Магнетна резонанца срца: увид у развојно програмирање и његове последице за старење

Контактирајтеoscar.xiao@wecistanche.comза више информација

Апстрактан:Кардиоваскуларне болести (КВБ) су важне последице неповољних перинаталних стања као што су хипоксија фетуса и потхрањеност мајке. Магнетна резонанца срца (ЦМР) може произвести обиље физиолошких информација у вези са развојем срца. Овај преглед приказује тренутно стање ЦМР технологија и описује физиолошке биомаркере који се могу мерити. Ови фенотипови укључују оштећену вентрикуларну и атријалну функцију, неприлагођено вентрикуларно ремоделирање и пролиферацију стеатозе и фиброзе миокарда. Дискусија оцртава примену ЦМР-а за разумевање развојних путева који доводе до оштећења срчане функције. Описана је употреба ЦМР-а, како у животињским моделима развојног програмирања, тако иу студијама на људима.изгубљено царство цистанцхеКонкретни примери дати су у моделу павијана интраутерине рестрикције раста (ИУГР). ЦМФР нуди велики потенцијал као алат за разумевање редоследа дисфункционалних адаптација развојног порекла које могу утицати на људски кардиоваскуларни систем.

Кључне речи:Болест срца; МРИ срца; вентрикуларно ремоделирање; развојно програмирање

ДОХаД и болести срца

Кардиоваскуларне болести (КВБ) играју главну улогу у генези људског морбидитета и морталитета. Неки од најранијих назнака да стрес у раном животу може довести до озбиљних здравствених последица у каснијем животу биле су везе пронађене између перинаталних изазова у исхрани наметнутих ратом и глађу и повећаног ризика за хроничне КВБ у каснијој животној доби. Даља хумана епидемиолошка испитивања и пажљиво контролисани експерименти на животињама утврдили су да и ограничење нутријената код мајке (МНР) и прекомерна исхрана предиспонирају потомство на повећану преваленцију гојазности, интолеранције на глукозу, инсулинску резистенцију, ендокрину и бубрежну дисфункцију, хипертензију и васкуларну дисфункцију, као и срчану дисфункцију. болест која варира у зависности од тачног времена нутритивног изазова2 Исти исти увиди су забележени у различитим студијама спроведеним у више земаља у последње две деценије.3,4 Студија развојног порекла здравља и болести фокусира се на процес „развојно програмирање“, које има за циљ да открије механизме који леже у основи прилагођавања на лоше нутритивно окружење и друге изазове који се јављају током развоја. Претпоставка је да одговори на развојне изазове могу побољшати краткорочне исходе преживљавања, али на тај начин мењају путању развоја у многим физиолошким системима (метаболичким, срчаним, бубрежним, неуралним и репродуктивним). Сходно томе, програмирање предиспонира појединца да буде подложнији хроничним болестима касније у животу.

Кликните овде да бисте сазнали више

Током развоја, низ епигенетских процеса је централни за нормалан развој фетуса. Ин утеро изазови за фетус, као што су ограничење хранљивих материја, фетална хипоксија због плаценталне инсуфицијенције, анемија, гојазност мајке, прекомерна исхрана, респираторна болест и/или прееклампсија изазивају физиолошке адаптације које имају за циљ превазилажење недостатака хранљивих материја како би се одржала одрживост фетуса.5,6 Ови изазови започињу процес који укључује друге епигенетске промене које могу да предиспонирају потомство на КВБ у каснијем животу.7 Кључни биомаркери миокарда који су резултат ових процеса су вентрикуларно ремоделовање и срчана фиброза.8 У скорије време, последице животног века изложености перинаталним токсинима из животне средине због пушења мајки, загађења, алкохола и конзумирања дрога повећао се обим интензивних програмских истраживања.9.10

Епидемиолошке студије обично користе јавне медицинске базе података и фокусирају се на крајње тачке дијагностике. Овај приступ пружа моћне обрасце дистрибуције, али му недостаје способност да се утврде узрочни механизми помоћу којих потхрањеност и други рани изазови мењају физиологију сазревања, патологију животног тока болести и старење. Механистички путеви се најбоље добијају у пажљиво контролисаним експериментима проучавањем одговарајућих животињских модела феталног програмирања.

Примена класичних физиолошких и молекуларно биолошких метода побољшала је специфично разумевање потенцијалних механизама укључених у развојно програмирање КВБ. На пример, показало се да је експресија фактора транскрипције специфичних за срце поремећена током феталног развоја, што утиче на систем ренин-ангиотензин (РАС). И Промењена експресија ангиотензина Ⅱ типа 1 и типа 2 јавља се са перинаталном хипоксијом код многих врста, што доводи до поремећеног развоја бубрега и доводи до хипертензије у одраслом животу. Показало се да И2 хистонске деацетилазе играју компликовану улогу у развоју кардиомиоцита и да су укључене у програмирање ендотелне дисфункције. Б Такође, акумулација фиброзног ткива зависна од пола, активација срчане аутофагије и миокардне миРНК пронађени су код фетуса павијана са дијетама са ограниченим уносом калорија током трудноће. " Промене у срчаној миРНА су такође демонстриране у одговору на гојазност мајке и исхрану са високим садржајем масти. Степен у коме се сваки од ових фактора, и многи други који утичу на више система, комбинују да би се одредио фенотип програмираног срца, још увек није у потпуности схваћен упркос обилном познавању појединачних механизама.

Цистанцхе може против старења

У овом прегледу разматрамо употребу неинвазивне магнетне резонанције срца (ЦМР) за процену развојног програмирања и код људских кохорта и код животињских модела, са фокусом на његову способност да процени кардиоваскуларну физиологију. Иако се ултразвук широко користи у акушерским истраживањима, овде се фокусирамо на ЦМР као модалитет снимања који има јединствене и моћне могућности за процену кардиоваскуларне морфологије, физиологије, микроструктуре ткива и биохемије. Описујемо техничке могућности ЦМР-а, разматрамо досадашња истраживања и дискутујемо о додатним применама за потенцијалну експлоатацију ЦМР-а у будућим студијама о развојном пореклу КВБ. Следећа дискусија ће такође објаснити како ЦМР може не само да произведе информације о физиолошким последицама, већ такође може да пружи увид у то који типови ћелија су подложни епигенетским модификацијама и другим променама релевантним за развојно програмирање.

Фенотипови ЦВД имиџинга у развојном програмирању

До недавно, технолошка ограничења су трула омогућавала детаљно разумевање укупног ефекта прогресије болести у сложеним организмима сисара. Сада, напредак у неинвазивним квантитативним методама снимања примењених на целе организме пружа алате и методе за стицање нових увида у основне физиолошке и патофизиолошке процесе. На пример, детаљи прогресије атеросклеротског плака нису били цењени све док интраваскуларни ултразвук није постао доступан 190-их година, омогућавајући лекарима да уоче разлике између рањивих и стабилних коронарних плакова и да цене улогу ремоделирања атероматозног плака на коронарну рестенозу. ултразвук је инвазиван и захтева постављање под надзором флуороскопије, што може произвести значајну дозу зрачења.

Ултразвук је добро успостављен и широко коришћен алат за акушерску процену здравља фетуса и плаценте, који се такође може користити за процену адаптације у раном животном периоду на изложеност феталном стресу код људи. У проучавању развојног програмирања, ехокардиографска истраживања малих фетуса са касним почетком су пријавила релативно повећање сферичности леве коморе (ЛК) (глобуларни фенотип), дужине ЛВ (издужени фенотип) и дебљине зида миокарда ЛВ (хипертрофични фенотип).17,18 хипертрофични фенотип се приписује раној интраутериној рестрикцији раста (ИУГР), док издужени и сферични фенотипови представљају степене ремоделирања код касног ИУГР-а. повезан са ИУГР. И9

Ехокардиографија такође може открити прогресију КВБ након рођења. Студија спроведена на новорођенчади која су сматрана малим за гестациону доб (СГА), и пренатално и са 6 месеци, показала је глобуларнији облик срца пренатално и као одојчади у поређењу са контролом.20 Поред тога, постојали су знаци систолне лонгитудиналне дисфункције, како пренатално тако и постнатално, систолни излет трикуспидалне прстенасте равни и дијастолна дисфункција. У одвојеној студији, Пондерал индекс је био значајно нижи, крвни притисак је био значајно виши, дијастолна дисфункција је била већа, а дебљина интиме-медија аорте је била значајно већа код доношене СГА новорођенчади у поређењу са контролом. 21

Ехокардиографија је такође коришћена на моделима малих животиња за проучавање механизама КВБ у окружењу феталног програмирања.микронизована пречишћена фракција флавоноида 1000 мг користиЕхокардиографија високе резолуције је коришћена за процену ефекта пренаталног хипоксичног увреда на кардиоваскуларну функцију код пацова модела ИУГР.22 Ова студија је открила повећану осетљивост на додатне стресове, као што је исхемија миокарда, за потомке са хипоксијом изазваним ИУГР. Иста група је проучавала модел пацовске хипоксије плаценте, користећи ехокардиографију да покаже побољшану дијастоличку функцију код 7-мјесечних потомака женки пацова, чије су мајке пренатално третиране антиоксидансом МитоК.23 Примјена дијете са ниским садржајем протеина током трудноће и дојења код брана Вистар-Киото је утврђено да смањују вршну систоличку брзину аорте мерену ехокардиографијом код 18-недељног потомства.24

Трансторакална ехокардиографија се широко користи за процену кардиоваскуларних болести

хемодинамика, дајући физичке параметре који се користе за карактеризацију крвотока. Успех студија које су користиле ехокардиографију за идентификацију фенотипова ЦВД имиџинга развојног програмирања, како код људи тако и код глодара, имплицира да могу постојати апликације за друге неинвазивне технологије снимања са већим нивоима осетљивости које могу уочити додатне карактеристике повезане са структуром и функцијом срца. .

Ехокардиографија је погодна због своје доступности, релативно ниске цене, преносивости опреме и високе временске резолуције. Међутим, процес ултразвучног снимања се ослања на звучни сноп који улази и излази из тела кроз стандардне „акустичне прозоре“, што често захтева визуелизацију дубоких структура из ограничених перспектива. Поред тога, студије могу имати неадекватан квалитет слике због немогућности да се компензују респираторне варијације и недостатка вештине оператера. Ехокардиографија такође пати од бројних артефаката који су повезани са физиком рефлексије и преламања звука у телу, својствима ултразвучног зрака и/или електроником примопредајника.

ЦМР је подједнако неинвазиван и може да генерише опсежне физиолошке информације о субклиничким функционалним и структурним абнормалностима срца. Као и ултразвук, ЦМР се може користити више пута током животног века субјекта да би се пратила путања кардиоваскуларних промена без опасности као што је поновљено излагање јонизујућем зрачењу. Међутим, неки пацијенти можда неће моћи добро да толеришу ЦМР, узнемирени су због затварања у епрувету до сат времена или не могу да задрже дах током прикупљања података. Пацијенти са аритмијом или који представљају изазове у откривању ЕКГ вектора отежавају добијање статичних слика у одређеним тренуцима срчаног циклуса. У конвенционалном кинематографском ЦМР-у, нехомогености магнетног поља могу произвести црне линије које се морају избегавати. Такође, сигналне празнине у предњем зиду ЛВ могу се појавити због жица грудне кости код пацијената који су имали операцију грудног коша. Други артефакти који се појављују укључују артефакте хемијског померања који се представљају као сигнал од перикардијалне масти која преклапа миокард и артефакте духова због пулсирајућег тока крви у плућним артеријама и аорти. Овај чланак објашњава посебне предности коришћења ЦМР-а за процену међуодноса феталног програмирања и животног тока и кардиоваскуларних промена старења.

МРИ срца анатомије, физиологије и биохемије срца

Скоро четири деценије након свог успостављања као ефикасног клиничког дијагностичког модалитета, ЦМР такође постаје препознат као истраживачки алат који може произвести квантитативне биомаркере за снимање како би се разумели нормални и суптилно нерегулисани биолошки процеси. ЦМР је специјализована примена МРИ која укључује групу алата који су развијени за процену срчане функције и структуре. Конкретно, ЦМР се може користити за процену и мировања и стреса функције и анатомије леве коморе (ЛВ) и десне коморе (РВ), функције/анатомије атрија, вентрикуларних напона и напрезања, састава ткива, биохемијског окружења, депозиције перикардне масти и проток крви у судовима и коморама. Од клиничког увођења МРИ раних 1980-их, ЦМР је показао способност мерења важних кардиолошких параметара са великом флексибилношћу и високом прецизношћу. Све ове процене се изводе ин виво, захтевајући само да субјект остане непокретан током скенирања, вероватно да мора да задржи дах током сваког скенирања. Неколико ЦМР мерења такође користи егзогена контрастна средства, која се убризгавају интравенозно. Упркос општем прихватању, обим коришћења ЦМР-а је у великој мери ограничен због цене инструментације, доступности и техничке вештине потребне за успешно извођење квантитативних ЦМР студија и анализа.

It was soon recognized that CMR could produce accurate measurements of volume and myocardial mass.2>Међутим, ове ране студије покривале су ограничене делове срца и нису биле ни временски ни исплативе. Аквизиција линија података ЦМР слике се покреће ЕКГ сигналом и добија се током серије откуцаја срца да би се створила слика. Развој ЦМР техника сегментираног градијентног ехо-а са задржавањем даха омогућио је смањено прикупљање података што је смањило време скенирања на 15-20 откуцаја срца, омогућавајући прецизне процене функције ЛВ.отефлавоноид20 У почетку, кретање једног пресека миокарда могло би се приказати као цине петља кроз РР интервал. Са савременим хардверским и методама реконструкције слике, вишеструким резовима, и тренутно, читаво срце које куца може се снимити у једном задржавању даха. Иако се лако визуализују на ЦМР, папиларни мишићи и трабекуларна ткива се обично рутински занемарују у мерењима запремине коморе, како би резултати ЦМР били упоредиви са онима добијеним из модалитета у којима се ове структуре не могу идентификовати. Могућност мерења вентрикуларних запремина на крају дијастоле (ЕД) и крајње систоле (ЕС) омогућава директно израчунавање ејекционе фракције, ударног волумена и минутног волумена срца (слика ла-ф).27 Могућност мерења Л\ Запремине Ј и РВ у интервалима од ~30 мс током срчаног циклуса омогућавају мерење брзине вентрикуларног избацивања и брзине вентрикуларног пуњења. Даље, поремећени повратни ток услед регургитације може се визуализовати на овим филмским сликама као црни млазови (сигналне празнине) који су знак валвуларне инсуфицијенције.28 Данас је типична ЦМР студија за кинематографију целог срца обично 25-30 срчане фазе и 20-25 кришке срца, које садрже укупно 500 или више слика.

Одређивање функционалних фенотипова из ових скупова слика захтева разграничење срчаних граница. Изведен ручно, ово је веома дуготрајан процес, тако да су развијене најсавременије технике које укључују машинско учење за аутоматску и полуаутоматску сегментацију срчаних структура и израчунавање физиолошких параметара.2" Неколико анализа срчаних слика Доступни су софтверски производи, и комерцијални и бесплатно доступни пакети.30,31 Већина произвођача МРИ система такође нуди модуле за накнадну обраду срца.Слика 1 показује кораке изведене за типичну сегментацију срца павијана РВ и ЛВ користећи цмр42ТМ срчану слику софтвер за анализу (Цирцле Цардиовасцулар Имагинг Инц., Алберта, Канада).

Један од разлога за ограничену употребу ЦМР-а је тај што се многе клинички важне мере могу добити коришћењем других, више утврђених, модалитета снимања. Бипланарна флуороскопска рендгенска ангиографија и мултидетекторска рендгенска компјутеризована томографија (ЦТ) могу да визуелизују лумен коморе и да пруже процену ејекционе фракције и минутног волумена на основу модела. Међутим, ови модалитети носе ризик за пацијента од јодираних контрастних средстава и излагања јонизујућем зрачењу. Ризици од зрачења такође могу бити већи код педијатријских пацијената. Једнофотонска емисиона компјутерска томографија (СПЕЦТ) такође може да произведе процене фракције избацивања, али такође намеће оптерећење зрачења и има лошу просторну резолуцију у поређењу са ЦМР. Ехокардиографија се може користити за процену функције ЛВ са високом временском резолуцијом и у суштини без биолошког ризика.пуритански витамин цМеђутим, примена ехокардиографије може бити отежана дубином продирања ултразвучног зрака у ткиво и ограниченом доступношћу адекватних акустичних прозора. Ехокардиографија у великој мери зависи од оператера и захтева манипулацију ултразвучним претварачем од стране вештог сонографа. Такође, ехо мерења запремине РВ и ЛВ се ослањају на геометријске претпоставке засноване на ограниченом броју прегледа, док ЦМР мери сваку комору у целини, део по део.

Иако се апсолутна величина срчаних структура може одредити помоћу ЦМР са великом прецизношћу и репродуктивношћу, добро је утврђено да су апсолутне величине, запремине и брзине срчаних параметара снажно повезане са величином тела.33 Дакле, метод за процену релативне разлике, независно од величине тела су пожељне. Најчешћи метод за решавање ове варијабилности је индексирање површине тела (БСА), мада се у неким ситуацијама упућује на масу миокарда. Процена БСА сама по себи није тривијална ствар, често се ослања на апроксимације користећи формуле засноване на висини/дужини, тежини или обоје. Алометријско индексирање интракардијалних подручја према БСА током нормалног раста је такође потврђено, иако линеарне димензије треба да буду индексиране квадратним кореном БСА, а запремине треба индексирати БСА на степен од 1,5.34 Упркос овом ограничењу, нормализација на БСА се показала корисном. за различита мерења ЛВ, РВ, корена аорте и плућне вене.34,35 Дакле, нормализација на БСА је пожељан приступ када се пореде параметри структуре и функције срца између полова и током периода природног раста.

ЦМР је посебно користан за процену функције. Функционални параметри РВ су слични онима измереним у ЛВ, укључујући систолни и дијастолни волумен РВ, ејекциону фракцију и ударни волумен РВ и минутни волумен РВ. Комбинација контраста меког ткива и просторне резолуције доступне са ЦМР чини га корисним алатом за проучавање промена у структури и функцији РВ, ублажавајући чињеницу да РВ има сложенију геометрију од ЛВ и дебљину зида миокарда која је често једну петину зида ЛВ.36 ЦМР је коришћен за ефикасно мерење РВ функција код мишева.37ЦМР може да произведе поуздана мерења масе миокарда РВ, што може да пружи информације о нашем разумевању перинаталног програмирања развоја срца.38 Процене МРИ изведене за Петље РВ притисак-волумен могу се конструисати и користити за процену контрактилности РВ.39 Индекс вентрикуларне масе добијен из ЦМР пружа тачан и практичан метод за неинвазивну процену притиска у плућној артерији (ПА) и може дати тачнију процену од Доплер ехокардиографије код плућне хипертензије. .40

ЦМР студије атрија су углавном примењене на леву преткомору (ЛА).систанцхеЛА делује као сензор запремине, који преко атријалног истезања инхибира лучење вазопресина чиме се мења РАС. Ефекти вазопресина су посредовани кроз неколико физиолошких механизама, укључујући ескалацију артеријског крвног притиска, централног волумена крви, централног венског притиска и промену задате тачке симпатичког барорефлекса.41 Истовремено, истезање леве преткоморије покреће ослобађање натриуретских пептида који смањују системски васкуларни отпор, смањују централни венски притисак, и повећавају излучивање натријума бубрезима.42 Стога није изненађујуће да промене у величини ЛА могу бити биомаркер за трајна повећања притиска пуњења ЛВ, посебно код пацијената са срчаном инсуфицијенцијом са очуваном ејекционом фракцијом компликованом хипертензијом .43 Мере добијене ЦМР обухватају максималне/минималне запремине ЛА, укупну запремину и фракцију пражњења ЛА, запремину и фракцију пасивног пражњења ЛА, запремину и фракцију активног ЛА пражњења и запремину канала. Показало се да су промене у запремини ЛА, индексиране са масом миокарда, генерално повезане са дијастолном функцијом у нормалној популацији, иако могу бити предиктивне за специфичније проблеме у зависности од популације која се проучава.44 Волуми десне преткомора (РА) такође имају је испитиван са ЦМР у вези са хроничном срчаном инсуфицијенцијом и плућном хипертензијом. Корисност мерења атријалне слике у окружењу срчане физиологије измењене развојним програмирањем на животињским моделима још увек није проучавана и представља област истраживања у настајању.

Овај чланак је преузет из Ј Дев Ориг Хеалтх Дис. Ауторски рукопис; доступно у ПМЦ 2021 01. октобра.