Τρισδιάστατη εξομοίωση in vivo μεταβολών στις στεφανιαίες αρτηρίες στη διάρκεια του καρδιακού κύκλου

Abstract

Purpose: Coronary artery deformations during cardiac cycle have not been hitherto described adequately and their effects in blood flow within the coronaries remains elusive. The present study aims to investigate the alterations that the cardiac cycle imposes in coronary artery three-dimensional geometry, luminal and plaque dimensions, coronary hemodynamics and to directly determine the elastic properties of the arterial wall. Furthermore, the association of the above parameters with vascular remodeling and the development of vulnerable plaques is explored. Methods and results: We studied 17 coronary arteries (LAD n = 4, Cx n = 6, RCA n = 7) from 9 patients (7 males). Mean age was 58.3 ± 10.8 years (range 46 to 77 years). These patients underwent coronary angiography and intravascular ultrasound for the diagnosis of potential coronary artery disease. Each coronary artery was three-dimensionally reconstructed in the end-systolic and end-diastolic phase, their morphology was studied, and their blood flow was simulated. We found that positive (expansive) coronary remodeling is associated with increased plaque dimensions, increased coronary elasticity and lower values. Also, endothelial shear stress is substantially reduced in systolic than diastolic phase of the cardiac cycle. Conclusions: In the current study we documented the atheroprotective effects of the diastolic phase of the cardiac cycle and the coexistence of increased atheroma burden, increased elasticity, decreased endothelial shear stress and positive remodeling in specific areas in the coronaries. Since these properties are found in vulnerable plaques, their identification within the coronaries is expected to contribute in the early recognition of vulnerable plaques, which is not feasible today.

Σκοπός: Οι παραμορφώσεις των στεφανιαίων αρτηριών κατά τον καρδιακό κύκλο δεν έχουν περιγραφεί ως σήμερα επαρκώς και η επίδρασή τους στη ροή του αίματος εντός των στεφανιαίων αρτηριών και στην ανάπτυξη αθηροσκλήρωσης παραμένει αδιευκρίνιστη. Η παρούσα μελέτη έχει σκοπό να διερευνήσει τις μεταβολές που εμφανίζονται κατά τον καρδιακό κύκλο στην τρισδιάστατη γεωμετρία των στεφανιαίων αρτηριών, στις διαστάσεις του αυλού και της αθηρωματικής πλάκας, στις παραμέτρους της αιματικής ροής και να προσδιορίσει με άμεσο τρόπο τις ελαστικές ιδιότητες του αρτηριακού τοιχώματος. Επιπλέον μελετάται η συσχέτιση των παραπάνω παραγόντων με την αγγειακή αναδιαμόρφωση και την ανάπτυξη ευάλωτων αθηρωματικών πλακών. Μέθοδοι και αποτελέσματα: Μελετήθηκαν 17 στεφανιαίες αρτηρίες (LAD n = 4, Cx n = 6, RCA n = 7) από 9 ασθενείς, εκ των οποίων οι 7 ήταν άνδρες. Η μέση ηλικία του πληθυσμού ήταν 58.3 ± 10.8 έτη (όρια 46 έως 77 έτη). Οι ασθενείς υπεβλήθησαν σε στεφανιογραφία και IVUS για τη διαγνωστική διερεύνηση πιθανής στεφανιαίας νόσου. Κάθε μια από τις στεφανιαίες αρτηρίες ανασκευάστηκε τρισδιάστατα στο χώρο, στην τελοσυστολική και τελοδιαστολική φάση, μελετήθηκε η μορφολογία τους και προσομοιώθηκε η αιματική ροή εντός αυτών. Βρέθηκε πως η θετική (διατατική) αναδιαμόρφωση του τοιχώματος των στεφανιαίων συνδέεται με αυξημένες διαστάσεις αθηρωματικής πλάκας, αυξημένες ελαστικές ιδιότητες των αρτηριών αυτών και χαμηλότερες τιμές τοιχωματικής διατμητικής τάσης. Επίσης η τοιχωματική διατμητική τάση είναι σημαντικά μικρότερη στη συστολική από ότι στη διαστολική φάση του καρδιακού κύκλου. Συμπεράσματα: Στην παρούσα μελέτη τεκμηριώθηκε η αθηροπροστατευτική δράση της διαστολικής φάσης του καρδιακού κύκλου και η συνύπαρξη αυξημένου αθηρωματικού φορτίου, αυξημένης ελαστικότητας, μειωμένης τοιχωματικής διατμητικής τάσης, και θετικής αναδιαμόρφωσης σε συγκεκριμένες περιοχές των στεφανιαίων αρτηριών. Καθώς οι ιδιότητες αυτές αποτελούν χαρακτηριστικά των ευάλωτων προς ρήξη αθηρωματικών πλακών, ο εντοπισμός αυτών των παραμέτρων σε ορισμένα σημεία του στεφανιαίου δικτύου αναμένεται να συμβάλλει στην πρώιμη ανίχνευση των ευάλωτων αθηρωματικών πλακών η οποία δεν είναι μέχρι σήμερα εφικτή.