Sydänfibroosi on patologinen prosessi ominaista liiallinen laskeuma solunulkoisen matriksin (ECM) proteiinien sisällä sydänlihaksen interstitium, mikä lisää sydänlihaksen jäykkyyttä, heikentynyt kammion rentoutumista, ja lopulta, sydämen vajaatoiminta säilynyt tai vähentynyt ejektiofraktio. Tarkka arviointi fibroosi rasitteen on kriittinen ennuste, riski stratifiointi, ja ohjaamalla antifibrottic hoitoja. Vuosikymmeniä, kulta standardi diagnoosi oli invasiivinen endomycardial biopsia, menettely rajoitettu näytteenottovirhe, menettelyriskit, ja potilaan epämukavuutta, joka nyt mahdollistaa klinikoiden määrittää ja seurata sydänfibroosin ennennäkemättömällä tarkkuudella, muuttaa maiseman sydänhoidon. Tämä artikkeli tarkastelee viimeaikaiset edistysaskeleet kuvantaminen biomarkkereja, molekyylikuvaus, ja kiertävät seerumi markkereita, jotka nyt mahdollistavat klinikoiden määrittää ja seurata sydänfibroosin ennennäkemättömällä tarkkuudella, muuttaa maiseman sydänhoito.

Perinteiset menetelmät ja niiden rajoitukset

Endomyocardial biopsia, vaikka antaa suoraa histologista näyttöä fibroosi, kärsii useista kriittisistä haittapuolia. Menettely kuljettaa 1.2% riski merkittäviä komplikaatioita, kuten sydämen perforaatio, tamponaati, pneumokotoriax, ja rytmihäiriöitä. Vaikka suoritetaan asiantuntevasti, biopsianäytteet edustavat vain pieni osa sydänlihaksen, usein puuttuvat laastarimainen tai fokaalinen fibroosi ja johtaa vääriä negatiivisia. Invasiivinen luonne estää myös toistuvan näytteenoton pitkittäisen seurannan. Tavanomaiset kuvantamisvälineet kuten kaikukardiografia ja standardi sydämen magneettinen resonanssi (CMR) myöhään gadoliniumineraatio (LGE) ovat parantaneet ei-invasiivista havaitsemista, mutta LGE on puoli-määräinen ja luottaa suhteellisiin kontrastieroihin, joten se ei ole herkkä dispersio interstitiaalinen fibroosi.

Sydänfibroosin patofysiologia

Ymmärtää, miksi ei-invasiivinen arviointi on sekä haastava ja välttämätön, on hyödyllistä tarkistaa taustalla biologia. Sydänfibroosi tuloksia epätasapainon ECM synteesi ja hajoaminen, jonka aiheuttaa aktivoituneet fibroblastit (myofibroblastit), että erittää kollageeni tyypeille I ja III, fibronektiini, ja muut matriisi komponentit. Tämä prosessi on laukaistava mekaaninen stressi, neurohormonaalinen aktivaatio (angiotensiini II, aldosteroni), ja inflammatoriset sytokiinit. Fibrosis voi olla reaktiivinen (interstitiaalinen) tai korvaaminen (infarktin jälkeen). Alkuvaiheessa, fibroosi voi olla palautuva; kun se on vakiintunut, se usein etenee ja edistää rytmihäiriöitä, diastolinen toimintahäiriö, ja sydämen vajaatoiminta. Ei-invasiiviset tekniikat pyrkivät havaitsemaan ei vain vakiintunut kollageeni laskeuma, mutta myös dynaaminen fibroottinen aktiivisuus molekyylitasolla, mahdollistaen aikaisemman intervention.

Kehittyvät muut kuin invasiiviset tekniikat

Sydämen magneettinen resonanssi T1 kartoitus ja solunulkoinen äänenvoimakkuuden murtuma

T1-kartoitus, jossa käytetään muunneltuja Look-Locker-inversion palautumista (MOLLARI) CMR:n sekvenssejä, on kehittynyt tehokkaaksi välineeksi diffuusin sydänlihaksen fibroosin mittaamiseksi. Natiivi T1-rentoutumisajat pidentyvät fibroosikudoksessa suurentuneen veden pitoisuuden vuoksi ECM:ssä. Mittaamalla T1 ennen gadoliniumpohjaisia varjoaineita ja niiden jälkeen voidaan laskea solunulkoinen tilavuus (ECV) -fraktio. ECV korreloi voimakkaasti histologian kollageenitilavuusfraktioon ja on validoitu useissa kohorteissa, mukaan lukien potilaat, joilla on aorttastenoosi, hypertrofinen kardiomyopatia ja sydämen vajaatoiminta, johon liittyy säilynyt ejektiofraktio. ECV-menetelmällä ei vaadita mitään erityistä laitteistoa, joka ylittää standardin 1.5T tai 3T skannerin standardia.

Positroniemissiotomografia Fibrosis-spesifisillä jäljittimillä

FAT-tutkimus on kehitetty ja arvioitu varhaisessa vaiheessa tehdyissä kliinisissä tutkimuksissa. Säteilyaltistus ja syklotronilla tuotettujen merkkiaineiden rajallinen saatavuus ovat kuitenkin edelleen esteitä. Jatkuva tutkimus laajentaa arteeristen elementtien (esim., integriinien tai kollageenien kohdentaminen) salkkua ja yhdistää PET:n kanssa. PET tarjoaa ainutlaatuisen edun varhaisen, mahdollisesti reversiibelin fibroosin havaitsemisessa ennen peruuttamattomia rakenteellisia muutoksia. PET tarjoaa ainutlaatuisen edun varhaisen vaiheen fibroosin havaitsemisessa ennen palautuvia rakenteellisia muutoksia. Säteilyaltistus ja syklotronilla valmistettujen merkkiaineiden rajallinen saatavuus ovat kuitenkin edelleen esteinä. Jatkuva tutkimus laajentaa arteereneraatioiden (esim., integriinien kohdentaminen) ja kollageenien salkkua ja yhdistää PET:n kanssa.

Fibroottisen aktiivisuuden seerumibiologiset merkkiaineet

Galectin-3, joka on interleukiini-33:n houkutin, joka suojaa sydäntä; korkeampi sST2 osoittaa siirtymisen kohti fibroosia ja tulehdusta. Procollagen tyyppi I C-terminaalipropeptidi (PICP) ja prokollageeni tyyppi III N-terminaalipropeptidi (PIIINP) ovat kollageenisynteesin suoria sivutuotteita. Kun näitä merkkejä käytetään paneeleissa, ne parantavat riskistratifiointia tavanomaisten biomarkkereiden, kuten BNP:n tai troponiinin, lisäksi. Rajoitus on, että ne heijastavat systeemistä fibroottista toimintaa eivätkä yksinomaan sydämen toimintaa, mutta ne tarjoavat kuvantamisen kanssa toisiaan täydentäviä tietoja.

Ekcardiografia: kantakuva ja sydänlihastyö

Eteneminen spektle-tracking kaikukardiografia mahdollistaa analyysin sydänlihaksen muodonmuutos. Global pitkittäisen kannan (GLS) on herkkä subkliininen toimintahäiriö ja korreloi fibroottinen rasite. Äskettäin, sydänlihaksen työindeksit johdettu paine-juna silmukkaa sisältää jälkikuorma, joka tarjoaa kuormasta riippumaton mitta contractile tehokkuutta. Vähentynyt sydänlihaksen työn tehokkuutta on liitetty diffuuso fibroosi histologia. Vaikka kaikukardiografia puuttuu suora kudosten luonteenpiirrettä CMR, sen laaja saatavuus, alhainen kustannus, ja puute vasta-aiheita tehdä houkutteleva ensilinjan työkalu. Jatkuva työ koneen oppimisen-pohjainen analyysi pyrkii parantamaan uusittavuus ja automatisoida rasitteen mittausten.

Koneoppimisen ja radiomiikan integrointi

Koneoppimisen algoritmeja sovelletaan poimia lisätietoja olemassa kuvantamisdata. Radiomics.High-throughput poimia tuhansia kvantitatiivisia ominaisuuksia lääketieteellisistä kuvista.Voivat havaita kuvioita näkymättömiä ihmisen silmään. Esimerkiksi, rakenneanalyysi CMR kuvia voi erottaa poltto-ja diffuusi fibroosin korkea tarkkuus. Convolutional hermoverkot koulutettu multi-parametrinen CMR tietoja voi ennustaa ECV ja histologic fibroosi natiivi skannaa pelkästään, mahdollisesti vähentää kontrastiagenttien käyttöä. Nämä työkalut pitävät lupauksen lisätä saavutettavuutta ja johdonmukaisuutta fibroosin arvioinnin, vaikka prospektiivinen validointi eri populaatioissa on vielä tarpeen.

Kliiniset sovellukset ja hyödyt

Siirtyminen ei-invasiivisiin tekniikoihin tarjoaa konkreettista hyötyä potilaiden hoidossa. Ensinnäkin turvallisuus ja siedettävyys parantavat merkittävästi potilasta välttämään menettelyriskejä ja voivat käydä läpi toistuvia arviointeja seuratakseen sairauden etenemistä tai vastetta hoitoihin, kuten mineralokortikoidireseptorin antagonistit tai uudet antifibroottiset aineet (esim. pirfenidoni, tranilasti). Toiseksi T1-kartoituksen, ECV:n ja PET-jäljittimen käytön määrällinen luonne mahdollistaa fibroosimuutosten tarkan seurannan ajan mittaan, mikä on välttämätöntä kliinisissä tutkimuksissa ja personoidussa lääketieteessä. Kolmas subkliinisen fibroosin varhainen havaitseminen riskipopulaatioissa (diabetesta, verenpainetautia, kroonista munuaissairautta) saattaa mahdollistaa ennaltaehkäisevät toimenpiteet ennen kuin palautumatonta remodaatiota tapahtuu.

Tulevaisuuden linjaukset ja käynnissä oleva tutkimus

Huomattavasta edistyksestä huolimatta useat haasteet ovat edelleen olemassa. CMR T1 kartoitus on herkkä kentän voimalle, skannerivalmistajalle ja sekvenssiparametreille, jotka edellyttävät standardointia kaikkialla keskuksissa. PET-merkkiaineita ei ole vielä hyväksytty kliinisiin sydäntietoihin ja niiden lyhyt puoliintumisaika rajoittaa laajaa käyttöä. Seerumin biomarkkerit eivät ole spesifisiä erottamaan sydäntä sydämen ekstrasydämen fibroosista. Tulevaisuuden tutkimuksessa keskitytään (1) kuvantamisprotokollia monikeskusfikaatioiden avulla; (2) uusien PET-merkkien kehittämistä, jotka ovat vakaita, matalasäteilyä ja helppoja tuottaa; (3) useiden biomerkkien ja kuvantamisparametrien yhdistämistä komposiittiriskituloksiin käyttäen koneoppimista; (4) tekoälyn tutkimista ei-invasiivisten toimenpiteiden ja omics-molekyyliprofiilien korreloimiseksi omics-tietojen kanssa; ja (5) prospektiivisiä tutkimuksia, joissa yhdistetään ei-invasiivisia fibroosin merkkejä koviin tuloksiin, kuten sairaalaan ja kuolevuuteen.

Päätelmät

Invasiivisten tekniikoiden innovaatiot T1-kartoituksesta ja ECV-kartoituksesta CMR:ään FAP-kohteena olevaan PET:hen, seerumin biomarkkereihin ja konetehostettuun kaikukardiografiaan. Nämä työkalut ovat perusteellisesti muuttaneet sydänfibroosin arviointia koskevaa lähestymistapaa. Nämä välineet tarjoavat kvantitatiivisen, toistettavissa olevan ja kliinisesti merkityksellisen tiedon ilman invasiivisen biopsian riskejä. Koska standardoinnin parantaminen ja sen avulla kertyy tietoa, ei-invasiivisesta fibroosista on mahdollista tulla kardiovaskulaarikuvauksen kulmakivi, mahdollistaa varhaisemman havaitsemisen, tarkemman ennusteen ja kohdennetut hoitotoimenpiteet miljoonille potilaille, joilla on tai joilla on sydämen vajaatoiminnan riski.