei quali vengono immessi.

A) M.d.C. negativi (radiotrasparenti)

Sostanze che presentano un assorbimento delle radiazioni inferiore a quello degli organi nei quali vengono introdotti. Sostanze allo stato gassoso, con molecole molto rarefatte (aria e CO₂);

• Densità molto scarsa;
• Numero atomico basso (es. pneumoencefalografia; retropneumoperitoneo; colonografia-TC).

B) M.d.C. neutri

Sostanze che presentano un assorbimento delle radiazioni superiore ai M.d.C negativi ed inferiore ai M.d.C positivi. Sostanze allo stato liquido (acqua e metilcellulosa) (es. enteroclisi; enteroclisi-TC).

C) M.d.C. positivi (radiopachi)

Sostanze che danno luogo ad un assorbimento delle radiazioni superiore a quello degli organi e tessuti nei quali vengono introdotti;

• Struttura molecolare complessa;
• Elevato numero di elettroni;
• Elementi più utilizzati: Bario (Z:56) e Iodio (Z:53); non "puri", ma inglobati in composti molto stabili dai quali questi elementi, nell'organismo umano, non possono liberarsi.

Questi hanno delle caratteristiche che vanno rispettate:

• Elevata radio-opacità garantita dal contenuto in elemento (o elementi) ad alto numero atomico;
• Buona tollerabilità: Il M.d.C. ideale non dovrebbe avere alcuna tossicità;
• Assenza di attività farmacologica: La funzionalità di organi ed apparati non deve essere modificata dall'introduzione nell'organismo di un M.d.C.;
• Rapida e totale eliminazione: Il M.d.C utile all'espletamento dell'indagine diagnostica deve essere totalmente e rapidamente eliminato dall'organismo.

M.d.C. baritati

Condizione essenziale ed indispensabile è che il solfato di bario sia puro, ovvero non mescolato ad altri sali dello stesso elemento. Il bario, infatti, se assorbito dall'organismo, è altamente tossico. Tutti i suoi sali solubili in H₂O, se immessi nel tubo digerente, vengono assorbiti e risultano estremamente pericolosi. In letteratura sono citati casi mortali per somministrazione di cloruro di bario erroneamente mescolato al solfato di bario. Il solfato di bario, usato specificatamente per l'esame del tubo digerente, possiede le caratteristiche generali richieste ad un buon mdc opaco:

• Elevata radio-opacità: garantita dall'alto contenuto in elettroni del Bario (56) rispetto agli elementi dei tessuti dell'organismo.
• Tollerabilità: leggero effetto costipante che può presentarsi in soggetti anziani con scarsa motilità intestinale.
• Assenza di attività farmacologica: nel transito attraverso il tubo gastro-intestinale si comporta da sostanza inerte che non esercita alcuna azione farmacologica.
• Rapida e totale eliminazione: il non assorbimento da parte dell'organismo ne consente una rapida e totale eliminazione.

Inizialmente preparazioni di BaSO₄ in polvere purissima confezionata in sacchi (10-50 kg) o in buste (100 g) che in H₂O va in sospensione (non in soluzione!). Particelle di dimensioni variabili (1-10 micron; media 2,5 micron); ogni particella contiene qualche migliaio di cristalli elementari rombici tetramolecolari di 1 millimicron. La sospensione in acqua viene approntata a diverse concentrazioni in relazione ai diversi tratti dell’apparato gastro-enterico da esaminare.

• Stomaco: 60% P/V
• Colon: 40% P/V (P/V = Peso/Volume = g/100 ml)

Successivamente a queste preparazioni in polvere si sono affiancate sospensioni già pronte per l'uso (es. ProntoBario). La tecnica di esame a contrasto singolo per i mezzi di contrasto baritati è inizialmente riempire il viscere in esame, distendere le pareti di questi e infine opacizzarlo riproducendone il calco. La tecnica di esame a doppio contrasto è una tecnica che si avvale sia dei M.d.C. positivi sia di quelli negativi, che associati servono per visualizzare il tubo digerente. È una tecnica particolarmente adatta ad evidenziare le superfici interne degli organi digestivi (chiamata esame di superficie). Per lo studio di stomaco e duodeno ci sono dei preparati effervescenti, come il Duogas che è composto da bicarbonato di sodio, acido citrico e agenti antischiuma, e servono per la produzione di gas (M.d.C. negativi) e allargano le pareti. Per lo studio dell’intestino tenue si utilizza Enteroclisi che è metilcellulosa, CO₂ e aria. Per lo studio del colon si utilizza aria e un clisma opaco a doppio contrasto. Nella tecnica di esame a doppio contrasto, il buon verniciamento si ottiene quando la pellicola di BaSO₄ è:

• Uniforme
• Di strato sufficientemente sottile (spessore non superiore a qualche centinaio di micron) da non mascherare i reperti normali e quelli patologici.
• Priva di crepature: eventuali soluzioni di continuo della pellicola possono creare dubbi interpretativi.
• Resistente agli effetti dinamici di rottura (movimenti dell'apparato gastroenterico=peristalsi).
• Radio-opaca: elevata densità, tanto da consentire un buon contrasto anche a strato sottile.

Proprietà chimico-fisiche del solfato di bario

Le proprietà chimico-fisiche di una buona sospensione di solfato di bario sono:

• Opacità
• Viscosità
• Stabilità
• Adesività

1) Opacità

Caratteristica strettamente legata alla quantità di bario presente nella sospensione e dipendente pertanto dal peso specifico della sospensione stessa. Peso specifico: rapporto fra il peso in grammi della sospensione ed il peso di un egual volume di acqua. Peso specifico ed opacità, quindi, dipendono entrambi dalla concentrazione della sospensione. Maggiore sarà la concentrazione (il contenuto) in BaSO₄ della sospensione, maggiore sarà il suo peso specifico ed anche il suo potere contrastografico.

2) Viscosità

Caratteristica chimico-fisica della sospensione che esprime l’attrito interno reciproco degli strati fluidi e delle particelle e l'adesività alle pareti del contenitore. A sospensione avvenuta, ciascuna particella assorbe alla sua superficie molecole di H₂O e ioni OH-. L’H₂O riduce la tendenza delle particelle a sedimentare; gli ioni OH-, in virtù della repulsione elettrostatica indotta tra particella e particella, riducono la tendenza di queste ad aggregarsi (flocculazione). L'assorbimento di acqua di imbibizione è un fenomeno di superficie. Quanto maggiore è la superficie totale delle particelle baritate presenti in un certo volume di sospensione, tanto maggiore sarà l'acqua sottratta alla fase disperdente con conseguente aumento della viscosità della sospensione stessa. La viscosità è direttamente proporzionale al contenuto (concentrazione) in BaSO₄ della sospensione. L'aumento della viscosità si può ottenere, a parità di contenuto in BaSO₄:

• Con la diminuzione del diametro delle particelle in sospensione.
• Con l’aggiunta alla fase disperdente (Acqua) di additivi ad azione viscosizzante (carbossimetilcellulosa, gomma ghatti)

La diminuzione della viscosità si può ottenere:

• Con l'aumento del diametro delle particelle in sospensione
• Aggiungendo alla sospensione additivi ad azione "peptizzante".

“Additivi peptizzanti“: sostanze in grado di promuovere la liberazione di acqua di imbibizione da una sospensione in modo da aumentare la quantità di acqua libera [es. citrato di sodio: gli ioni “citrato” (non idratati) prendono il posto degli ioni “solfato” (fortemente idratati), così che si riduce l’idratazione delle particelle e aumenta l’acqua libera]. La viscosità del M.d.C deve essere differenziata a seconda del segmento digestivo da esaminare; essa è massima per l’esofago e diminuisce per lo stomaco ed ancor più per il colon.

3) Stabilità

Capacità del M.d.C di rimanere immodificato durante il transito gastro-intestinale. La stabilità di una sospensione baritata dipende, in larga misura, dalle caratteristiche dell'ambiente nel quale essa viene immessa. Gli inconvenienti (effetti indesiderati) ai quali le sospensioni baritate possono andare incontro sono:

Sedimentazione

Progressiva separazione della fase sospesa (che si raccoglie sul fondo) dalla fase sospendente legata al peso specifico delle sospensioni di particelle di BaS₄.

Ostacolata se aumenta la viscosità globale della sospensione, diminuendo il diametro delle particelle della fase, sospesa (particelle di BaSO₄) o aggiungendo alla fase sospendente (H₂O) additivi ad azione viscosizzante (carbossimetilcellulosa, gomma ghatti).

Flocculazione

Progressiva "aggregazione" delle particelle baritate, sospese in "fiocchi" di dimensioni millimetriche, rapidamente sedimentanti (flocculazione chimica). È la risultante degli urti continui tra particelle, dovuti all'inevitabile agitazione meccanica della sospensione. Le particelle baritate, nell'acqua, hanno una carica lievemente negativa dovuta all'assorbimento in superficie di radicali ossidrilici (OH-) in competizione con le molecole di H₂O. La carica ne impedisce la aggregazione e quindi la formazione di nidi di flocculazione.

Viene contrastata:

• Uniformando le dimensioni delle particelle baritate (1 micron: micronizzazione), eliminando così i nidi di attrazione costituiti dalle particelle più grandi.
• Aumentando le cariche negative delle particelle con l'aggiunta di additivi viscosizzanti contenenti gruppi ossidrilici (OH-). (es. sale sodico della carbossimetilcellulosa e gomma arabica: additivi viscosizzanti).
• Aumentando la viscosità della sospensione: si limitano i movimenti delle particelle.

Viene agevolata:

• Da una notevole variabilità delle dimensioni delle particelle baritate, potendo le più grosse agire da nidi di attrazione delle più piccole.
• Presenza di polimeri proteici e glicoproteici nel tubo digerente che si comportano in maniera elettricamente diversa a seconda del pH del mezzo nel quale si trovano. ES. Stomaco: pH fortemente acido; la carica superficiale dei polimeri è positiva: i polimeri si comportano da nidi agevolando la flocculazione e, nel contempo, ostacolando l'adesione del bario alle pareti, ne compromettono il verniciamento. Negli altri segmenti intestinali, dove il pH tende all'alcalinità, la carica superficiale è negativa.

4) Adesività

L'adesività alla mucosa gastro-intestinale del M.d.C in pellicola sottile (ma sufficientemente contrastante), omogenea e resistente è, in sostanza, il fine al quale si tende per ottenere un buon verniciamento nell'esame "a doppio contrasto" del tubo digerente.

Meccanismo:

• Assorbimento di particelle baritate da parte di colloidi mucoproteici e glicoproteici ricoprenti, come un velo, la superficie mucosa (microsedimentazione);
• Attrazione elettrostatica delle particelle baritate dotate di carica superficiale negativa da parte dei polimeri proteici e glicoproteici ricoprenti la superficie mucosa (microflocculazione), questi ultimi con carica elettrica positiva (stomaco) e negativa (altri segmenti intestinali).

Le più favorevoli condizioni di adesione del mdc alla mucosa si ottengono in assenza di secrezioni: tale evenienza, entro certi limiti, si può ottenere a livello colico con l’uso di farmaci anti-secretivi anti-colinergici (p.es.: atropina); è meno agevole a livello gastrico. Per migliorare l’adesività alla mucosa, è opportuno agevolare la miscibilità della sospensione baritata con i secreti gastro-enterici, aggiungendo adeguati additivi in relazione al tipo ed alla quantità di secrezioni presenti nei vari tratti del tubo digerente:

• Derivati della cellulosa
• Gomma ghatti
• Gomma arabica
• Pectine
• Amido
• Gelatina
• Agar

Tali additivi, che rivestono le particelle grazie all’elevato numero di gruppi ionici lungo la loro struttura lineare, ne favoriscono l’adesione con un vero e proprio meccanismo "collante". Inoltre gli additivi viscosizzanti (derivati dalla cellulosa; gomma arabica), aumentando la viscosità del sistema, ne agevolano l'adesività alla mucosa riducendo la scorrevolezza. Quindi gli effetti indesiderati dei M.d.C. a doppio contrasto sono la sedimentazione, flocculazione e la scarsa adesività alla parete. Si aggiungono anche la segmentazione della colonna baritata e la formazione di schiuma.

Segmentazione della colonna baritata

È un inconveniente più facilmente riscontrabile a livello del tenue.

Cause:

• Scarsa miscibilità della sospensione con i secreti del lume gastro-intestinale
• Rallentamento del transito

Favorita da:

• Aumento della viscosità che porta, come conseguenza diretta, a un rallentamento del transito.

Ostacolata da:

• Additivi acceleranti il transito (sorbitolo).
• Sostanze tensioattive (Saponine, Tween) in grado di aumentare la miscibilità con il muco.

Formazione di schiuma

La tensione superficiale della sospensione, necessaria non solo per migliorare la stabilità ma anche la miscibilità con i secreti e l'adesività alla parete, sembra facilitare la formazione di schiuma.

La formazione di schiuma è facilitata da:

• Additivi tensioattivi (citati nella diapositiva precedente);

La formazione di schiuma è ostacolata da:

• Aumento della viscosità; aggiunta alla sospensione di elettroliti che neutralizzano il pH.

P.es.: siliconi (simeticone): entrano nella composizione delle polveri effervescenti impiegate come contrasto negativo nell’esame dello stomaco.

Controindicazioni

Il solfato di bario è una sostanza inerte e non provoca reazioni allergiche. Va tuttavia evitato nel sospetto di:

• Perforazione gastrica o intestinale;
• Deiscenza di anastomosi chirurgiche;
• In presenza di fistole.

Il solfato di bario può causare severe reazioni granulomatose se viene a contatto con le sierose peritoneali. In tali casi si ricorre ad un mezzo di contrasto iodato idrosolubile, che ha tuttavia minor opacità del solfato di bario e non permette lo studio di superficie delle mucose (possibile solo studio a contrasto singolo).

M.d.C. baritati conclusioni

• La preparazione di sospensioni baritate idonee a garantire un verniciamento della parete gastro-intestinale è assai complessa.
• Spesso la composizione precisa delle sospensioni è stata tenuta segreta per motivi commerciali.