Agenti di contrasto in medicina: cosa sono e come funzionano

Un punto sulle sostanze che ci aiutano a visualizzare meglio i nostri organi e tessuti durante gli esami per stabilire la diagnosi e seguire la progressione della malattia.

Coloranti e sostanze di varia natura possono essere somministrati prima di alcuni esami diagnostici per immagini e il loro uso è iniziato negli anni immediatamente successivi alla scoperta dei raggi X, avvenuta nel 1895 a opera del fisico tedesco Wilhelm Röntgen.
La proprietà di penetrare attraverso i tessuti corporei rese i raggi X uno strumento cruciale già dal 1896, quando furono, per esempio, utilizzati per individuare fratture e corpi estranei nei soldati italiani di ritorno dalla guerra in Abissinia. Tuttavia, i raggi X non permettono di evidenziare in modo soddisfacente i profili dei tessuti molli e di differenziarli visivamente da quelli circostanti.

Per tentare di superare questi limiti furono sperimentati i primi mezzi di contrasto, sostanze che modificano l’assorbimento dei raggi X dell’area esaminata, permettendo di distinguerla dalle strutture adiacenti ed estendendo così l’applicazione della diagnostica per immagini.

I primi risultati

I primi studi su agenti di contrasto, nel 1898, si basavano sull’osservazione che gli elementi con alto numero atomico assorbivano maggiormente i raggi X. Nel corso degli esperimenti vennero quindi somministrati ad animali di laboratorio e ad arti amputati vari metalli pesanti, tra cui mercurio, piombo e bismuto. Per un certo periodo fu quest’ultimo, sotto forma di sale di bismuto, a essere maggiormente utilizzato per la diagnostica per immagini. In seguito presero il suo posto elementi via via meno tossici, come i sali di bario e iodio, anche se oggi il bismuto è tornato di interesse nell’ambito della ricerca sulle nanoparticelle. Solo verso gli anni Settanta i progressi della chimica organica permisero di ottenere mezzi di contrasto in grado di eliminare gran parte degli effetti collaterali per i pazienti.

Quanti tipi di mezzo di contrasto ci sono oggi?

Oggi esiste un’ampia varietà di mezzi di contrasto per la diagnostica per immagini, che a seconda delle proprietà chimico-fisiche si applicano a diverse tecnologie (radiografia, tomografia computerizzata, risonanza magnetica o ecografia). Le sostanze possono essere somministrate tramite iniezione e somministrazione orale o introdotte in altro modo, per esempio attraverso clisteri rettali, nell’area da visualizzare.

Un mezzo di contrasto ideale dovrebbe essere pratico da somministrare, economico, chimicamente e fisicamente stabile, non tossico né cancerogeno, ben tollerato dal paziente, rapidamente eliminabile dal corpo, né troppo né troppo poco viscoso e in grado di raggiungere una determinata concentrazione nell’area da esaminare.

Una sostanza può fornire contrasto negativo o positivo a seconda che aumenti la trasparenza o l’opacità della zona da esaminare rispetto al tessuto circostante. I gas (aria, ossigeno o anidride carbonica) sono spesso usati come mezzo di contrasto negativo per le radiografie, mentre le già citate soluzioni di iodio e bario sono radio-opache, assorbono cioè le radiazioni ionizzanti e sono usate per creare contrasto positivo. Mezzi di contrasto negativi e positivi possono anche essere usati in combinazione, per migliorare la qualità delle immagini radiografiche; in questo caso si parla di indagini a doppio contrasto come il clisma opaco.

A ciascun mezzo di contrasto il suo esame diagnostico

Il solfato di bario è l’agente di contrasto utilizzato più comunemente per gli esami radiografici dell’apparato digestivo, essendo denso, insolubile in acqua o negli acidi digestivi, stabile, relativamente economico e in grado di distribuirsi in modo uniforme sulla mucosa gastrointestinale. Può essere somministrato in forma di liquido, pasta, pastiglie o tramite clisteri anali, e viene espulso con le feci (solitamente nell’arco di 24 ore). Al paziente, soprattutto in caso di somministrazione endovenosa, può essere richiesto di digiunare per alcune ore prima di assumere il mezzo di contrasto e di bere molta acqua o altre bevande dopo l’esame per favorire l’eliminazione.

Nei casi in cui le soluzioni al solfato di bario siano sconsigliate, si può optare per un mezzo di contrasto a base di iodio, che fornisce un contrasto minore nelle immagini diagnostiche del tratto digestivo ma può rivelarsi più sicuro. Oltre che come seconda scelta per le radiografie gastrointestinali, i preparati a base di iodio sono estremamente diffusi in radiologia, in varie formulazioni a seconda delle molecole con cui lo iodio è legato. Sono generalmente somministrati per iniezione e si usano in particolare per visualizzare le strutture vascolari, e il sistema di escrezione urinario. I mezzi di contrasto a base di iodio si usano comunemente durante l’esecuzione degli esami TAC e vengono somministrati per via endovenosa per evidenziare la diversa vascolarizzazione delle lesioni tumorali rispetto ai tessuti sani e per eseguire gli esami di angio-TC e uro-TC. Inoltre il mezzo di contrasto a base di iodio viene iniettato direttamente nel circolo arterioso tramite l’introduzione di cateteri per eseguire le arteriografie e le coronarografie.

Rispetto alla radiografia, con la risonanza magnetica si possono distinguere più facilmente tessuti molli differenti in base alle loro diverse proprietà magnetiche. Se però si vogliono distinguere tessuti magneticamente simili, è necessario utilizzare mezzi di contrasto paramagnetici. Si tratta tipicamente di composti contenenti gadolinio, somministrati tramite iniezione (anche se in passato sono stati considerati mezzi di contrasto contenenti ossidi di ferro o manganese).

Per gli esami ecografici, invece, si possono usare microbolle gassose contenute in una piccola sfera, di dimensioni inferiori a quelle di un globulo rosso. Queste bolle diventano più brillanti quando riflettono gli ultrasuoni, e questo le rende ideali in particolare per visualizzare i vasi sanguigni e per l’ecografia al cuore. Le microbolle si dissolvono poi nell’arco di una quindicina di minuti e il gas in esse contenuto viene trasportato ai polmoni da cui viene espirato.

Gli esami con microbolle sono ottimali anche per pazienti con problemi renali o allergie ai mezzi di contrasto; le microbolle possono essere direzionate verso un’area definita dotando la loro superficie di specifiche molecole, che vadano ad attaccarsi a tessuti designati aumentando il segnale nei tessuti bersaglio. In alternativa possono essere lasciate libere di fluire per monitorare il flusso di sangue nel sistema circolatorio, valutando la perfusione sanguigna negli organi, la presenza di masse, occlusioni, anormalità strutturali e attività infiammatorie.

Reazioni avverse

Le reazioni avverse ai mezzi di contrasto si classificano generalmente come idiosincratiche e non idiosincratiche. Le prime sono imprevedibili, derivano da una reazione allergica e possono essere fatali in un caso su 170.000 per gli agenti allo iodio; le seconde derivano da meccanismi noti di tossicità chimica o dal passaggio di fluidi dall’interno all’esterno delle cellule, che può disidratarle.

Tali effetti indesiderati sono molto rari nel caso di ingestione o inserimento rettale dei mezzi di contrasto. Nel caso del solfato di bario, le reazioni allergiche sono di solito dovute non all’agente in sé ma agli eccipienti presenti in soluzione. I preparati al bario inoltre si sconsigliano in caso di occlusioni intestinali, dato che possono peggiorarne la gravità e diventano pericolosi in caso di perforazioni del tratto digestivo: se per esempio si riversa nella cavità peritoneale, la soluzione al bario può causare reazioni infiammatorie molto gravi con un tasso di mortalità fino al 50 per cento anche per i pazienti che si trovano già in ospedale.

Anche gli effetti collaterali dei mezzi di contrasto allo iodio sono poco frequenti e perlopiù si tratta di sensazioni di caldo, localizzate o nell’intero corpo. Le reazioni di tipo allergico si presentano con maggiore probabilità in soggetti allergici o asmatici, e possono essere lievi (nausea, viso arrossato, prurito), moderate (reazione cutanea, vomito, brividi) o gravi e rischiose per la vita, come gonfiore alla gola che interferisca con la respirazione, affanno e dispnea, calo della pressione sanguigna e battito cardiaco irregolare. Queste condizioni vanno trattate come una reazione anafilattica, con la massima urgenza.

Possono manifestarsi anche reazioni gravi a carico dei reni (nefropatia da contrasto), specialmente in caso di uso continuativo e prolungato di mezzi di contrasto iodati in persone che abbiano già un problema pre-esistente renale; questo è il motivo per cui ai soggetti che devono eseguire un esame come una TAC con infusione endovenosa di mezzo di contrasto viene prima richiesto l’esame del sangue della creatinina per escludere una pre-esistente insufficienza renale.

Un particolare tipo di reazione indesiderata al gadolinio è chiamata fibrosi sistemica nefrogenica: la pelle, il tessuto connettivo e gli organi si ispessiscono, sviluppando chiazze rosse o scure, rendendo il movimento difficile e limitato e causando il malfunzionamento di alcuni organi. Questa reazione è estremamente rara e solo i soggetti con grave insufficienza renale o in dialisi ne sono a rischio.

In ogni caso, il danno renale causato dal mezzo è molto raro e può essere prevenuto conoscendo prima la funzione renale del paziente e mediante idratazione somministrando fluidi per via endovenosa prima e dopo l’introduzione dell’agente di contrasto.