Arq Bras Cardiol abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC r6w3qS86pqjkg3xrmdnMhms S0066-782X2021005018201 S0066-782X2021001401081 abc.20200597 10.36660/abc.20200597 Artigo Original Fibrose Cardíaca e Mudanças Evolutivas na Função Ventricular Esquerda em Pacientes com Cardiopatia Chagásica Crônica 0000-0001-9711-6808 Santos João Bosco de Figueiredo 1 Gottlieb Ilan 2 0000-0001-8466-5322 Tassi Eduardo Marinho 3 0000-0001-5203-6097 Camargo Gabriel Cordeiro 3 Atié Jacob 3 Xavier Sérgio Salles 1 0000-0002-3270-1595 Pedrosa Roberto Coury 3 0000-0002-2263-4261 Saraiva Roberto Magalhães 1 Instituto Nacional de Infectologia Evandro Chagas Fundação Oswaldo Cruz Rio de Janeiro RJ Brasil Instituto Nacional de Infectologia Evandro Chagas/Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ - Brasil Casa de Saúde São José Rio de Janeiro RJ Brasil Casa de Saúde São José, Rio de Janeiro, RJ - Brasil Hospital Universitário Clementino Fraga Filho Faculdade de Medicina Universidade Federal do Rio de Janeiro Rio de Janeiro RJ Brasil Hospital Universitário Clementino Fraga Filho/Faculdade de Medicina/Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ - Brasil Correspondência: Roberto Magalhães Saraiva Instituto Nacional de Infectologia Evandro Chagas - Fundação Oswaldo Cruz - Av. Brasil, 4365. CEP 21040-900, Rio de Janeiro, RJ - Brasil E-mail: roberto.saraiva@ini.fiocruz.br

Contribuição dos autores

Concepção e desenho da pesquisa: Santos JBF, Xavier SS, Pedrosa RC, Saraiva RM; Obtenção de dados: Santos JBF, Gottlieb I, Tassi EM, Camargo GC; Análise e interpretação dos dados: Santos JBF, Atié J, Xavier SS, Pedrosa RC, Saraiva RM; Análise estatística: Santos JBF, Saraiva RM; Redação do manuscrito: Santos JBF, Tassi EM, Camargo GC, Pedrosa RC, Saraiva RM; Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Santos JBF, Gottlieb I, Tassi EM, Camargo GC, Atié J, Xavier SS, Pedrosa RC, Saraiva RM.

Potencial conflito de interesse

Não há conflito com o presente artigo.

 08 10 2021 12 2021 117 6 1081 1090 12 03 2020 18 11 2020 27 01 2021 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Resumo Fundamento

A cardiopatia chagásica (CC) é uma condição de progressão lenta, cujo principal achado histopatológico é fibrose.

 Objetivos

Avaliar se a fibrose cardíaca aumenta ao longo do tempo e se correlaciona com aumento no tamanho do ventrículo esquerdo (CE) e redução na fração de ejeção (FE) na CC crônica.

 Métodos

Estudo retrospectivo que incluiu 20 indivíduos (50% homens; 60±10 anos) com CC crônica que se submeteram a dois exames de ressonância magnética cardíaca (RMC) com realce tardio com gadolínio em um intervalo mínimo de quatro anos entre os exames. Volume, FE e massa de fibrose do ventrículo esquerdo (VE) foram determinados por RMC. Associações da massa de fibrose na primeira RMC com alterações no volume do VE e FE ventricular esquerda na segunda RMC foram testadas por análise de regressão logística. Valores p<0,05 foram considerados significativos.

 Resultados

Os pacientes foram classificados em: A (n=13; alterações típicas de CC no eletrocardiograma e função sistólica global e segmentar do VE normal) e B1 (n=7; alteração na motilidade da parede do VE e FE ≥45%). O tempo médio entre os dois estudos de RMC foi de 5,4±0,5 anos. Fibrose do VE (em % massa do VE) aumentou de 12,6±7.9% para 18,0±14,1% entre os exames de RMC (p=0,02). A massa de fibrose cardíaca no basal associou-se com uma diminuição > cinco unidades absolutas na FE ventricular esquerda da primeira para a segunda RMC (OR 1,48; IC95% 1,03-2,13; p=0,03). A massa de fibrose do VE foi maior e aumentou entre os dois estudos de RMC no grupo de pacientes que apresentaram diminuição na FE entre os testes.

 Conclusões

Mesmo pacientes em estágios iniciais da CC apresentam um aumento na fibrose do miocárdio ao longo do tempo, e a presença de fibrose do VE no basal está associada a uma diminuição da função sistólica do VE.

 Cardiomiopatia Chagásica Doença de Chagas Fibrose Endomiocárdica Disfunção Ventricular Esquerda Diagnóstico por Imagem Imagem de Ressonância Magnética/métodos Eletrocardiografia /métodos Introdução

A doença de Chagas é causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi , que infecta cerca de 10 milhões de pessoas em todo o mundo1 e de 1 a 3 milhões de pessoas no Brasil.2 Entre os pacientes com doença de Chagas crônica, 20 a 40% apresentam a forma cardíaca da doença – cardiopatia chagásica (CC) –2 e cerca de 2% dos pacientes, a cada ano, irão evoluir da forma indeterminada para a forma cardíaca.3

Estudos histopatológicos de amostras de miocárdio obtidas de pacientes com CC revelaram uma cardiomiopatia fibrosante crônica leve, com contínua substituição de fibras miocárdicas por áreas de fibrose e hipertrofia compensatória de miócitos remanescentes, o que poderia estar correlacionado com progressão da CC, remodelamento cardíaco e disfunção sistólica do ventrículo esquerdo (VE).4 , 5

O exame de ressonância magnética cardíaca (RMC) permite a identificação e a quantificação não invasiva de fibrose cardíaca e de anormalidades da motilidade da parede cardíaca, e a avaliação da função sistólica do VE em pacientes com CC.6 A massa de fibrose correlaciona-se diretamente com a classe funcional e inversamente com a fração de ejeção do VE.7 Ainda, fibrose identificada por RMC associa-se com arritmias ventriculares,8 especialmente na presença de duas ou mais áreas contíguas de fibrose transmural.9 Estudos longitudinais relataram que a massa de fibrose foi um preditor independente do desfecho combinado de morte cardiovascular, taquicardia ventricular sustentada,10 e mortalidade por todas as causas.11

Ainda, a RMC pode identificar áreas de fibrose em aproximadamente 20% dos pacientes com a forma indeterminada de doença de Chagas,7 , 8 e em 43,7% dos pacientes no estágio A da CC,8 com função sistólica de VE normal (segmentar ou global) na ecocardiografia bidimensional. Por outro lado, em pacientes com estágios mais avançados da forma cardíaca, fibrose cardíaca é detectada em 89%-100% dos pacientes.7 , 9 Assim, a RMC pode identificar o envolvimento cardíaco precoce na doença de Chagas e a prevalência de pacientes com fibrose cardíaca aumenta com a gravidade das doenças.

Assim, nosso objetivo foi avaliar se a fibrose cardíaca aumenta ao longo do tempo, e se correlaciona com piora da função e geometria do VE. Nós avaliamos retrospectivamente um grupo de pacientes em estágios iniciais da CC que se submeteram a dois exames de RMC com um intervalo mínimo de quatro anos entre os testes.

 Métodos Amostra do estudo

Este foi um estudo retrospectivo que incluiu uma amostra de conveniência composta de pacientes adultos com doença de Chagas crônica acompanhados regularmente no ambulatório de doença de Chagas.

Os critérios para a classificação da doença de Chagas seguiram o consenso brasileiro de doença de Chagas:2 forma indeterminada (sem evidência de envolvimento cardíaco), forma cardíaca [evidência de alterações típicas de CC no eletrocardiograma (ECG)], forma digestiva (evidência de megacólon ou megaesôfago), ou forma cardiodigestiva. A forma cardíaca foi classificada em estágio A [sem sintomas de insuficiência cardíaca (IC), com alterações isoladas no ECG], estágio B (sem sintomas de IC com disfunção sistólica segmentar e global do VE; B1: fração de ejeção do VE ≥45%; B2: fração de ejeção do VE <45%), estágio C (IC sintomática), ou estágio D (IC terminal).

Foram incluídos no estudo todos os pacientes com CC em estágio A ou B1 submetidos a dois exames de RMC pela técnica do realce tardio com gadolínio, com fibrose cardíaca detectada na primeira RMC, e teste negativo para doença arterial coronariana no teste ergométrico com esteira no momento basal. A maioria dos pacientes incluídos haviam participado de um estudo anterior.8

Dados epidemiológicos e clínicos, incluindo comorbidades, sintomas, ecocardiograma, ECG, Holter 24 horas, e exames de sangue, foram obtidos por análise de prontuários médicos.

 Ressonância magnética cardíaca (RMC)

O primeiro exame de RMC foi realizado em um aparelho GE HDxt de 1,5 Tesla (T) (Wakeusha, Wisconsin, EUA), e analisado utilizando o programa ReportCard® GE, versão 3.6, como descrito anteriormente.8 O segundo exame foi realizado em um aparelho Siemens Avanto de 1,5 T (Siemens Healthcare, Alemanha), ou um aparelho Siemens Verio 3,0 T (Siemens Healthcare, Alemanha). As imagens do VE foram obtidas durante pausa respiratória de 15 segundos, a fim de minimizar artefatos causados por movimentos respiratórios. Imagens do eixo longo e do eixo curto do VE foram obtidas por sequências desencadeadas por ECG nos mesmos locais. Análises da função sistólica do VE e do ventrículo direito foram realizadas por cine-RMC, usando o protocolo de imagens de precessão livre em estado estacionário e o diâmetro diastólico do VE, volume diastólico e sistólico do VE, massa ventricular esquerda, fração de ejeção do VE. Volume diastólico do ventrículo direito, e fração de ejeção foram determinados. Os músculos papilares foram considerados como parte da cavidade do VE para o cálculo do volume e da massa do VE. As imagens foram adquiridas a partir de cortes de 8mm e espaçamento de 2mm até o ápice do VE. Utilizou-se uma sequência de pulso gradiente eco com inversão-recuperação para avaliação de realce tardio do miocárdio (RTM) em eixos longo e curto do VE. A presença, local, e padrão da fibrose foram determinados qualitativamente. A massa da fibrose foi calculada usando o programa ReportCard®GE versão 3.6 na primeira RMC, e o programa CVI42 (Circle Cardiovascular Imaging, Canadá) na segunda RMC. O cálculo da massa de fibrose baseou-se na detecção semiautomática de áreas hiperintensas compatíveis com fibrose no eixo curto nas sequências de RTM. O pesquisador tinha liberdade em delimitar a área de fibrose. Foi adotado um limiar de sinal ≥3 desvios padrões (DPs) acima do sinal médio do miocárdio de referência para se determinar o volume de cicatrização para os dois programas utilizados para o cálculo da massa de fibrose. RTM segmentar foi analisado utilizando-se o modelo de divisão do VE em 17 segmentos.12 O padrão de cicatrização foi classificado como: 1) transmural, se houvesse qualquer área de cicatriz com ocupação >50% da espessura da parede, em menos de oito segmentos; 2) focal, se a área de cicatrização não fosse transmural e fosse identificada em menos de oito segmentos; e 3) difusa, se as áreas de cicatrização estivessem presentes em mais de oito segmentos, independentemente da presença de áreas transmurais.10 Fibrose em segmentos individuais foi classificada como subendocárdica, medial, subepicárdica, ou transmural.

As análises da primeira RMC foi realizada por dois observadores, e as análises da segunda RMC por dois observadores diferentes, que desconheciam os resultados do primeiro exame.

 Análise estatística

Os cálculos foram realizados utilizando o programa estatístico MedCalc 12.5.0.0. As variáveis contínuas foram expressas em média ± DP, e as variáveis categóricas em valores absolutos e porcentagens. Todas as variáveis contínuas passaram o teste de normalidade (teste de KolmogorovSmirnov), permitindo o uso de testes paramétricos. Os dados entre a primeira e a segunda RMC foram comparados pelo teste t de Student pareado. A associação entre a massa de fibrose na primeira RMC e alterações na estrutura e função do VE da primeira para a segunda RMC foram testadas por análise de regressão logística. Uma diminuição superior a cinco unidades na fração de ejeção do VE, um aumento > 10mL/m2 no volume diastólico do VE, e um aumento > 10mL/m2 no volume sistólico do VE foram considerados eventos nessa análise. Valores p menores que 0,05 foram considerados significativos.

 Resultados Características dos pacientes

Vinte pacientes foram incluídos no estudo. Todos apresentavam CC; 65% no estágio A e 35% no estágio B1 da doença na primeira RMC. Doença digestiva associada esteve presente em 35% dos participantes. Observou-se uma igual distribuição de sexos, a maioria dos pacientes nasceu na região nordeste do país, era de etnia branca, apresentava ensino fundamental completo, e era hipertensa ( Tabela 1 ). Nenhum paciente apresentava história de parada cardíaca súbita, sintomas de IC, uso de marcapasso, ou diabetes mellitus. O sintoma mais comum foi palpitações, seguido de pré-síncope, e síncope ( Tabela 1 ). Um paciente teve história de acidente vascular cerebral e outro de ataque isquêmico transitório.

– Características clínicas e epidemiológicas dos participantes do estudo (n=20)
Idade, anos 60,5 ± 10,4
Sexo masculino 10 (50%)
Região de origem
Nordeste 14 (70%)
Sudeste 5 (25%)
Centro-oeste 1 (5%)
Etnia
Caucasiana 14 (70%)
Mista/Parda 4 (20%)
Afro-brasileira 2 (10%)
Escolaridade
Analfabeto 2 (10%)
Ensino fundamental 12 (60%)
Ensino médio 6 (30%)
Parâmetros clínicos
Forma clínica da DC
Cardíaca – Estágio A 9 (45%)
Cardíaca – Estágio B1 4 (20%)
Cardiodigestiva A 4 (20%)
Cardiodigestiva B1 3 (15%)
Sintomas
Pré-síncope 5 (25%)
Síncope 3 (15%)
Palpitações 7 (35%)
Hipertensão 13 (65%)
Eletrocardiograma
Bloqueio de ramo direito 14 (70%)
Hemibloqueio anterior esquerdo 14 (70%)
Alterações primárias da onda T 18 (90%)
Contração ventricular prematura 5 (25%)
Holter 24h Contração ventricular prematura
> 30/hora 7 (36,8%)
10-30/hora 3 (15,8%)
< 10/hora 5 (26,3%)
Ausente 4 (21%)
Taquicardia ventricular não sustentada 4 (21%)
Ecocardiograma
Diâmetro atrial esquerdo, cm 3,5 ± 0,5
Diâmetro diastólico do VE, cm 5,1 ± 0,5
Diâmetro sistólico do VE, cm 3,3 ± 0,5
Fração de ejeção do VE, % 64,9 ± 7,9
Aneurisma do VE 2 (10%)
Função diastólica do VE
Normal 10 (50%)
Relaxamento tardio 9 (45%)
Não determinada 1 (5%)

DC: Doença de Chagas; VE: ventrículo esquerdo; Valores em média ± DP ou n (%).

Em relação ao ECG, todos os pacientes estavam em ritmo sinusal, e as principais alterações no ECG foram bloqueio de ramo direito, hemibloqueio anterior esquerdo, e alterações primárias da onda T ( Tabela 1 ). Nenhum participante apresentou bloqueio de ramo esquerdo, baixa voltagem do QRS, ou períodos de inatividade elétrica. Com exceção de um participante, todos os pacientes apresentavam resultados de Holter de 24 horas registrados nos prontuários. Nenhum paciente apresentou taquicardia ventricular sustentada, e somente três apresentaram pausa sinusal maior que dois segundos. Quase 40% apresentaram uma elevada incidência de contrações ventriculares prematuras, e um quinto apresentou taquicardia ventricular não sustentada nos exames de Holter ( Tabela 1 ). Com exceção de dois pacientes que apresentavam diâmetro sistólico do VE aumentado, e um paciente com diâmetro diastólico do VE aumentado, todos os participantes apresentaram diâmetros do VE e fração de ejeção normais. Metade dos pacientes também apresentaram função diastólica do VE normal ( Tabela 1 ).

Na ocasião da segunda RMC, três pacientes evoluíram do estágio A para o estágio B1; um paciente progrediu do estágio B1 para B2, e um paciente progrediu do estágio B1 para C. Nenhum paciente apresentou algum evento clínico compatível com síndrome coronária aguda durante o acompanhamento.

 Ressonância magnética cardíaca

O tempo médio entre os exames de RMC foi de 5,4 ± 0,5 anos. A proporção de segmentos do VE com áreas de cicatrização no primeiro e no segundo exames de RMC está apresentada na Figura 1 .

– <italic>Proporção de segmentos do ventrículo esquerdo com fibrose na primeira e na segunda ressonância magnética cardíaca segundo modelo de divisão do ventrículo esquerdo em 17 segmentos.12 Note o aumento na frequência em quase todos os segmentos; VE: ventrículo esquerdo; RMC: ressonância magnética cardíaca.</italic>

O padrão de fibrose foi classificado como focal em 13 pacientes (65%) e transmural em sete pacientes (35%) na primeira RMC. Sessenta e dois das 340 paredes (18,2%) do VE apresentaram fibrose cardíaca com a distribuição: ínfero-lateral basal (55%), apical (30%), apical lateral (30%), apical inferior (25%), apical anterior (25%), ínfero-lateral medial (25%), ínfero-basal (20%), apical septal (20%), ântero-lateral medial (20%), ântero-lateral basal (15%), ântero-septal basal (10%), ínfero-septal medial (10%), anterior basal (5%), ínfero-septal (5%), anterior medial (5%), inferior medial (5%), e ântero-septal medial (5%). O padrão de fibrose foi classificado como parede medial em 37 segmentos, transmural em 23 segmentos, subepicardial e parede medial em um segmento, e subendocardial e parede medial em um segmento.

Na segunda RMC, o padrão de fibrose apresentado pelos pacientes foi classificado como focal em 13 pacientes (65%), transmural em três pacientes (15%), e difuso em quatro pacientes (20%). O número de paredes com áreas de fibrose aumentou para 102 de 340 paredes (30%) e a frequência de paredes com áreas de fibrose foi: ínfero-lateral basal (75%), inferior basal (50%), ínfero-lateral medial (45%), apical lateral (40%), ântero-lateral basal (35%), ântero-lateral medial (35%), ântero-septal basal (30%), apical (30%), apical inferior (25%), apical anterior (25%), apical septal (25%), ínfero-septal medial (20%), inferior medial (20%), ínfero-septal basal (15%), anterior medial (15%), ântero-septal medial (15%), e anterior basal (10%). O padrão de fibrose foi classificado como mesocárdico em 74 segmentos, transmural em 25 segmentos, mesocárdico e subepicárdico em um segmento, e mesocárdico e subendocárdico em dois segmentos.

Em relação à função e tamanho do VE, os valores médios do volume sistólico do VE e da massa do VE foram maiores, e a fração de ejeção do VE foi menor no segundo exame de RMC em comparação à primeira RMC. O diâmetro diastólico do VE médio, o volume médio do ventrículo direito, e a fração de ejeção do VE média não mudaram significativamente da primeira para a segunda RMC ( Tabela 2 ).

– Comparação da fibrose no ventrículo esquerdo, tamanho e função dos ventrículos direito e esquerdo entre a primeira e a segunda ressonância magnética cardíaca
1st MRI 2nd MRI Valor pa
Massa de fibrose (g) 12,4 ± 9,1 17,9 ± 16,7 0,03
Massa de fibrose (% da massa do VE) 12,6 ± 7,9 18,0 ± 14,1 0,02
Diâmetro diastólico do VE, mm 53 ± 4 53 ± 7 0,90
Volume diastólico do VE, mL/m2 76,6 ± 19,1 76,8 ± 21,7 0,94
Volume sistólico do VE, mL/m2 30,5 ± 13,1 37,9 ± 17,9 0,004
Fração de ejeção do VE, % 61,1 ±9,5 52,5 ± 11,7 <0,0001
Massa do VE, g/m 2 53,9 ± 11,8 56,5 ± 12,6 0,008
Volume diastólico do VD, mL/m2 58,9 ± 14,6 62,0 ± 15,8 0,11
Fração de ejeção do VD, % 56,7 ± 3,2 56,1 ± 10,2 0,79

VE: ventrículo esquerdo; RMC: ressonância magnética cardíaca; VD: ventrículo direito. aTeste t de Student pareado.

A massa de fibrose média em porcentagem da massa do VE aumentou 43% da primeira RMC para a segunda RMC ( Figura 2 ; Tabela 2 ). Em relação ao padrão de distribuição da fibrose, os pacientes com um padrão transmural apresentaram aumento na massa de fibrose de 19,3±6.1% a 31,4±14,2%, p=0,02, e aqueles com padrão focal não mostraram aumento significativo na massa de fibrose de 9,0±6,3% a 10,8±7,1%, p=0,36. O número de segmentos do VE com cicatriz aumentou em ambos os grupos: de 38 a 65 (aumento de 71%) no grupo com padrão transmural, e de 24 a 37 (aumento de 54,2%) no grupo com padrão focal de distribuição de fibrose. A massa de fibrose cardíaca aumentou em 11 dos 20 pacientes estudados ( Figura 3 ).

– <italic>Ressonância magnética cardíaca de um paciente com alterações progressivas na massa de fibrose. A) Realce tardio do miocárdio nos cortes do eixo horizontal e vertical mostra áreas de fibrose na parede média (áreas brilhantes) nos segmentos mediais do septo, e fibrose transmural em todas as paredes apicais e no ápice. A massa de fibrose do miocárdio foi estimada em 33 gramas. B) Imagens do realce tardio do miocárdio obtidas do mesmo paciente 4,5 anos depois mostram áreas de fibrose a parede medial nos segmentos basais das paredes ínfero-septal, ínfero-lateral, e ântero-lateral, segmentos mediais das paredes anteriores, e fibrose transmural nos segmentos mediais das paredes ínfero-lateral e ântero-lateral, todas as paredes apicais e ápice. A massa de fibrose do miocárdio foi estimada em 58 gramas.</italic>

– <italic>Mudanças individuais da massa de fibrose, em porcentagem da massa do ventrículo esquerdo (VE) do primeiro exame de ressonância magnética cardíaca (RMC) ao segundo exame de RMC em pacientes que apresentaram uma diminuição na fração de ejeção do VE ao longo do tempo (A) e pacientes que não apresentaram diminuição na fração de ejeção do VE (B). Note que a massa de fibrose do VE é maior no basal e aumentou da primeira para a segunda RMC somente no grupo de pacientes que apresentaram redução na fração de ejeção do VE ao longo do tempo.</italic>

Da primeira para a segunda RMC, 14 pacientes apresentaram uma redução superior a cinco unidades na fração de ejeção do VE, cinco apresentaram um aumento superior a 10mL/m2 no volume diastólico do VE e sete apresentaram aumento superior a 10 mL/m2 no volume sistólico final do VE. A massa de fibrose cardíaca em porcentagem da massa ventricular esquerda detectada na primeira RMC mostrou uma associação univariada significativa com uma redução maior que cinco unidades na fração de ejeção do VE (OR 1,48, IC95% 1,03 a 2,13, p=0,03) da primeira para a segunda RMC. Não houve associação significativa univariada ou multivariada entre sexo, idade, massa de fibrose do VE na primeira RMC e mudanças maiores que 10mL/m2 no volume diastólico ou sistólico do VE da primeira para a segunda RMC ( Tabela 3 ).

– Associações univariada e multivariada dos eventos estudados com massa de fibrose no ventrículo esquerdo, idade e sexo
Associação univariada Associação multivariada
OR IC95% Valor p OR IC95% Valor p
Redução > 5 unidades na fração de ejeção do VE
Sexo masculino 0,37 0,05-2,77- 0,34 0,14 0,00-15,9 0,42
Idade (anos) 1,03 0,94-1,13 0,47 1,37 0,89-2,11 0,15
Massa de fibrose do VE, % 1,48 1,03-2,13 0,03 2,27 0,87-5,91 0,09
Aumento >10 mL/m2 no volume diastólico do VE
Sexo masculino 0,58 0,07-4,56 0,61 0,56 0,04-7,65 0,66
Idade (anos) 1,10 0,96-1,27 0,17 1,12 0,96-1,31 0,15
Massa de fibrose do VE, % 1,04 0,91-1,18 0,56 1,05 0,89-1,24 0,57
Aumento >10 mL/m2 no volume sistólico do VE
Sexo masculino 0,64 0,10-4,10 0,64 1,03 0,07-14,8 0,98
Idade (anos) 1,13 0,97-1,31 0,10 1,17 0,97-1,40 0,09
Massa de fibrose do VE, % 1,06 0,94-1,20 0,33 1,11 0,93-1,33 0,24

VE: ventrículo esquerdo; análise de regressão logística (método Enter).

Nós estratificamos os pacientes entre aqueles que apresentaram uma diminuição superior a cinco unidades na fração de ejeção do VE e aqueles que não apresentaram ( Figura 3 ). A massa de fibrose do VE, em porcentagem da massa do VE na primeira RMC foi maior entre os pacientes com diminuição na fração de ejeção do VE que nos pacientes que não apresentaram (15,8±7,3% vs. 5,1±2,2%; p=0,017). Ainda, a massa de fibrose do VE em porcentagem da massa do VE aumentou da primeira para a segunda RMC somente nos pacientes que apresentaram uma diminuição na fração de ejeção do VE (15,8±7,3% vs. 22,9±14,2%; p=0,013; Figura 3A ). Entre os pacientes que não apresentaram decréscimo na fração de ejeção do VE a massa de fibrose cardíaca em porcentagem da massa do VE, não se alterou da primeira para a segunda RMC (5,1±2,2% vs. 6,7±2,2%; p=0,25; Figura 3B ).

 Discussão

A CC é uma doença lenta, implacável, silenciosa caracterizada por uma miocardite fibrosante crônica que culmina em uma miríade de eventos cardiovasculares tais como IC, acidente vascular cerebral, e arritmias fatais.2 , 4 , 5 Levanta-se a hipótese de que, após um insulto inicial, a lesão cardíaca evolui continuamente até a ocorrência de IC sintomática.13 Neste artigo, mostramos, em um grupo de pacientes em estágios iniciais de CC, que a injúria cardíaca causada pela infeção por T. cruzi , estimada pela medida massa de fibrose cardíaca, aumenta ao longo do tempo. Além disso, o grau do dano cardíaco, i.e ., da massa de fibrose cardíaca, está associado com diminuição da fração de ejeção do VE.

A fibrose cardíaca é uma marca da CC e um índice prognóstico promissor. Até nosso conhecimento, este é o primeiro estudo a abordar mudanças na massa de fibrose cardíaca e estrutura do VE por meio de RMC em pacientes em estágios iniciais da CC. Nós encontramos um aumento não só na massa de fibrose, como no número de segmentos com fibrose, além de uma piora da função sistólica do VE e um aumento no volume sistólico do VE da primeira para a segunda RMC após um período médio de acompanhamento de cinco anos. O aumento na fibrose do VE ocorreu principalmente no grupo de pacientes com fibrose transmural. Em nosso estudo, fibrose do VE foi associada com diminuição da fração de ejeção do VE ao longo do tempo. A massa de fibrose do VE foi maior na primeira RMC e aumentou da primeira para a segunda RMC somente nos pacientes que apresentaram uma diminuição na fração de ejeção do VE.

Pacientes com doença de Chagas com fibrose cardíaca apresentam menor fração de ejeção do VE e maior volume e massa do VE, e maior dimensão do átrio esquerdo que pacientes sem fibrose cardíaca.10 , 14 De fato, há uma forte correlação negativa entre massa de fibrose do VE e fração de ejeção do VE.7 , 15 Em um estudo anterior de nosso grupo, somente pacientes com fibrose cardíaca apresentaram progressão da doença de Chagas e piora da função do VE medida pela deformação ( strain ) longitudinal e circunferencial do VE.16 Fibrose do miocárdio associou-se independentemente com mortalidade por todas as causas em um estudo retrospectivo,11 e com a ocorrência do desfecho combinado de morte cardiovascular e taquicardia ventricular sustentada em um estudo prospectivo.10

Na primeira RMC, fibrose foi mais comumente observada nos segmentos ínfero-lateral e apical, como mostrado anteriormente na doença de Chagas.7 - 9 Após um acompanhamento médio de 5,4 anos, a prevalência de fibrose cardíaca aumentou em quase todos os segmentos, mais pronunciadamente nos segmentos basais. Houve uma piora no padrão de fibrose cardíaca, uma vez que, em quatro pacientes, o padrão de fibrose mudou de transmural para difusa. Isso reforça a natureza progressiva do dano cardíaco causado pela doença de Chagas.

Nossos dados mostraram que a massa de fibrose do miocárdio aumenta ao longo do tempo, o que pode estar relacionado com uma miocardite fibrosante de progressão lenta, com alterações na matriz extracelular que leva à remodelação cardíaca e IC. De fato, as enzimas envolvidas na modulação da matriz extracelular [metaloproteinases (MMP) 2 e 9], presentes na patogênese de várias doenças cardiovasculares,17 podem ter um importante papel na patogênese da doença de Chagas. Mudanças no equilíbrio entre MMP e suas atividades inibitórias podem ser importantes para remodelação cardíaca.18 Em camundongos infectados por T. cruzi , tratamento com inibidores de MMP-2/MMP-9 induziu uma redução na inflamação do miocárdio e aumento na sobrevida.19 Em pacientes com doença de Chagas crônica, níveis séricos de MMP-2 e MMP-9 são maiores nos pacientes com as formas indeterminada e cardíaca em comparação a controles.20 , 21 Contudo, os níveis séricos de MMP-2 foram mais altos em pacientes com a forma cardíaca que a forma indeterminada,21 , 22 ao passo que os níveis de MMP-9 foram maiores nos pacientes com a forma indeterminada que a forma cardíaca.22 Portanto, um equilíbrio entre MMP-2 e MMP-9 parece ser importante na progressão da doença de Chagas.23

Limitações

Limitações deste estudo incluem seu delineamento retrospectivo, pequena amostra de conveniência, e o fato de os exames de RMC terem sido realizados em equipamentos de diferentes fabricantes, e analisados por diferentes especialistas, sem uma avaliação da variabilidade interobservador. No entanto, a concordância entre os observadores para massa de fibrose cardíaca do grupo que realizou a primeira RMC foi excelente, como já demonstrado previamente.8 Em um estudo prévio,24 a variabilidade interobservador para a técnica de quantificação de fibrose baseada no limiar de sinal versus miocárdio de referência (do inglês signal threshold versus reference myocardium , STRM), que nós usamos para avaliar fibrose do VE, foi -1,2% (IC95% -8,8 a 9,2%).24 Em nosso estudo, seis pacientes apresentaram uma diminuição na massa de fibrose no VE em porcentagem da massa do VE, que variou de 1,56 a 7,48%, todos dentro dos limites do intervalo de confiança de 95% para a variabilidade interobservador. Por outro lado, dos 11 pacientes que apresentaram um aumento na massa de fibrose do VE, em porcentagem da massa do VE, sete apresentaram um aumento acima do limite do intervalo de confiança de 95% descrito para a variabilidade interobservador. Três outros pacientes apresentaram uma diferença inferior a um porcento entre os exames. Assim, todos os pacientes com uma diferença entre exames maior que a variabilidade do teste mostraram um aumento na massa de fibrose do VE e corresponderam a 35% da população estudada. Assim, acreditamos que a variabilidade intraobservador e entre observadores não causou viés em nossos resultados.

Quanto à exclusão de pacientes com doença arterial coronariana prévia, um resultado negativo no teste ergométrico com esteira não exclui a possibilidade de uma oclusão total de um ramo coronariano. No entanto, os pacientes negaram a existência de eventos clínicos prévios compatíveis com síndrome coronariana aguda. Ainda, os pacientes não foram submetidos a um segundo teste ergométrico ou à angiografia coronária antes da segunda RMC para excluir possível doença arterial coronariana. Contudo, nenhum paciente apresentou qualquer evento clínico compatível com doença arterial coronariana durante o acompanhamento do estudo.

 Conclusões

Neste estudo retrospectivo que incluiu pacientes em estágios iniciais da CC, a fibrose miocárdica aumentou ao longo do tempo, e a fibrose do VE no basal associou-se a uma diminuição da função sistólica do VE. Esse importante achado deve ser confirmado em estudos prospectivos. A fibrose cardíaca deve ainda ser mais estudada como um índice prognóstico para a evolução da doença de Chagas e eventos cardiovasculares.

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Vinculação acadêmica

Este artigo é parte de tese de Doutorado de João Bosco de Figueiredo Santos pelo Instituto Nacional de Infectologia Evandro Chagas/Fiocruz.

Aprovação ética e consentimento informado

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética do CEP lNl Fiocruz; CEP HUCFF UFRJ sob os números de protocolo 3.146.237 e 11.186.956. Todos os procedimentos envolvidos nesse estudo estão de acordo com a Declaração de Helsinki de 1975, atualizada em 20

Fontes de financiamento: O presente estudo foi parcialmente financiado pela CAPES.

 Original Article Cardiac Fibrosis and Changes in Left Ventricle Function in Patients with Chronic Chagas Heart Disease 0000-0001-9711-6808 Santos João Bosco de Figueiredo 1 Gottlieb Ilan 2 0000-0001-8466-5322 Tassi Eduardo Marinho 3 0000-0001-5203-6097 Camargo Gabriel Cordeiro 3 Atié Jacob 3 Xavier Sérgio Salles 1 0000-0002-3270-1595 Pedrosa Roberto Coury 3 0000-0002-2263-4261 Saraiva Roberto Magalhães 1 Brazil Instituto Nacional de Infectologia Evandro Chagas/Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ - Brazil Brazil Casa de Saúde São José, Rio de Janeiro, RJ - Brazil Brazil Hospital Universitário Clementino Fraga Filho/Faculdade de Medicina/Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ - Brazil Mailing Address: Roberto Magalhães Saraiva Instituto Nacional de Infectologia Evandro Chagas - Fundação Oswaldo Cruz - Av. Brasil, 4365. Postal Code 21040-900, Rio de Janeiro, RJ - Brasil E-mail: roberto.saraiva@ini.fiocruz.br

Author Contributions

Conception and design of the research: Santos JBF, Xavier SS, Pedrosa RC, Saraiva RM; Acquisition of data: Santos JBF, Gottlieb I, Tassi EM, Camargo GC; Analysis and interpretation of the data: Santos JBF, Atié J, Xavier SS, Pedrosa RC, Saraiva RM; Statistical analysis: Santos JBF, Saraiva RM; Writing of the manuscript: Santos JBF, Tassi EM, Camargo GC, Pedrosa RC, Saraiva RM; Critical revision of the manuscript for intellectual content: Santos JBF, Gottlieb I, Tassi EM, Camargo GC, Atié J, Xavier SS, Pedrosa RC, Saraiva RM.

Potential Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

 Abstract Background

Chagas heart disease (CHD) is a slow progressing condition with fibrosis as the main histopathological finding.

 Objectives

To study if cardiac fibrosis increases over time and correlates with increase in left ventricular (LV) size and reduction of ejection fraction (EF) in chronic CHD.

 Methods

Retrospective study that included 20 individuals (50% men; 60±10 years) with chronic CHD who underwent two cardiac magnetic resonance imaging (MRI) with late gadolinium enhancement with a minimum interval of four years between tests. LV volume, EF, and fibrosis mass were determined by cardiac MRI. Associations of fibrosis mass at the first cardiac MRI and changes in LV volume and EF at the second cardiac MRI were tested using logistic regression analysis. P values <0.05 were considered significant.

 Results

Patients were classified as follows: A (n=13; changes typical of CHD in the electrocardiogram and normal global and segmental LV systolic function) and B1 (n=7; LV wall motion abnormality and EF≥45%). Mean time between cardiac MRI studies was 5.4±0.5 years. LV fibrosis (in %LV mass) increased from 12.6±7.9% to 18.0±14.1% between MRI studies (p=0.02). Cardiac fibrosis mass at baseline was associated with decrease in >5 absolute units in LV EF from the first to the second MRI (OR 1.48, 95% CI 1.03-2.13, p=0.03). LV fibrosis mass was larger and increased between MRI studies in the group that presented decrease in LV EF between the tests.

 Conclusions

Even patients at an initial stage of CHD show an increase in myocardial fibrosis over time, and the presence of LV fibrosis at baseline is associated with a decrease in LV systolic function.

 Chagas Cardiomyopathy Chagas Disease Endomyocardial Fibrosis Ventricular Dysfunction, Left Diagnostic, Imaging Magnetic Resonance Imaging/methods Electrocardiography/methods Introduction

Chagas disease is caused by the protozoan Trypanosoma cruzi that infects around 10 million people worldwide1 and 1 to 3 million people in Brazil.2 Among those patients with chronic Chagas disease, 20 to 40% have the cardiac form or Chagas heart disease (CHD)2 and around 2% of patients will progress each year from the indeterminate to the cardiac form.3

Histopathological studies of myocardial specimens obtained from patients with CHD revealed a low-grade chronic fibrosing cardiomyopathy with a continuous replacement of myocardial fibers by areas of fibrosis and compensatory hypertrophy of remnant myocytes, which would be correlated to CHD progression, cardiac remodeling and left ventricular (LV) systolic dysfunction.4 , 5

Cardiac magnetic resonance imaging (MRI) allows the non-invasive recognition and quantification of cardiac fibrosis, the identification of global and segmental wall motion abnormalities, and aneurysm and intracardiac thrombi, as well as evaluation of LV systolic function in patients with CHD.6 Fibrosis mass correlates directly to functional class and inversely to the LV ejection fraction.7 Moreover, fibrosis identified by cardiac MRI is associated to ventricular arrhythmias,8 especially in the presence of two or more contiguous areas of transmural fibrosis.9 Longitudinal studies found that fibrosis mass was an independent predictor of the combined end-point of cardiovascular death, sustained ventricular tachycardia,10 and all-cause mortality.11

Furthermore, cardiac MRI can identify areas of fibrosis in around 20% of the patients with the indeterminate form of Chagas disease7 , 8 and in 43.7% of patients at the stage A of CHD,8 who have normal global and segmental LV systolic function on two-dimensional echocardiography. On the other hand, in patients with more advanced stages of the cardiac form, cardiac fibrosis is detected in 89-100% of the patients.7 , 9 Therefore, cardiac MRI can identify early cardiac involvement in Chagas disease and the prevalence of patients with cardiac fibrosis increases with the severity of the disease.

Therefore, we aimed to evaluate if cardiac fibrosis progresses over time and if it correlates with worsening of LV function and LV geometry. For that, we retrospectively evaluated a group of patients at early stages of CHD, who underwent two cardiac MRI tests with a minimum interval of four years between them.

 Methods Study subjects

This is a retrospective study that included a convenience sample composed of adult patients with chronic Chagas disease regularly followed at the institutional outpatient Chagas disease clinic.

The criteria of Chagas disease classification followed the Brazilian consensus on Chagas disease:2 indeterminate form (no evidence of cardiac involvement), cardiac form (evidence of typical CHD changes in the electrocardiogram [ECG]), digestive form (evidence of megacolon or megaesophagus), or cardiodigestive form. Cardiac form was classified into stage A (no symptoms of heart failure [HF] with isolated changes in the ECG), stage B (no HF symptoms with segmental or global LV systolic dysfunction; B1: LV ejection fraction ≥ 45%; B2: LV ejection fraction < 45%), stage C (symptomatic HF), or stage D (end-stage HF).

All patients with CHD at stages A or B1 who underwent two cardiac MRI tests with late gadolinium enhancement (LGE) protocol within a minimum interval of four years, with cardiac fibrosis detected at the first MRI, and negative test for coronary artery disease on treadmill exercise testing at baseline were included in this study. Most patients included in this study were part of a previous study.8

Epidemiological and clinical data, including comorbidities, symptoms, echocardiogram, ECG, 24-hour Holter monitoring, and blood tests, were obtained by analysis of medical records.

 Cardiac Magnetic Resonance Imaging (MRI)

The first cardiac MRI was performed in a GE HDxt 1.5 Tesla (T) MRI scanner (Wakeusha, Wisconsin, USA) and analyzed using the ReportCard®GE software, version 3.6, as previously described.8 The second cardiac MRI was performed using a Siemens Avanto 1.5 T scanner (Siemens Healthcare, Germany) or a Siemens Verio 3.0 T scanner (Siemens Healthcare, Germany). LV images were obtained during a 15-s breath hold to minimize artefacts due to breathing movements. LV long-axis and short-axis images were obtained by two ECG-triggered pulse sequences at the same locations. LV and right ventricular (RV) systolic function were analyzed by cine-CMR using steady-state free precession protocol. End-diastolic LV diameter, end-diastolic and end-systolic LV volumes, LV mass, LV ejection fraction, end-diastolic RV volume and ejection fraction were determined by the Simpson’s method. Papillary muscles were regarded as part of the LV cavity for calculation of LV volume and mass. Images were acquired with 8-mm slice thickness and 2-mm slice spacing up to the LV apex.

In order to evaluate myocardial fibrosis, images were acquired 10 to 20 min after intravenous bolus of 0.1mmol/kg of gadolinium-based contrast (Dotarem®, Guerbet, Aulnay Sous Bois, France) using an inversion-recovery prepared gradient-echo sequence for myocardial delayed enhancement (MDE) protocol in the long- and short-axis projections. The presence, location and pattern of fibrosis were qualitatively determined. Fibrosis mass was calculated using the ReportCard®GE software version 3.6 in the first cardiac MRI and using the CVI42 software (Circle Cardiovascular Imaging, Canada) in the second cardiac MRI). Calculation of fibrosis mass was based on semi-automatic detection of hyperintense areas compatible with fibrosis on short-axis MDE sequences. The researcher was free to edit the limits of the area of fibrosis. Signal threshold of ≥ 3 standard deviations (SDs) above the mean signal of the reference myocardium was applied to determine the scar volume for both software programs used for fibrosis mass calculation. LV fibrosis mass was defined in absolute values and as percentage of the LV mass. Segmental MDE was analyzed using LV 17-segment model.12 Scar distribution patterns were classified as follows: 1) transmural, if there was any area of scar that occupied >50% of the wall thickness but in no more than eight segments; 2) focal, if the scar area was not transmural and identified in no more than eight segments; and 3) diffuse, if the scar areas were present in more than eight segments, regardless of the presence of transmural areas.10 Fibrosis in individual segments was classified as subendocardial, midwall, subepicardial, or transmural.

The analyses of the first cardiac MRI were done by two observers, while the analyses of the second cardiac MRI were done by two other different observers who were unaware of the results of the first cardiac MRI.

 Statistical analysis

Calculations were done using statistical software MedCalc 12.5.0.0. Continuous variables were expressed as mean ± SD, and categorical variables as absolute values and percentages. All continuous variables passed the normality test (Kolmogorov-Smirnov test) allowing the use of parametric tests. Data between first and second cardiac MRI were compared using paired Student’s t-test. Associations between fibrosis mass at the first cardiac MRI and changes on LV structure and function between first and second cardiac MRI were tested using logistic regression analysis. A decrease >5 units in LV ejection fraction, an increase >10 mL/m2in end-diastolic LV volume, and an increase >10 mL/m2in end-systolic LV volume were considered events for this analysis. P values below 0.05 were considered significant.

 Results Patients’ characteristics

A total of 20 patients were included in this study. All patients had CHD and 65% were at stage A and 35% at stage B1 of the disease at the time of the first cardiac MRI. Associated digestive disease was present in 35% of the participants. There was an equal gender distribution, most patients were born in the northeast region of Brazil, were white, had elementary schooling, and had hypertension ( Table 1 ). No participant had history of sudden cardiac arrest, HF symptoms, pacemaker, or diabetes mellitus. Most common symptom was palpitations, followed by near-syncope, and syncope ( Table 1 ). One patient had a history of previous stroke and another of transient ischemic attack.

– Clinical and epidemiological characteristics of study participants (n=20)
Age, years 60.5 ± 10.4
Male gender 10 (50%)
Place of origin
Northeast 14 (70%)
Southeast 5 (25%)
Central-West 1 (5%)
Ethnicity
Caucasian 14 (70%)
Mixed/Pardo 4 (20%)
Afro-Brazilian 2 (10%)
Schooling
Illiterate 2 (10%)
Elementary School 12 (60%)
High school 6 (30%)
Clinical parameters
ChD clinical form
Cardiac – Stage A 9 (45%)
Cardiac – Stage B1 4 (20%)
Cardiodigestive A 4 (20%)
Cardiodigestive B1 3 (15%)
Symptoms
Near-syncope 5 (25%)
Syncope 3 (15%)
Palpitations 7 (35%)
Hypertension 13 (65%)
Electrocardiogram
RBBB 14 (70%)
LAHB 14 (70%)
Primary T wave changes 18 (90%)
Premature ventricular contraction 5 (25%)
24 h Holter Premature ventricular contraction
> 30/hour 7 (36.8%)
10-30/hour 3 (15.8%)
< 10/hour 5 (26.3%)
None 4 (21%)
Nonsustained ventricular tachycardia 4 (21%)
Echocardiogram
Left atrial diameter, cm 3.5 ± 0.5
LV end-diastolic diameter, cm 5.1 ± 0.5
LV end-systolic diameter, cm 3.3 ± 0.5
LV ejection fraction, % 64.9 ± 7.9
LV aneurysm 2 (10%)
LV diastolic function
Normal 10 (50%)
Delayed relaxation 9 (45%)
Not determined 1 (5%)

ChD: Chagas disease; LAHB: left anterior hemiblock; LV: left ventricular; RBBB: right bundle branch block; values are mean ± SD or n (%).

Regarding ECG, all patients at baseline were in sinus rhythm, and the most common ECG changes were right bundle branch block, left-anterior hemiblock, and primary T wave changes ( Table 1 ). No participant had left bundle branch block, low QRS voltage, or periods of electrical inactivity. Except for one participant, all had 24-hour Holter monitor exams recorded on medical records. No participant had sustained ventricular tachycardia and only three had sinus pause longer than two seconds. Almost 40% had a high incidence of premature ventricular contractions and one fifth had non-sustained ventricular tachycardia on Holter exams ( Table 1 ). Except for two patients with enlarged end-systolic LV diameter and one patient with enlarged LV diastolic diameter, all participants had normal LV diameters and ejection fraction. Half of the patients also presented normal LV diastolic function ( Table 1 ).

At the time of the second cardiac MRI, three patients progressed from stage A to B1, one patient progressed from stage B1 to B2, and one patient progressed from stage B1 to C. No patient presented any clinical event compatible with acute coronary syndrome during the study follow-up.

 Cardiac MRI

The mean time between the cardiac MRI studies was 5.4 ± 0.5 years. The proportion of the LV segments with areas of scar at the first and second cardiac MRI is depicted in Figure 1 .

– <italic>Proportion of left ventricular segments with scar at the first and second cardiac magnetic resonance imaging tests according to the 17-segment model.12 Note the increase in the frequency in almost all segments; LV: left ventricular; MRI: magnetic resonance imaging.</italic>

Fibrosis pattern was classified as focal in 13 patients (65%) and transmural in seven patients (35%) at the first cardiac MRI. Sixty-two out of 340 walls (18.2%) showed cardiac fibrosis with the following distribution: basal inferolateral (55%), apex (30%), apical lateral (30%), apical inferior (25%), apical anterior (25%), mid inferolateral (25%), basal inferior (20%), apical septal (20%), mid anterolateral (20%), basal anterolateral (15%), basal anteroseptal (10%), mid inferoseptal (10%), basal anterior (5%), basal inferoseptal (5%), mid anterior (5%), mid inferior (5%), and mid anteroseptal (5%). The fibrosis pattern was classified as midwall in 37 segments, transmural in 23 segments, subepicardial and midwall in one segment, and subendocardial and midwall in one segment.

At the second cardiac MRI, the fibrosis pattern presented by the patients was classified as focal in 13 patients (65%), transmural in three patients (15%), and diffuse in four patients (20%). The number of walls with areas of fibrosis increased to 102 (30% of 340 walls) and the frequency the walls with areas of fibrosis were: basal inferolateral (75%), basal inferior (50%), mid inferolateral (45%), apical lateral (40%), basal anterolateral (35%), mid anterolateral (35%), basal anteroseptal (30%), apex (30%), apical inferior (25%), apical anterior (25%), apical septal (25%), mid inferoseptal (20%), mid inferior (20%), basal inferoseptal (15%),mid anterior (15%), mid anteroseptal (15%), and basal anterior (10%). The fibrosis pattern was classified as midwall in 74 segments, transmural in 25 segments, subepicardial and midwall in one segment, and subendocardial and midwall in two segments.

Regarding LV size and function, mean values of end-systolic LV volume and LV mass were greater, and the LV ejection fraction was lower at the second cardiac MRI compared to the first cardiac MRI. Mean end-diastolic LV diameter and volume, and the right ventricular volume and ejection fraction did not change significantly from the first to the second cardiac MRI ( Table 2 ).

– Comparison of left ventricular fibrosis and left and right ventricular chamber size and function between the first and the second cardiac magnetic resonance imaging tests
1st MRI 2nd MRI p Valuea
Fibrosis mass (grams) 12.4 ± 9.1 17.9 ± 16.7 0.03
Fibrosis mass (% of LV mass) 12.6 ± 7.9 18.0 ± 14.1 0.02
End-diastolic LV diameter, mm 53 ± 4 53 ± 7 0.90
End-diastolic LV volume, mL/m2 76.6 ± 19.1 76.8 ± 21.7 0.94
End-systolic LV volume, mL/m2 30.5 ± 13.1 37.9 ± 17.9 0.004
LV ejection fraction, % 61.1 ±9.5 52.5 ± 11.7 <0.0001
LV mass, g/m2 53.9 ± 11.8 56.5 ± 12.6 0.008
End-diastolic RV volume, mL/m2 58.9 ± 14.6 62.0 ± 15.8 0.11
RV ejection fraction, % 56.7 ± 3.2 56.1 ± 10.2 0.79

LV: left ventricular; MRI: magnet resonance imaging; RV: right ventricular. aPaired Student’s t-test.

The mean fibrosis mass in % of LV mass increased 43% from the first cardiac MRI to the second cardiac MRI ( Figure 2 ; Table 2 ). Regarding the pattern of fibrosis distribution, patients with a transmural pattern showed an increase in fibrosis mass from 19.3±6.1% to 31.4±14.2%, p=0.02, and those with focal pattern presented a non-significant increase in fibrosis mass from 9.0±6.3% to 10.8±7.1%, p=0.36. The number of LV segments with scar increased in both groups: from 38 to 65 (a 71% increase) in the group classified as transmural pattern and from 24 to 37 (a 54.2% increase) in the group classified as focal pattern of fibrosis distribution. The cardiac fibrosis mass increased in 11 of the 20 patients studied ( Figure 3 ).

– <italic>Cardiac magnetic resonance imaging of a patient with progressive changes in fibrosis mass. A) Myocardial delayed enhancement on horizontal and vertical long-axis slices depicts areas of midwall fibrosis (bright areas) in mid segments of the septum and transmural cardiac fibrosis in all apical walls and apex. Myocardial fibrosis mass was estimated in 33 grams. B) Myocardial delayed enhancement images obtained from the same patient 4.5 years later depict areas of midwall cardiac fibrosis in basal segments of inferoseptal, inferolateral, and anterolateral walls, mid segments of the septum and anterior walls, and transmural cardiac fibrosis in mid segments of inferolateral and anterolateral walls, all apical walls and apex. The estimated cardiac fibrosis mass increased to 58 grams.</italic>

– <italic>Individual changes of cardiac fibrosis mass in % of left ventricular (LV) mass from the first cardiac magnetic resonance imaging test (MRI) to the second cardiac MRI among patients who presented a decrease in LV ejection fraction over time (A) and among those who did not present a decrease in LV ejection fraction (B). Note the LV fibrosis mass is larger at baseline and increased from the first to the second cardiac MRI only in the group who showed a decrease in LV ejection fraction over time.</italic>

From the first to the second cardiac MRI, 14 subjects showed a decrease greater than five units in LV ejection fraction, five subjects presented an increase greater than 10 mL/m2in end-diastolic LV volume, and seven subjects showed an increase >10 mL/m2in end-systolic LV volume. Cardiac fibrosis mass in % of LV mass detected at the first cardiac MRI showed a univariate significant association, with a decrease of >5 units in LV ejection fraction (OR 1.48, 95% CI 1.03 to 2.13, p=0.03) from the first to the second MRI. There was no univariate or multivariate significant association between sex, age, LV fibrosis mass at the first cardiac MRI and the changes in end-diastolic or end-systolic LV volume > 10 mL/m2from the first to the second cardiac MRI ( Table 3 ).

– Univariate and multivariate associations of the studied events with left ventricular fibrosis mass, age and sex
Univariate Association Multivariate Association
OR 95% CI p values OR 95% CI p values
Decrease >5 units in LV ejection fraction
Male sex 0.37 0.05-2.77- 0.34 0.14 0.00-15.9 0.42
Age, years 1.03 0.94-1.13 0.47 1.37 0.89-2.11 0.15
LV fibrosis mass, % 1.48 1.03-2.13 0.03 2.27 0.87-5.91 0.09
Increase >10 mL/m2in end-diastolic LV volume
Male sex 0.58 0.07-4.56 0.61 0.56 0.04-7.65 0.66
Age, years 1.10 0.96-1.27 0.17 1.12 0.96-1.31 0.15
LV fibrosis mass, % 1.04 0.91-1.18 0.56 1.05 0.89-1.24 0.57
Increase >10 mL/m2in end-systolic LV vol
Sex, male 0.64 0.10-4.10 0.64 1.03 0.07-14.8 0.98
Age, years 1.13 0.97-1.31 0.10 1.17 0.97-1.40 0.09
LV fibrosis mass, % 1.06 0.94-1.20 0.33 1.11 0.93-1.33 0.24

LV: left ventricular; Vol: volume logistic regression analysis (enter method).

We stratified the patients into those who had a decrease>5 units in LV ejection fraction and those who did not ( Figure 3 ). LV fibrosis mass in % of LV mass in the first cardiac MRI was greater among those who had a decrease in LV ejection fraction than those who did not (15.8±7.3% vs. 5.1±2.2%; p=0.017). Also, the LV fibrosis mass in % of LV mass increased from the first to the second cardiac MRI only among patients who presented a decrease in LV ejection fraction (15.8±7.3% vs. 22.9±14.2%; p=0.013; Figure 3A ). Among those who did not present a decrease in LV ejection fraction, the cardiac fibrosis mass in % of LV mass did not change from the first to the second cardiac MRI (5.1±2.2% vs. 6.7±2.2%; p=0.25; Figure 3B ).

 Discussion

CHD is a slow, relentless, silent condition characterized by a chronic fibrosing myocarditis that culminates in a myriad of cardiovascular events such as HF, stroke and life threatening arrythmias.2 , 4 , 5 It is hypothesized that after an initial insult, cardiac damage progresses continuously until symptomatic HF supervenes.13 In this paper, we show in a group of patients at the initial stages of CHD that the cardiac insult caused by T. cruzi infection, measured by cardiac fibrosis mass, increases over time. Moreover, the degree of cardiac damage, i.e . cardiac fibrosis mass, is associated with decrease in LV ejection fraction.

Cardiac fibrosis is a hallmark of CHD and a promising prognostic index. As far as we know, this is the first study to address changes in cardiac fibrosis mass and LV structure by means of cardiac MRI in patients at an early stage of CHD. We found an increase not only in fibrosis mass, but also in the number of segments with fibrosis, together with a worsening of LV systolic function and an increase in LV end-systolic volume from the first to the second cardiac MRI after a mean follow-up time of five years. The increase in LV fibrosis occurred mainly in the group of patients with transmural fibrosis. In our study, LV fibrosis was associated with decrease in LV ejection fraction over time. LV fibrosis mass was greater in the first cardiac MRI and increased from the first to the second cardiac MRI only in those patients who showed a decrease in LV ejection fraction over time.

Chagas disease patients with cardiac fibrosis have lower LV ejection fraction and higher LV volume and mass, and larger left atrial size than patients without cardiac fibrosis.10 , 14 In fact, there is a negative, strong correlation between LV fibrosis mass and LV ejection fraction.7 , 15 In a previous study of our group, only patents with cardiac fibrosis had worsening of Chagas disease and LV function measured by LV longitudinal and circumferential strain.16 Myocardial fibrosis was independently associated with all-cause mortality in a retrospective study11 and with the occurrence of the combined end-point of cardiovascular death and sustained ventricular tachycardia in a prospective study.10

At the first cardiac MRI, fibrosis was more commonly seen in the infero-lateral and apical segments, as previously shown in Chagas disease.7 - 9 After a mean follow-up of 5.4 years, the prevalence of cardiac fibrosis increased in almost all segments, more notably in the basal segments. There was an aggravation of cardiac fibrosis, as in four patients, fibrosis pattern changed from transmural to diffuse. This reinforces the progressive nature of the cardiac insult caused by Chagas disease.

Our data demonstrated that myocardial fibrosis mass increases over time, which may be related to a slowly progressive fibrosing myopathy with changes in extracellular matrix that leads to cardiac remodeling and HF. In fact, enzymes involved in the extracellular matrix modulation (metalloproteinases [MMP] 2 and 9), present in the pathogenesis of several cardiovascular diseases,17 may have an important role in Chagas disease pathogenesis. Changes in the balance between MMP and their inhibitors activity may be important for cardiac remodeling.18 In T.cruzi infected mice, MMP-2/MMP-9 inhibitors treatment induced a decrease in myocardial inflammation and a survival increase.19 In patients with chronic Chagas disease, both MMP-2 and MMP-9 serum levels are higher in patients at the indeterminate and cardiac forms than controls.20 , 21 However, MMP-2 serum levels were higher in patients with the cardiac form than with the indeterminate form,21 , 22 while MMP-9 serum levels were higher in patients with the indeterminate form than with the cardiac form.22 Therefore, a MMP-2/MMP-9 balance seems to be important for Chagas disease progression.23

Limitations

This study is limited by its retrospective design, a small convenience sample, and by the fact that the cardiac MRIs were performed in machines of different vendors and analyzed by different experts, without an assessment of interobserver variability. However, the interobserver agreement for cardiac fibrosis mass of the group that performed the first cardiac MRI was previously described as excellent.8 In a previous study,24 the interobserver variability for the signal threshold versus reference myocardium (STRM)-based scar quantification technique, which we used to evaluate LV fibrosis, was -1.2% (95% CI -8.8 to 9.2%).24 In our study, six patients had a decrease in LV fibrosis mass in % of LV mass, that ranged from 1.56 to 7.48%, all within the 95% CI described for the interobserver variability. On the other hand, from the 11 patients who presented an increase in LV fibrosis mass in % of LV mass, seven showed an increase above the 95% CI described for the interobserver variability. Three other patients had a difference less than one percent between exams. Therefore, all patients with a difference between exams above the test variability showed an increase in LV fibrosis mass and corresponded to 35% of the studied population. Therefore, we believe that our results were not biased by intra or inter-observer variability.

Regarding exclusion of patients with previous coronary artery disease, a negative treadmill exercise test result does not exclude the possibility of complete occlusion of a coronary branch. However, patients denied previous clinical events compatible with acute coronary syndrome. Patients also did not undergo a second treadmill exercise test or coronary angiography before the second MRI to exclude coronary artery disease. However, no patient presented any clinical event compatible with coronary artery disease during the study follow-up.

 Conclusions

In this retrospective study that included patients at an initial stage of CHD, myocardial fibrosis increased over time and LV fibrosis at baseline was associated with a decrease in LV systolic function. This important finding should be confirmed in prospective designed studies. Cardiac fibrosis must also be further studied as a prognostic index for Chagas disease progression and cardiovascular events.

Study Association

This article is part of the doctoral thesis submitted by João Bosco de Figueiredo Santos, from Instituto Nacional de Infectologia Evandro Chagas/Fiocruz.

Ethics approval and consent to participate

This study was approved by the Ethics Committee of the CEP lNl Fiocruz; CEP HUCFF UFRJ under the protocol numbers 3.146.237 and 11.186.956. All the procedures in this study were in accordance with the 1975 Helsinki Declaration, updated in 2013. Informed consent was obtained from all participants included in the study.

Sources of Funding: This study was partially funded by CAPES