Wzmocnione tlenem obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (OE-MRI) serca: studium wykonalności (OE-MRI)

Określenie obecności i nasilenia niedokrwienia mięśnia sercowego jest kluczowym celem skutecznego leczenia choroby wieńcowej (CAD). Nieleczone niedokrwienie jest ważnym wyznacznikiem niekorzystnego wyniku, a korzyści płynące z rewaskularyzacji wywołanej niedokrwieniem są dobrze znane.1

Anatomiczne objawy choroby niedokrwiennej serca słabo przewidują niedokrwienie mięśnia sercowego.12 Z tego powodu do prowadzenia rewaskularyzacji stosuje się jednoczesną ocenę czynnościowej ciężkości zwężenia tętnicy wieńcowej.3 W warunkach klinicznych dostępnych jest wiele metod obrazowania, w tym techniki jądrowe, echokardiografia i rezonans magnetyczny układu krążenia (CMR). Takie metody oceniają niejednorodność przepływu i zaburzenia kurczliwości, ale służą one jako surogaty niedokrwienia mięśnia sercowego: niedokrwienie jako takie nie jest mierzone. Ponadto te funkcjonalne metody obrazowania opierają się na zastosowaniu egzogennych środków kontrastowych, które, choć niewielkie, niosą ze sobą dodatkowe ryzyko i mogą być przeciwwskazane w niektórych populacjach.

Obrazowanie zależne od poziomu tlenu we krwi (BOLD) wykorzystuje właściwości paramagnetyczne hemoglobiny.4 Przejście od diamagnetycznej oksyhemoglobiny do paramagnetycznej dezoksyhemoglobiny indukuje różnice podatności magnetycznej, powodując zmianę intensywności sygnału rezonansu magnetycznego, a tym samym generując kontrast zależny od tlenu. Zatem obrazowanie BOLD zapewnia wgląd w utlenowanie tkanki mięśnia sercowego. Ponieważ niedotlenienie jest inicjatorem kaskady niedokrwiennej, przypuszcza się, że ocena regionalnego utlenowania mięśnia sercowego za pomocą obrazowania BOLD bardziej bezpośrednio odzwierciedla brak równowagi między podażą tlenu a zapotrzebowaniem na tlen i jest czuła w wykrywaniu CAD. Rzeczywiście wstępna ocena obrazowania BOLD w wykrywaniu CAD dała obiecujące wyniki.5-7 Ponadto BOLD dostarczył patologicznego wglądu w inne patologie mięśnia sercowego. Perfuzję mięśnia sercowego (przepływ krwi) można oddzielić od utlenowania, tj. hipoperfuzja niekoniecznie jest współmierna do niedotlenienia tkanek. Na przykład zapotrzebowanie mięśnia sercowego na tlen może być obniżone w hibernującym mięśniu sercowym i może być zwiększone w kardiomiopatii przerostowej (HCM) z powodu zwiększonych kosztów metabolizmu energetycznego. U nosicieli mutacji HCM bez przerostu lewej komory Karamitsos i wsp. wykazali prawidłową rezerwę perfuzji mięśnia sercowego, ale nieprawidłowe utlenowanie mięśnia sercowego podczas stresu, co prawdopodobnie można wytłumaczyć faktem, że mutacje genu sarkomeru zwiększają koszt energetyczny skurczu przed wystąpieniem przerostu.8

Jednak obrazowanie BOLD wiąże się z szeregiem wad. Po pierwsze, ponieważ sygnał BOLD odzwierciedla dezoksyhemoglobinę, która jest ograniczona do naczyń krwionośnych, tak naprawdę nie odzwierciedla stanu utlenowania tkanek.9 Po drugie, sygnał BOLD jest również zależny od geometrii naczynia, zmian w przepływie krwi i objętości krwi, co może zakłócić sygnał.9 Wreszcie, techniki CMR stosowane do pomiaru sygnału BOLD (T2* T2) nie są ilościowe, ponieważ zmiana T2* lub T2 nie może być powiązana ze zmianą ciśnienia parcjalnego tlenu (PO2). Zamiast tego wykonuje się pomiary półilościowe z wykorzystaniem intensywności sygnału i zakłada się, że odzwierciedlają one natlenienie.

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego wzmocnionego tlenem (OE-MRI) potencjalnie przezwycięża te ograniczenia. Sam tlen ma właściwości paramagnetyczne; zwiększa szybkość relaksacji podłużnej protonów (R1) wody zawierającej rozpuszczony tlen.10 Zmierzona zmiana R1 (= 1/T1, gdzie czas relaksacji T1 jest nieodłączną właściwością magnetyczną wszystkich tkanek) wywołana oddychaniem tlenem jest wprost proporcjonalna do zmiany PO2. W OE-MRI mierzy się zmianę R1 podczas oddychania z podwyższonym stężeniem tlenu. Korzyści z OE-MRI w porównaniu z BOLD polegają zatem na tym, że jest on wrażliwy na natlenienie tkanek, nie zależy od zmian w przepływie i objętości krwi oraz jest prawdziwie ilościowy, ponieważ zmiana R1 jest wprost proporcjonalna do zmiany PO2. W ten sposób potencjalnie oferuje ilościową miarę utlenowania mięśnia sercowego. OE-MRI stosowano do oceny utlenowania tkanki płucnej11, utlenowania guza litego12 oraz do oceny utlenowania łożyska u kobiet w ciąży13 na konwencjonalnych klinicznych skanerach MRI z bardzo zachęcającymi wynikami.

OE-MRI nie zastosowano w sercu. Stawiamy hipotezę, że OE-MRI umożliwi nieinwazyjną, niejonizującą i ilościową ocenę utlenowania tkanki mięśnia sercowego, która jest wolna od egzogennego środka kontrastowego. W takim przypadku OE-MRI będzie oferować ogromny potencjał w zakresie diagnozowania i leczenia CAD oraz dostarczania patofizjologicznego wglądu w choroby serca.