Predictores biomecánicos de dilatación en aorta ascendente en población con válvula aórtica bicúspide mediante resonancia magnética 4D flow

Abstract

Antecedentes: Los diferentes fenotipos de fusión -derecho-izquierdo (RL) o derecho-no coronárico (RN)- de la válvula aórtica bicúspide (VAB) se asocian con distintos morfotipos de dilatación. La dilatación se ha relacionado con alteraciones en la tensión de corte (wall shear stress, WSS) secundarias a un diferente comportamiento del flujo en VAB, aunque algunos estudios sostienen que podría verse favorecida por un daño biomecánico intrínseco en la pared aórtica. En nuestro estudio, utilizamos la técnica de CRM 4D-flow para realizar un análisis integral de la biomecánica y la hemodinámica regional en la aorta torácica de los pacientes VAB con objeto de determinar su implicación en los distintos morfotipos de dilatación. Métodos: Utilizando CRM 4D flow, caracterizamos la biomecánica aórtica regional, distintos parámetros de flujo y el WSS vectorial en la aorta torácica en 136 pacientes VAB (76.5% RL, 23.5% RN), comparados con grupos control tricúspide (VAT) (n=60) y con síndrome de Marfan (SM) (n=44) y evaluamos la relación independiente de los distintos parámetros con cada morfotipo de dilatación. Resultados: Un 23.8% de los VAB presentaron morfotipo no dilatado, 10.9% raíz y 65.3% ascendente. La dilatación del arco afectó principalmente al fenotipo RN (85.7% RN vs 46.9% RL). El análisis biomecánico no reportó diferencias entre VAB y VAT, mientras que los SM presentaron mayor rigidez aórtica, incluso en ausencia de dilatación. La velocidad de onda de pulso (VOP) en AoAsc presentó un patrón bifásico en VAB, disminuyendo en los primeros grados de dilatación y aumentado entorno al diámetro de 50 mm. Sólo la VOP (y no la distensibilidad aórtica) presentó relación independiente con la dilatación en VAB. En el análisis de flujo, los distintos fenotipos bicúspide manifestaron patrones diferenciados: en los RL-VAB, los perfiles de velocidad y las regiones de máximo WSS axial se distribuyeron homogéneamente en la pared anterior-derecha; mientras que en el RN-VAB la variabilidad fue mayor, con un jet de salida posterior que se desplaza anteriormente en la AoAsc media-distal. El flujo rotacional y el WSS circunferencial en AoAsc fueron mayores en los RN-VAB, mientras que el WSS axial fue mayor en la AoAsc proximal-media de los RL. La excentricidad del flujo (desplazamiento) y el WSS axial en AoAsc proximal se relacionaron independientemente con el morfotipo raíz, y el WSS circunferencial y el flujo retrógrado sistólico en la AoAsc media con el ascendente. En los pacientes RN-VAB persistieron un mayor flujo rotacional y WSS circunferencial en el arco aórtico proximal-medio, coincidiendo con una mayor prevalencia de dilatación. El flujo rotacional fue también mayor en los VAB con arco dilatado, que presentaron asimismo un flujo más excéntrico en el arco proximal. En el análisis multivariado, la dilatación del arco se relacionó de forma independiente con el flujo rotacional y retrógrado, así como con el sexo masculino y el fenotipo RN. En las regiones respetadas por la dilatación (arco distal y aorta descendente), los parámetros de flujo convergieron a los valores en voluntarios sanos. Conclusión: Los VAB no presentan alteraciones intrínsecas en la biomecánica aórtica que puedan justificar la dilatación, si bien la VOP detecta un aumento de la rigidez en torno a los 50 mm. La diferente expresión de la dilatación en AoAsc y arco se relaciona con características específicas del flujo: el incremento del WSS axial en la AoAsc proximal podría determinar el morfotipo raíz en los RL-VAB, mientras que el morfotipo ascendente en los RN podría relacionarse con el incremento del WSS circunferencial en la AoAsc media y distal que, extendido al arco, se relacionaría con la dilatación a este nivel. La evaluación de estos parámetros podría permitirnos identificar pacientes VAB con mayor riesgo de aortopatía y eventos asociados.

Background: Different cusp-fusion bicuspid aortic valve (BAV) phenotypes -right-left (RL) or right-non-coronary (RN)- are associated with different dilation morphotypes. Aortic dilation has been related to alterations in wall shear stress (WSS) secondary to a different flow behavior in BAV, although some studies argue that it could be favored by an intrinsic biomechanical damage in the aortic wall of these patients. In our study, using CRM 4D flow, we aim to perform an integral analysis of regional biomechanics and hemodynamics in the thoracic aorta of BAV patients to determine their contribution in the different dilation morphotypes. Methods: Using CRM 4D flow, we characterized the regional aortic biomechanics, different flow parameters and vectorial WSS in the thoracic aorta of 136 BAV patients (76.5% RL, 23.5% RN), compared with tricuspid aortic valve (TAV) (n=60) and Marfan syndrome patients (MS) (n=44) control groups, and we evaluated the independent relationship of the different parameters with each dilation morphotype. Results: The ascending aortic (AscAo) morphotype was non-dilated in 23.8% of BAV, root-morphotype in 10.9% and ascending-morphotype in 65.3%. Proximal aortic arch dilation mainly affected the RN phenotype (85.7% RN vs 46.9% RL). The biomechanical analysis did not report differences between BAV and TAV patients, while MS patients presented markedly greater aortic stiffness, even in the absence of dilation. In BAV, AscAo pulse wave velocity (PWV) presented a biphasic pattern, decreasing in the first degrees of dilation and increasing later from 50 mm. PWV, but not aortic distensibility, was independently related with BAV dilation. In the aortic flow analysis, different bicuspid phenotypes showed differentiated patterns: in the RL-phenotype, velocity profiles and maximum axial WSS regions were homogeneously distributed right-anteriorly; while RN-BAV showed higher variability, with a main posterior outflow jet shifting anteriorly at mid-distal AscAo. Rotational flow and circumferential WSS in the AscAo were higher in RN-BAV, while axial WSS was higher in the proximal-mid AscAo of RL-BAV. Flow eccentricity (displacement) and axial WSS in the proximal AscAo were independently associated with the root- morphotype, and circumferential WSS and retrograde systolic flow in the mid AscAo with the ascending morphotype. In RN-BAV patients, greater rotational flow (and circumferential WSS) persisted in the proximal-mid aortic arch, coinciding with a higher prevalence of arch dilation. Rotational flow was also greater in BAV patients with dilated arch, which also showed a more eccentric flow in the proximal arch. In the multivariate analysis, proximal arch dilation was independently associated with rotational and retrograde flow, as well as to male sex and the RN- phenotype. In regions mainly preserved from dilation (distal aortic arch and descending aorta), flow parameters tend to converge to values in healthy volunteers. Conclusion: BAV patients do not present intrinsic alterations of aortic biomechanics that can justify AscAo dilation, although PWV detects an increase in aortic stiffness when aortic diameter is around 50 mm. Different AscAo dilation morphotypes and aortic arch dilation are related to specific characteristics of the flow: an increased axial WSS in the proximal AscAo could determine the root morphotype in the RL-phenotype, while in RN-BAV the ascending morphotype could be related to the increased circumferential WSS in the mid-distal AscAo that, extended to the arch, would be related to dilation at this level. The clinical evaluation of these parameters could allow us to identify BAV patients at a higher risk of aortopathy and related events.