Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego serca wrażliwe na utlenowanie (OS-CMR) wykorzystuje naturalne właściwości paramagnetyczne deoksyhemoglobiny jako endogenne źródło kontrastu MR1,2,3. Stosowany w połączeniu ze standaryzowanymi manewrami oddychania wazoaktywnego (hiperwentylacja i bezdech) jako silny niefarmakologiczny bodziec naczynioruchowy, OS-CMR może monitorować zmiany w natlenieniu mięśnia sercowego jako marker funkcji naczyniowej, omijając w ten sposób potrzebę stosowania zewnętrznych, dożylnych środków kontrastowych lub farmakologicznych środków stresu 4,5,6.
Manewry oddechowe, w tym wstrzymanie oddechu i hiperwentylacja, są wysoce skutecznymi środkami wazoaktywnymi do zmiany ruchu naczyń krwionośnych i, ze względu na ich bezpieczeństwo i prostotę, są idealne do kontrolowanej wazomotoryki zależnej od śródbłonka jako część procedury diagnostycznej. Badania wykazały dodatkową skuteczność po połączeniu hiperwentylacji z późniejszym wstrzymaniem oddechu4,7, ponieważ podczas takiego protokołu po zwężeniu naczyń krwionośnych (poprzez związany z tym spadek dwutlenku węgla we krwi) następuje rozszerzenie naczyń krwionośnych (wzrost stężenia dwutlenku węgla we krwi); w ten sposób zdrowy układ naczyniowy przechodzi przez cały zakres od zwężenia naczyń krwionośnych do rozszerzenia naczyń krwionośnych z silnym wzrostem przepływu krwi w mięśniu sercowym, co z kolei zwiększa natlenienie mięśnia sercowego, a tym samym obserwowalne natężenie sygnału na obrazach OS-CMR. Wykorzystanie obrazów filmowych do akwizycji pozwala również na uzyskanie wyników z rozdzielczością fazową serca z lepszym stosunkiem sygnału do szumu w porównaniu z infuzją adenozyny8.
Manewry oddechowe mogą zastąpić farmakologiczne czynniki stresu do wywoływania zmian wazoaktywnych, które mogą być wykorzystane do oceny funkcji naczyń wieńcowych. To nie tylko zmniejsza ryzyko dla pacjenta, wysiłek logistyczny i związane z tym koszty, ale także pomaga w dostarczaniu wyników, które są klinicznie bardziej znaczące. Farmakalogiczne czynniki stresu, takie jak adenozyna, wywołują odpowiedź zależną od śródbłonka, a tym samym odzwierciedlają samą funkcję śródbłonka. Tak specyficzna ocena funkcji śródbłonka była do tej pory możliwa tylko poprzez dowieńcowe podanie acetylocholiny jako zależnego od śródbłonka środka rozszerzającego naczynia krwionośne. Ta procedura jest jednak bardzo inwazyjna2,9 i dlatego jest rzadko wykonywana.
Brak dostępu do bezpośrednich biomarkerów, kilka technik diagnostycznych wykorzystuje markery zastępcze, takie jak wychwyt tkankowy egzogennego środka kontrastowego. Są one ograniczone przez konieczność posiadania jednej lub dwóch linii dostępu dożylnego, przeciwwskazania, takie jak ciężka choroba nerek lub blok przedsionkowo-komorowy, oraz konieczność fizycznej obecności personelu przeszkolonego w zakresie radzenia sobie z potencjalnie poważnymi skutkami ubocznymi10,11. Najważniejszym ograniczeniem obecnego obrazowania funkcji naczyń wieńcowych pozostaje jednak to, że perfuzja mięśnia sercowego jako marker zastępczy nie odzwierciedla utlenowania tkanki mięśnia sercowego jako najważniejszej dalszej konsekwencji dysfunkcji naczyń krwionośnych2.
OS-CMR z manewrami oddychania wazoaktywnego został wykorzystany do oceny funkcji naczyń krwionośnych w wielu scenariuszach, w tym u osób zdrowych, choroby makronaczyniowej u pacjentów z chorobą wieńcową (CAD), a także dysfunkcji mikrokrążenia u pacjentów z obturacyjnym bezdechem sennym (OBS), niedokrwieniem bez obturacyjnego zwężenia tętnicy wieńcowej (INOCA), po przeszczepie serca i niewydolnością serca z zachowaną frakcją wyrzutową (HFpEF)4,7,12,13,14,15,16. W populacji CAD udowodniono, że protokół rezerwy utlenacyjnej mięśnia sercowego wywołanej oddychaniem (B-MORE) pochodzącej z OS-CMR jest bezpieczny, wykonalny i czuły w identyfikacji upośledzonej odpowiedzi utlenacyjnej w obszarach mięśnia sercowego perfundowanych przez tętnicę wieńcową ze znacznym zwężeniem13.
W dysfunkcji mikrokrążenia, OS-CMR wykazał opóźnioną reakcję utlenowania mięśnia sercowego u pacjentów z obturacyjnym bezdechem sennym, a stępiony B-MORE stwierdzono u pacjentów z HFpEF i po przeszczepie serca12,14,16. U kobiet z INOCA manewr oddychania doprowadził do nienormalnie niejednorodnej odpowiedzi utlenowania mięśnia sercowego, podkreślając przewagę wysokiej rozdzielczości przestrzennej OS-CMR15. W artykule dokonano przeglądu przesłanek i metodologii wykonywania OS-CMR z manewrami oddychania wazoaktywnego oraz omówiono jego przydatność kliniczną w ocenie patofizjologii naczyń krwionośnych w populacjach pacjentów z dysfunkcją mikrokrążenia, w szczególności w odniesieniu do dysfunkcji śródbłonka.
Fizjologiczny kontekst MRI wrażliwego na dotlenienie wspomaganego oddychaniem
W normalnych warunkach fizjologicznych wzrostowi zapotrzebowania na tlen towarzyszy równoważny wzrost podaży tlenu poprzez zwiększony przepływ krwi, co nie powoduje zmiany lokalnego stężenia deoksyhemoglobiny. Natomiast indukowane rozszerzenie naczyń krwionośnych prowadzi do "nadmiernego" napływu natlenionej krwi bez zmiany zapotrzebowania na tlen. W związku z tym więcej hemoglobiny tkankowej jest natlenione, a tym samym jest mniej deoksyhemoglobiny, co prowadzi do względnego wzrostu intensywności sygnału OS-CMR4,17. Jeśli funkcja naczyń krwionośnych jest zaburzona, nie może prawidłowo reagować na zmienione zapotrzebowanie metaboliczne lub bodziec zwiększający przepływ krwi w mięśniu sercowym.
W przypadku bodźca wywołującego emocje naczyniowe, takiego jak hiperwentylacja powodująca zwężenie naczyń krwionośnych lub długie wstrzymanie oddechu wywołujące rozszerzenie naczyń krwionośnych za pośrednictwem dwutlenku węgla, upośledzona aktywność naczynioruchowa spowodowałaby względny wzrost lokalnego stężenia deoksyhemoglobiny w porównaniu z innymi regionami, a następnie zmniejszoną zmianę intensywności sygnału OS-CMR. W przypadku indukowalnego niedokrwienia upośledzenie funkcji naczyń krwionośnych skutkowałoby zwiększonym zapotrzebowaniem miejscowym, które nie zostało zaspokojone przez miejscowy wzrost przepływu krwi w mięśniu sercowym, nawet przy braku zwężenia nasierdziowej tętnicy wieńcowej. Na obrazach OS-CMR lokalny wzrost stężenia deoksyhemoglobiny netto prowadzi do spadku intensywności sygnału lokalnego2,18,19,20.
Osłabione rozluźnienie mięśni gładkich naczyń krwionośnych w odpowiedzi na zależne od śródbłonka i niezależne leki rozszerzające naczynia krwionośne (w tym adenozynę) wykazano u pacjentów z dysfunkcją mikronaczyń wieńcowych 21,22,23,24,25,26,27. Uważa się, że dysfunkcja niezależna od śródbłonka jest spowodowana nieprawidłowościami strukturalnymi wynikającymi z przerostu mikrokrążenia lub otaczającej patologii mięśnia sercowego. W przeciwieństwie do tego, dysfunkcja śródbłonka powoduje zarówno niewystarczające zwężenie naczyń krwionośnych, jak i upośledzoną (zależną od śródbłonka) wazorelaksację, zwykle spowodowaną utratą bioaktywności tlenku azotu w ścianie naczynia21,28. Dysfunkcja śródbłonka jest związana z patogenezą wielu chorób sercowo-naczyniowych, w tym hipercholesterolemii, nadciśnienia, cukrzycy, CAD, obturacyjnego bezdechu sennego, INOCA i HF23,24,28,29,30,31,32. W rzeczywistości dysfunkcja śródbłonka jest najwcześniejszym przejawem miażdżycy tętnic wieńcowych33. Obrazowanie funkcji śródbłonka ma bardzo duży potencjał, biorąc pod uwagę jego rolę jako istotnego predyktora niepożądanych zdarzeń sercowo-naczyniowych i długoterminowych wyników, z głębokimi implikacjami prognostycznymi w stanach chorób sercowo-naczyniowych23,29,30,31,34,35.
W przeciwieństwie do obrazowania perfuzyjnego, indukowana oddychaniem rezerwa natlenienia mięśnia sercowego (B-MORE), zdefiniowana jako względny wzrost natlenienia mięśnia sercowego podczas wstrzymania oddechu po hiperwentylacji, pozwala na wizualizację konsekwencji takiego wazoaktywnego wyzwalacza na globalne lub regionalne natlenienie2,36. Jako dokładny marker funkcji naczyniowej, B-MORE może zatem nie tylko identyfikować dysfunkcję naczyń krwionośnych, ale także rzeczywiste indukowane niedokrwienie, wskazując na poważniejszy problem z miejscową perfuzją lub natlenieniem18,19,37. Osiąga się to dzięki zdolności OS-CMR do wizualizacji względnego spadku odtlenionej hemoglobiny, która występuje obficie w układzie naczyń włosowatych mięśnia sercowego, który sam w sobie stanowi znaczną część tkanki mięśnia sercowego24.
OS-CMR sekwencja
Sekwencja obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) stosowana do obrazowania OS-CMR jest sekwencją prospektywnie bramkowaną, zmodyfikowaną, zrównoważoną, w stanie ustalonym, swobodnej precesji (bSSFP) uzyskaną w dwóch krótkich wycinkach. Ta sekwencja bSSFP jest standardową sekwencją kliniczną dostępną (i modyfikowalną) we wszystkich skanerach MRI, które wykonują rezonans magnetyczny serca, dzięki czemu technika ta jest niezależna od dostawcy i łatwa do wdrożenia. W zwykłej sekwencji filmowej bSSFP czas echa, czas powtarzania i kąt odwrócenia są modyfikowane w celu uwrażliwienia wynikowej intensywności sygnału na efekt BOLD, a tym samym stworzenia sekwencji wrażliwej na natlenienie. Wcześniej wykazano, że to podejście, odczyt bSSFP przygotowany przez T2, jest odpowiednie do pozyskiwania obrazów wrażliwych na natlenienie z wyższym stosunkiem sygnału do szumu, wyższą jakością obrazu i szybszym czasem skanowania w porównaniu z poprzednimi technikami echa gradientowego stosowanymi w obrazowaniu BOLD38. Wykonywanie wspomaganego oddychaniem OS-CMR przy takim podejściu może być stosowane z bardzo nielicznymi, łagodnymi skutkami ubocznymi (Tabela 1). Warto zauważyć, że ponad 90% uczestników wypełnia ten protokół z wystarczająco długim czasem wstrzymania oddechu4,12,13,16.