Paper de l’edema miocardíac en el dany per isquèmia – reperfusió. Estudi de la distribució de l’edema mitjançant ressonància magnètica

Abstract

INTRODUCCIÓ: L’edema miocardíac apareix en el context de situacions clíniques de dany miocardíac molt variades, com el dany per isquèmia reperfusió, la miocarditis i el rebuig del cor trasplantat. Hi ha dades a la literatura que suggereixen el seu efecte deleteri sobre el miocardi, bé afavorint la mort o la disfunció dels cardiomiòcits. Però els efectes perjudicials de l’edema miocardíac varien en funció de la seva distribució (intra o extracel·lular). Tot i així no s’ha aconseguit fins el moment intervenir sobre l’edema miocardíac de mode eficaç o amb benefici clínic demostrable. HIPÒTESI: L’edema miocardíac contribueix a la mort cel·lular secundària al dany per isquèmia reperfusió i la reducció controlada de l’edema del miocardi en aquest context permet reduir la mort cel·lular. MATERIAL I MÈTODE: Per contrastar la hipòtesi s’ha posat a punt un mètode per quantificar i valorar la distribució de l’edema miocardíac en un model animal i s’ha estudiat la utilitat de diferents seqüències d’imatge de ressonància magnètica per determinar la distribució de l’aigua al miocardi. S’ha analitzat l’efecte protector enfront la mort cel·lular de la reducció de l’edema miocardíac causat per la isquèmia reperfusió i també l’impacte sobre l’edema miocardíac d’una estratègia de reducció de la mort cel·lular causada pel dany per isquèmia reperfusió. Finalment s’ha valorat la possible translació clínica de les seqüències d’imatge de ressonància magnètica estudiades experimentalment. Els estudis experimentals s’han dut a terme en un model animal de rata, fonamentalment treballant amb cor aïllat de rata sotmès a perfusió salina (estudis en cor intacte, no perfós únicament per establir un control) amb protocols de perfusió diferenciats per la seva osmolaritat, tot causant edema miocardíac amb diferents patrons pel que fa la distribució de l’aigua. Per a la quantificació del contingut d’aigua total s’ha utilitzat la liofilització. Per mesurar aigua extracel·lular s’ha emprat quelat de gadolini com a marcador d’espai extracel·lular. L’aigua intracel·lular no es mesura directament sinó que es calcula com la diferència entre l’aigua total i l’extracel·lular. Els estudis d’imatge s’han realitzat en els cors de rata aïllats o explantats en un iman vertical Bruker Advance de Siemens de 9T. S’han aplicat seqüències potenciades en T2, en difusió i seqüències amb temps d’eco prolongats per estimar la densitat protònica. S’ha estudiat la correlació entre la distribució de l’aigua mesurada amb els quelats de gadolini i els valors aportats per les imatges. Els estudis pilot en pacients s’han realitzat en pacients amb infart agut de miocardi o discinèsia apical transitòria segons un protocol aprovat pel CEIC local, afegint una seqüència de difusió a l’estudi de cardioressonància magnètica habitual que inclou seqüència potenciada en T2. En un cas s’ha intentat adquirir un estudi de densitat protònica. RESULTATS: Les dades experimentals mostren que el mètode basat en quelats de gadolini per mesurar espai extracel·lular és reproduïble i vàlid. L’anàlisi de les imatges mostra que l’increment de senyal tant de T2 com de difusió reflecteix el contingut d’aigua extracel·lular, mentre que la densitat protònica reflecteix el contingut d’aigua total. Els estudis d’isquèmia reperfusió en model de cor de rata aïllat mostren que la reducció de l’edema miocardíac amb perfusió hipertònica té un efecte protector, tot reduint la necrosi, alhora que la prevenció de la mort cel·lular secundària al dany per isquèmia reperfusió amb blebbistatina redueix l’edema miocardíac. L’estudi pilot en pacients és coherent amb aquestes dades experimentals ja que tant els pacients amb infart agut de miocardi com els pacients amb discinèsia apical transitòria presenten increment de senyal de difusió en els mateixos segments amb increment de senyal en T2. CONCLUSIÓ: L’edema miocardíac causat per la isquèmia reperfusió contribueix a la mort cel·lular durant la reperfusió.

INTRODUCTION: Myocardial edema is related to different clinical situations with heart damage, as ischemia reperfusion injury, myocarditis or graft rejection. There are data in the literature suggesting deleterious effects of myocardial edema, favoring cardiomyocyte death or dysfunction. These detrimental effects of myocardial edema may vary depending on the distribution of myocardial edema (into the intra and extracellular spaces). Nevertheless there is no solid evidence that reducing myocardial edema in a clinical setting is possible or leads to clinical benefit. HYPOTHESIS: Myocardial edema contributes to cell death in the setting of ischemia reperfusion injury as well as limitation of myocardial edema in this setting leads to a reduction of necrosis. MATERIALS AND METHODS: In order to test this hypothesis a new method to determine water distribution on the intracellular and extracellular spaces has been set on in an animal model and the meaning of the data obtained from different cardiac magnetic resonance imaging sequences in order to establish myocardial water distribution has been tested. In addition, we analyzed the protective effect of reducing myocardial edema due to ischemia reperfusion injury as well as the repercussion of reducing necrosis with blebbistatin on myocardial edema, also in the setting of ischemia reperfusion. Clinical translation of basic findings on cardiac magnetic resonance imaging has been evaluated. Basic research has been conducted on saline perfused isolated rat heart (studies on intact heart only to establish control reference) treated with various perfusion protocols characterized by different osmolarity in order to induce myocardial edema with different patterns of water distribution. Total water content has been measured by freeze-dry method. Extracellular water content has been measured using gadolinium chelates as markers of extracellular space. Intracellular water is not direct measured but comes from subtraction of extracellular water to total water content. Magnetic resonance imaging has been acquired on explanted hearts in a vertical Bruker Advanced 9T magnet (Siemens). Image acquisition included: T2 weighted, diffusion weighted and proton density (with very long echo time) dedicated sequences. Correlation between water distribution provided by gadolinium chelates and image data has been tested. Pilot studies on patients have been carried on patients with acute myocardial infarction and apical ballooning syndrome (protocol approved by local clinical ethics committee): this experimental protocol added a diffusion dedicated sequence to the routine cardiac magnetic imaging study (which included a T2 weighted set). Only in one patient a proton density dedicate sequence was intended. RESULTS: Data from basic research experiments showed validity of gadolinium chelate method to quantify extracellular water. Imaging analysis showed that both T2 and diffusion signal increase are related to extracellular water while proton density signal is related to total water content. Ischemia reperfusion experiments on the saline perfused isolated rat model showed protective effect (as less necrosis) of edema reduction using hypertonic perfusion as well as myocardial edema reduction when necrosis prevention was achieved using blebbistatin at early reperfusion. Clinical pilot study is consistent with those data, as far as both acute myocardial infarction and apical ballooning syndrome patients showed diffusion increased signal on those segments with increased T2 weighted signal. CONCLUSION: Ischemia reperfusion injury leads to myocardial edema which in turn contributes to myocardial cell death during reperfusion.