FUNDAMENTO: Pacientes com tetralogia de Fallot freqüentemente cursam com disfunção ventricular no período pós-operatório. A base histológica dessa alteração funcional tem sido pouco estudada. OBJETIVO: Avaliar, em espécimes anatômicos, o remodelamento miocárdico comparando as regiões subepicárdica e subendocárdica, especialmente por esta última ser facilmente abordável por meio de biópsias endomiocárdicas. MÉTODOS:Análises em cortes transmurais de miocárdio da via de entrada, parede anterior e infundíbulo do ventrículo direito (VD) e da parede livre do esquerdo (VE), foram avaliados quanto ao grau de hipertrofia de cardiomiócitos, de vascularização e fibrose intersticial. RESULTADOS:O diâmetro médio dos cardiomiócitos do subendocárdio é semelhante ao do subepicárdio em todas as regiões, com exceção do infundíbulo do VD, em que os subendocárdicos se mostraram significativamente maiores em relação aos do subepicárdio (p=0,007). A quantidade de colágeno intersticial encontra-se nos limites superiores do normal e foi similar nas camadas subendocárdicas, comparada à subpericárdica de cada região, sendo, todavia, maior na via de entrada e na parede anterior do VD, do que na parede lateral do VE. A densidade numérica de capilares do subendocárdio foi semelhante à do subepicárdio e esteve menor que a média menos dois desvios-padrão do normal em todas as regiões e camadas, com exceção do infundíbulo, em que o subepicárdio mostrava valores normais e o subendocárdio valores menores que a média menos dois desvios-padrão. CONCLUSÃO: As alterações do miocárdio pós-natal na tetralogia de Fallot estão distribuídas homogeneamente nas metades subepicárdica e subendocárdica das paredes ventriculares, com exceção do infundíbulo, que apresenta características peculiares de remodelamento e que, portanto, não é representativo das demais regiões e camadas ventriculares para estudos morfométricos.
ARTIGO ORIGINAL
CARDIOLOGIA PEDIÁTRICA
IInstituto do Coração (InCor) Hospital das Clínicas-FMUSP, São Paulo, SP - Brasil
IIFaculdade de Medicina - Centro de Ciências Biológicas da Saúde - Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, MT - Brasil
Estudos histológicos do miocárdio na tetralogia de Fallot demonstraram a existência de hipertrofia e desarranjo dos cardiomiócitos além de vários graus e tipos de fibrose e edema no interstício1. Macroscopicamente a hipertrofia ventricular é particularmente evidente na região infundibular, exatamente onde o defeito embriológico básico dessa anomalia se exterioriza causando o desvio anterior do septo infundibular. Em adultos com doenças cardíacas adquiridas foi demonstrado que os diversos padrões de fibrose e remodelamento nas diferentes regiões e camadas musculares ventriculares (subendocárdica e subepicárdica) têm conseqüências funcionais diversas2,3.
Conhecer a distribuição e intensidade das alterações histológicas nas diferentes regiões ventriculares na tetralogia de Fallot, incluindo a hipertrofia dos cardiomiócitos, a porcentagem de fibrose e a rede capilar é aspecto relevante, já que freqüentemente essa anomalia cursa com disfunção ventricular no período de pós-operatório e sua base histológica tem sido pouco estudada.
Considerando que durante a correção cirúrgica costuma-se fazer ressecção de músculo do infundíbulo ventricular direito, é também relevante conhecer a representatividade da morfometria desse material em relação aos ventrículos como um todo, visando avaliar a possibilidade de correlacionar esses aspectos ao tipo e grau de disfunção ventricular pós-operatória, o que tornaria a biópsia miocárdica uma ferramenta com grande potencial em estabelecer o prognóstico após a correção cirúrgica.
Estudar morfometricamente as características histológicas (grau de hipertrofia miocárdica, fibrose intersticial e densidade de capilares) de amostras de três diferentes regiões do ventrículo direito (VD) - via de entrada, parede anterior e via de saída - e compará-las entre si e com amostras do ventrículo esquerdo (VE), além de verificar a distribuição transmural dessas amostras.
Foram avaliados 192 cortes histológicos preparados a partir de oito peças anatômicas de corações com os defeitos congênitos que caracterizam a tetralogia de Fallot pertencentes à coleção do Laboratório de Anatomia Patológica Instituto do Coração - Faculdade de Medicina - USP, provenientes de autópsias realizadas no período de 1999 a 2005. Os casos foram selecionados quanto à integridade dos espécimes arquivados, considerando a possibilidade de amostrar todas as paredes, e quanto à qualidade dos cortes histológicos, sendo excluídos aqueles com sinais de má-fixação. A
Foram retiradas fatias transmurais de miocárdio de quatro diferentes regiões ventriculares - via de entrada, parede anterior e infundíbulo do VD e parede livre do VE. As amostras foram submetidas a processamento histológico convencional e então foram obtidos cortes histológicos de 5 micrômetros (µm) de espessura. Esses foram submetidos a coloração pela hematoxilina-eosina; pelo Picrosirius (Sirius Red) para análise quantitativa do colágeno no interstício do miocárdio, e à reação de imuno-histoquímica para o Fator de Von Willebrand, para marcação dos capilares miocárdicos. Para análise todos os cortes foram divididos em duas metades: amostra subendocárdica e amostra subepicárdica.
As medidas morfométricas foram realizadas com auxílio de um sistema computadorizado interativo de análise de imagens (Leica Qwin versão 2.2 - Leica Imaging Systems Ltda, 1997). Uma câmera de vídeo (JVC modelo TK- 1280U) conectada ao microscópio óptico (Leica DMLS) transmite ao sistema cada campo microscópico, que é então transformado em uma imagem digital binária. Uma seqüência de operações matemáticas e morfológicas permite identificar e quantificar todas as estruturas de interesse. A técnica de análise histológica proposta foi testada e mostrou baixa variação interobservador4. Para as medidas lineares (diâmetros) o aumento utilizado foi de 400x.
Após estudo da evolução da média e variância, foram medidas 60 células por região/caso, em pelo menos 10 campos diferentes. Foi medido o menor diâmetro dos cardiomiócitos em uma linha que intercepta o núcleo e o também medido o menor diâmetro dos núcleos (
Foram excluídas dessa análise áreas cicatriciais caracterizadas por fibrose estrelada com vasos neoformados e o colágeno ao redor de arteríolas com diâmetro superior a 30 µm utilizando-se recurso de edição do programa Quantimet. A avaliação dos capilares foi possível em cortes histológicos de cinco dos oito espécimes, cujo resultado da reação imuno-histoquímica permitiu a análise morfométrica. O resultado insatisfatório das lâminas dos três espécimes restantes provavelmente esteve relacionado ao período de armazenamento dos mesmos em formol e foram, portanto, excluídas dessa análise.
Para os cinco espécimes estudados, contando-se todos os capilares de cada campo, foi então calculado o número de capilares por fração de área de cardiomiócitos e por área de miocárdio analisado, permitindo calcular a densidade de capilares (Nº. capilares/mm2). Nessa etapa foram analisados cinco campos de cada amostra, correspondente a 72.384 µm2 de área, utilizando-se uma grade de 80 pontos, com aumento de 400x para contagem dos pontos incidentes sobre cardiomiócitos e sobre capilares.
Nos mesmos campos, foi avaliada a menor distância de cada ponto do sistema teste para o capilar mais próximo, utilizada como parâmetro da homogeneidade de distribuição de capilares nos campos (distância de difusão capilar -
Os dados foram computados e analisados com o auxílio do programa SigmaStat versão 2.03. As variáveis contínuas foram apresentadas descritivamente como média, mediana e desvio padrão. Foram utilizados para a comparação entre os grupos os testes
Analisando de modo comparativo o diâmetro médio dos cardiomiócitos no subendocárdio
Analisando de modo comparativo o diâmetro médio dos cardiomiócitos das diversas paredes ventriculares - via de entrada, parede anterior, região infundibular do ventrículo direito e parede lateral do ventrículo esquerdo, não houve diferença significativa entre elas, tanto para amostras do subepicárdico (p=0,415) quanto para amostras do subendocárdio (p=0,522).
Houve correlação estatisticamente significante entre a idade e o diâmetro dos cardiomiócitos nas camadas subendocárdica e subepicárdica da via de entrada (r=0,94, p<0,001; r=0,89, p<0,001), parede anterior (r=0,76, p<0,05; r=0,84 p<0,001) e infundíbulo do ventrículo direito (r=0,96, p<0,001; r=0,94 p<0,001), e camada subepicárdica da parede lateral do ventrículo esquerdo (r=0,75, p<0,05), mas não na camada subendocárdica da mesma parede (r=0,41, p=0,311).
Plotando os valores médios dos diâmetros dos cardiomiócitos dos espécimes estudados no gráfico com os valores estabelecidos em corações normais para a mesma faixa etária5 observa-se que nos espécimes estudados os valores médios do diâmetro dos cardiomiócitos do ventrículo direito em geral são maiores que os valores normais para a mesma faixa etária, na maioria das vezes mais de um desvio padrão acima do normal. A mesma análise para os cardiomiócitos do ventrículo esquerdo mostrou que essa diferença não é evidente em todos os casos (
A fração de área ocupada pelo colágeno no subendocárdio foi semelhante à do subepicárdio da mesma região, nas diversas paredes ventriculares estudadas. Comparando apenas o subendocárdio das diferentes paredes ventriculares observamos que na via de entrada do ventrículo direito a fração de área ocupada por colágeno apresenta valores significativamente maiores em relação aos do ventrículo esquerdo (p=0,02). A mesma análise realizada para o subepicárdico mostrou que na via de entrada e parede anterior do ventrículo direito a fração de área de colágeno é também maior em comparação com o ventrículo esquerdo (p=0,02 e p=0,03, respectivamente) e que na via de entrada do ventrículo direito os valores são maiores em comparação com a região infundibular do mesmo ventrículo (p=0,04) (
Comparando os valores normais de fibrose miocárdica publicados na literatura para corações normais (até 3%)7, observamos que os valores médios obtidos nas amostras do ventrículo direito ficaram no limite superior ou pouco acima da média, com exceção da amostra do subepicárdio da região infundibular que apresentou nível médio de fibrose abaixo do valor máximo normal. Já os do ventrículo esquerdo estiveram abaixo do valor máximo normal. Na observação histológica desse material encontraram-se vários padrões de fibrose intersticial, incluindo amostras com fibrose perimisial e amostras com fibrose endomisial (
A densidade de capilares (Nº. capilares /mm2 de cardiomiócitos) no subendocárdio foi semelhante à do subepicárdio em cada uma das diversas regiões estudadas, com exceção da região infundibular do ventrículo direito cujo valor foi significativamente maior na camada muscular subepicárdica do que na subendocárdica (p=0,001). As densidades de capilares do subepicárdio das diversas regiões ventriculares são semelhantes entre si (p>0,11). Todavia, o subendocárdio do infundíbulo subpulmonar apresenta menor densidade capilar em relação à parede anterior (p=0,031).
Comparando os dados obtidos com os valores normais de densidade capilar publicados na literatura para corações normais de crianças menores de nove anos de idade (3315±85 capilares/mm2)8, observamos que os valores médios obtidos considerando os quatro pacientes dessa faixa etária foram menores que a média menos dois desvios-padrão, com exceção da camada subepicárdica na região infundibular (
A distorção da morfologia cardíaca nas cardiopatias congênitas leva a conseqüências hemodinâmicas variáveis que promovem a adaptação do miocárdio e podem eventualmente induzir a disfunção ventricular. Estudos anteriores mostraram que os portadores de tetralogia de Fallot apresentam consideráveis hipertrofia e desarranjo dos cardiomiócitos e vários graus e tipos de fibrose, edema, infiltração por células mononucleares e alterações degenerativas, como degeneração vacuolar dos miocardiócitos1. Foi observado que ao nascimento não existe diferença entre o diâmetro dos cardiomiócitos dos pacientes com tetralogia de Fallot e os normais9. Após o nascimento, esse diâmetro aumenta de modo progressivo e gradual e a proliferação do tecido conjuntivo ocorre de modo proporcional à hipertrofia e à idade9. Esses achados corroboram a hipótese de que na vida fetal a comunicação interventricular e a baixa pós-carga do ventrículo esquerdo aliviam a sobrecarga de pressão imposta pela obstrução da via de saída do ventrículo direito, diminuindo o estímulo para o remodelamento ventricular direito.
Após o nascimento o aumento fisiológico da pós-carga do ventrículo esquerdo, que se reflete no ventrículo direito através da comunicação interventricular, soma-se à imposta pela obstrução da via de saída do ventrículo direito gerando grande estímulo ao remodelamento ventricular direito. Sendo assim, podemos considerar que o remodelamento ventricular direito, possivelmente, ocorra principalmente no período pós-natal.
Embora estudo em espécimes anatômicos anterior tenha demonstrado que o infundíbulo pulmonar, na tetralogia de Fallot, é mais longo10, um estudo prospectivo ecocardiográfico mais recente demonstrou que na tetralogia de Fallot, em comparação com lactentes normais, o infundíbulo pulmonar é menor e mais curto e o septo infundibular é mais espesso e desviado no sentido ântero-superior11. Apesar de a obstrução infundibular ser progressiva com a idade, a dimensão absoluta do volume do infundíbulo pulmonar não mudou significativamente com o tempo, mas também não cresceu em proporção ao aumento da superfície corpórea.
Possivelmente a razão disso seria um crescimento anormal do infundíbulo, intrínseco à anomalia congênita, o que o torna relativamente menor em relação ao crescimento somático, colaborando para o agravamento da obstrução da via de saída do ventrículo direito. Assim, as imagens confirmam o conceito de que, no caso dos defeitos cardíacos congênitos, e desde que essas condições de sobrecarga de volume e/ou pressão estejam presentes desde o processo de morfogênese, o processo de remodelamento ocorre concomitantemente ao processo de morfogênese e crescimento do coração, antes e após o nascimento.
No caso da tetralogia de Fallot em particular devemos considerar que a hipertrofia do infundíbulo, presente desde o nascimento, seja o resultado da anormalidade intrínseca da morfogênese do mesmo, que poderá se acentuar pelo efeito do remodelamento pós-natal. Alguns autores já se manifestaram a respeito das características do remodelamento miocárdico nas cardiopatias congênitas12, nas diversas regiões das paredes ventriculares e nas camadas subendocárdica e subepicárdica.
Salih e cols.13 demonstraram que na síndrome de hipoplasia do coração esquerdo (SHCE) existe menor porcentagem de colágeno por campo no ventrículo esquerdo em comparação com os controles normais e em comparação ao ventrículo direito. Mostraram maior porcentagem de colágeno no subendocárdio que no subepicárdio, e desse em relação ao mesocárdio, concluindo que essas alterações representam uma anormalidade intrínseca e sugerindo que essa desproporcionalidade na quantidade de tecido fibroso possa ter importante implicação na função ventricular ao longo do tempo.
Estudando espécimes anatômicos com atresia tricúspide, Binotto e cols.4 revelaram maior proporção de fibrose no ventrículo esquerdo dos espécimes com atresia tricúspide em comparação com os normais. Observaram ainda que a proporção de fibrose não era homogênea em todo ventrículo esquerdo, apresentando valores maiores na via de entrada e ápice em comparação com via de saída, e também maior proporção na camada subendocárdica. O aumento da fibrose miocárdica intersticial foi documentado também na anomalia de Ebstein14 e atresia pulmonar com septo ventricular íntegro15. Acredita-se que o depósito de colágeno resulta em um aumento da rigidez que pode prejudicar o enchimento ventricular, proporcionando uma fisiologia restritiva.
Além de acompanhar de modo proporcional o crescimento fisiológico cardíaco, os capilares estão envolvidos em todos os mecanismos de adaptação sob condições adversas16. Em algumas circunstâncias que levam a hipertrofia miocárdica, acredita-se que o número inadequado de capilares aumente o potencial de dano isquêmico. Embora a hipóxia seja considerado um estímulo efetivo ao crescimento da célula endotelial, dados experimentais de adaptação de suprimento capilar em resposta a hipóxia são controversos. O número de capilares foi considerado inadequado em corações com hipoplasia de coração esquerdo13 e na atresia tricúspide4.
Os resultados encontrados no presente estudo mostraram que no caso da tetralogia de Fallot as alterações encontradas nas amostras subendocárdicas são representativas paras as diversas características estudadas (diâmetro dos cardiomiócitos, porcentagem de fibrose intersticial e densidade e difusão de capilares) na maioria das regiões ventriculares, com duas exceções que acontecem exatamente na região que mais se destaca na anatomia da tetralogia de Fallot: o infundíbulo pulmonar.
Nessa região encontramos que os cardiomiócitos têm maior diâmetro na camada subendocárdica quando comparados a subepicárdica, e que a densidade de capilares é maior na camada subepicárdica quando comparada à camada subendocárdica. Isso está de acordo com a afirmativa de que a hipertrofia em resposta à sobrecarga de pressão é maior no subendocárdio e não se acompanha de uma capilarização proporcional adequada16. Quanto à fibrose, o resultado indica que, embora essa esteja aumentada em todo o ventrículo direito, esse aumento é mais significativo na sua via de entrada e na parede anterior, justamente aquelas que têm maior importância na função ventricular direita.
A contração dessas paredes em direção ao septo tem papel importante tanto na função sistólica quanto no relaxamento diastólico. Rushmer17, citado por Nakasato e cols.18 refere que o sangue é ejetado do VD pelo encurtamento da parede livre com o deslocamento para baixo do anel da valva tricúspide e o movimento da parede livre em direção ao septo. Em seguida, a contração do ventrículo esquerdo exerce um efeito de "torção" do ventrículo direito finalizando a sístole19. Portanto, o aspecto do remodelamento descrito acima pode estar relacionado à existência de disfunção ventricular direita. Devemos considerar também que os vários padrões de remodelamento têm conseqüências funcionais diversas3.
Sabemos que maior porcentagem de fibrose miocárdica confere maior rigidez. O comprometimento da função diastólica está mais relacionado ao aumento da concentração de colágeno do que à hipertrofia dos cardiomiócitos2. Os resultados deste estudo nos induzem a acreditar que a hipertrofia como resposta de remodelamento miocárdico na tetralogia de Fallot ocorra em todas as regiões do ventrículo direito, mas se torne mais significativa no subendocárdico da região infundibular, onde não ocorre o aumento proporcional dos capilares. É possível que esse fenômeno se relacione ao grau de anormalidade do septo infundibular e à obstrução da via de saída do ventrículo direito.
Como constatamos neste estudo, as alterações presentes no miocárdio pós-natal na tetralogia de Fallot estão distribuídas homogeneamente nas metades subepicárdica e subendocárdica das paredes ventriculares, com exceção do infundíbulo, que apresenta características peculiares de remodelamento miocárdico. Concluímos, portanto, que as amostras miocárdicas subendocárdicas da região infundibular não são representativas das demais regiões ventriculares para estudos morfométricos.
Estudos posteriores serão essenciais para definir se algum padrão ou intensidade de lesão histológica se correlaciona com a disfunção ventricular clinicamente detectada no pós-operatório de alguns pacientes com essa anomalia congênita. Nesse contexto, e como perspectiva do presente trabalho, uma biópsia endocárdica realizada no intra-operatório seria útil para prever o comportamento da função ventricular após correção. Devemos também reconhecer que, neste estudo, o número de espécimes estudados foi pequeno, e que a interpretação da quantidade de capilares das diferentes faixas etárias merece estudos mais extensos, incluindo maior variação de idade.
Esta pesquisa foi realizada com o apoio da Fapesp (projeto nº05/01476-2).
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo foi parcialmente financiado por FAPESP.
Este artigo é parte de tese de Doutorado de Maria Cecilia Knoll Farah pela Universidade Federal de São Paulo.
Correspondência: Vera Demarchi Aiello Av. Dr. Enéas Carvalho Aguiar, 44 - 05406-000 Cerqueira César - São Paulo, SP - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 30/11/07; revisado recebido em 21/01/08; aceito em 26/02/08.
FUNDAMENTO: Frecuentemente, pacientes con tetralogía de Fallot cursan con disfunción ventricular en el período postoperatorio. La base histológica de esa alteración funcional ha sido poco estudiada. OBJETIVO: Evaluar, en especímenes anatómicos, la remodelación miocárdica comparándose las regiones subepicárdica y subendocárdica, sobre todo por esta última ser fácilmente abordable por medio de biopsias endomiocárdicas. MÉTODOS: Se evaluaron análisis en cortes transmurales de miocardio de la vía de entrada, pared anterior e infundíbulo del ventrículo derecho (VD) y de la pared libre del izquierdo (VI), en cuanto al grado de hipertrofia de cardiomiocitos, de vascularización y fibrosis intersticial. RESULTADOS: El diámetro promedio de los cardiomiocitos del subendocardio se asemeja al del subepicardio en todas las regiones, con excepción del infundíbulo del VD, en que los subendocárdicos se mostraron significativamente mayores con relación a los del subepicardio (p=0,007). La cantidad de colágeno intersticial se encuentra en los límites superiores al normal y fue similar en las camadas subendocárdicas, comparada a la subpericárdica de cada región; pero se mostró mayor en la vía de entrada y en la pared anterior del VD, que en la pared lateral del VI. La densidad numérica de capilares del subendocardio se asemejó a la del subepicardio y se mostró menor que el promedio menos dos desviaciones estándar del normal, en todas las regiones y capas, con excepción del infundíbulo, en lo que el subepicardio revelaba valores normales y el subendocardio valores menores que el promedio menos dos desviaciones estándar. CONCLUSIÓN: Las alteraciones del miocardio postnatal en la tetralogía de Fallot están distribuidas de modo homogéneo en las mitades subepicárdica y subendocárdica de las paredes ventriculares, a excepción del infundíbulo, que presenta características peculiares de remodelación y que, por lo tanto, no es representativo de las otras regiones y capas ventriculares para estudios morfométricos.
IInstituto do Coração (InCor) Hospital de Clínicas - FMUSP, São Paulo, SP - Brasil
IIFaculdade de Medicina - Centro de Ciências Biológicas da Saúde - Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, MT - Brasil
Correspondencia
Estudios histológicos del miocardio en la tetralogía de Fallot evidenciaron la existencia de hipertrofia y desarreglo de los cardiomiocitos, además de diversos grados y tipos de fibrosis y edema en el interstício1. Microscópicamente, la hipertrofia ventricular es evidente sobre todo en la región infundibular, exactamente donde el defecto embriológico básico de esa anomalía se exterioriza causando el desvío anterior del septum infundibular. En adultos con enfermedades cardíacas adquiridas se reveló que los diversos estándares de fibrosis y remodelación en las distintas regiones y capas musculares ventriculares (subendocárdica y subepicárdica) tienen consecuencias funcionales diversas2,3.
Conocer la distribución e intensidad de las alteraciones histológicas en las diferentes regiones ventriculares en la tetralogía de Fallot, incluyéndose la hipertrofia de los cardiomiocitos, el porcentaje de fibrosis y la red capilar es aspecto relevante. Ello sucede ya que frecuentemente esa anomalía cursa con disfunción ventricular en el período de postoperatorio y su base histológica ha sido poco estudiada.
Al tomarse en consideración que durante la corrección quirúrgica suele hacerse resección del músculo del infundíbulo ventricular derecho, es también relevante enterarse de la representatividad de la morfometría de ese material con relación a los ventrículos como un todo. De esa manera, se puede evaluar la posibilidad de correlacionar esos aspectos al tipo y al grado de disfunción ventricular postoperatoria. Ello convertiría la biopsia miocárdica en una herramienta con gran potencial para establecer el pronóstico tras la corrección quirúrgica.
Estudiar morfométricamente las características histológicas (grado de hipertrofia miocárdica, fibrosis intersticial y densidad de capilares) de muestras de tres diferentes regiones del ventrículo derecho (VD) - vía de entrada, pared anterior y vía de salida - y comparárselas entre si y con muestras del ventrículo izquierdo (VI), además de verificar la distribución transmural de esas muestras.
Se evaluaron 192 cortes histológicos preparados a partir de ocho piezas anatómicas de corazones que presentaban defectos congénitos característicos de la tetralogía de Fallot. Las piezas pertenecían a la colección del Laboratorio de Anatomía Patológica del Instituto do Coração - Facultad de Medicina - USP, y eran provenientes de autopsias realizadas en el período del 1999 al 2005. Los casos se seleccionaron en cuanto a la integridad de los especímenes archivados, tomándose en cuenta la posibilidad de constituir muestras de todas las paredes, y la calidad de los cortes histológicos, excluyéndose aquellos con señales de mala fijación. La
Se retiraron muestras transmurales de miocardio de cuatro diferentes regiones ventriculares - vía de entrada, pared anterior e infundíbulo del VD y pared libre del VI. Las muestras fueron sometidas a procesamiento histológico convencional y entonces se obtuvieron cortes histológicos de 5 micrómetros (µm) de grosor. Éstos fueron sometidos a coloración por la hematoxilina-eosina; por Picrosirius (Sirius Rojo) para análisis cuantitativo del colágeno en el intersticio del miocardio, y a la reacción de inmunohistoquímica para el Factor de Von Willebrand, para marcaje de los capilares miocárdicos. Para análisis, se dividieron todos los cortes en dos mitades: muestra subendocárdica y muestra subepicárdica.
Se realizaron las medidas morfométricas con ayuda de un sistema computarizado interactivo de análisis de imágenes (Leica Qwin versão 2.2 - Leica Imaging Systems Ltda, 1997). Una cámara de video (JVC modelo TK- 1280U) conectada al microscopio óptico (Leica DMLS) transmite al sistema cada campo microscópico, que es entonces transformado en una imagen digital binaria. Una secuencia de operaciones matemáticas y morfológicas permite identificar y cuantificar todas las estructuras de interés. La prueba de la técnica de análisis histológica propuesta reveló baja variación interobservador4. Para las medidas lineales (diámetros) se utilizó un aumento de 400X.
Tras estudio de la evolución del promedio y varianza, se tomaron las medidas de 60 células por región/caso, en al menos 10 campos distintos. Se midió el menor diámetro de los cardiomiocitos en una línea que intercepta el núcleo y el también medido o menor diámetro de los núcleos (
Se excluyeron de ese análisis áreas cicatriciales caracterizadas por fibrosis estrellada, con vasos neoformados y el colágeno alrededor de arteríolas, con diámetro superior a 30µm. Para ello se utilizó el recurso de edición del programa Quantimet. Se efectuó la evaluación de los capilares en cortes histológicos de cinco de los ocho especímenes seleccionados, cuyo resultado de la reacción inmunohistoquímica permitió el análisis morfométrico. Se excluyeron de ese análisis las láminas de los tres especímenes remanentes que presentaron un resultado insatisfactorio a causa, probablemente, de su periodo de almacenaje en formol.
Para los cinco especímenes estudiados - contándose todos los capilares de cada campo -, se calculó entonces el número de capilares por fracción de área de cardiomiocitos y por área de miocardio analizado, lo que permitió calcular la densidad de capilares (Nº capilares/mm2). En esa etapa, se analizaron cinco campos de cada muestra, correspondiente a 72.384µm2 de área, utilizándose una reja de 80 puntos, con aumento de 400X, para conteo de los puntos incidentes sobre cardiomiocitos y sobre capilares.
En los mismos campos, se evaluó la menor distancia de cada punto del sistema prueba para el capilar más próximo. Dicha distancia se utilizó como parámetro de la homogeneidad de distribución de capilares en los campos (distancia de difusión capilar -
Se computaron y analizaron los datos con ayuda del programa SigmaStat versión 2.03. Las variables continuas se presentaron descriptivamente como promedio, mediana y desviación estándar. Se analizaron para comparación entre los grupos, las pruebas t de Student o Mann-Whitney, además de la prueba de análisis de varianza para medidas repetidas con uno o dos factores. Para evaluación de la asociación entre variables se utilizó la prueba Chi-Cuadrado. Y, para probar la correlación entre ellas, las pruebas de correlación de Pearson o Spearman. Se interpretaron los resultados tomándose en cuenta el nivel de significancia del 5%.
Al analizarse de modo comparativo el diámetro promedio de los cardiomiocitos en el subendocardio
Al analizar de modo comparativo el diámetro promedio de los cardiomiocitos de las diversas paredes ventriculares - vía de entrada, pared anterior, región infundibular del ventrículo derecho y pared lateral del ventrículo izquierdo -, no hubo diferencia significativa entre ellos, tanto para muestras del subepicárdico (p=0,415) como para muestras del subendocardio (p=0,522).
Hubo correlación estadísticamente significante entre la edad y el diámetro de los cardiomiocitos en las capas subendocárdica y subepicárdica de la vía de entrada (r=0,94, p<0,001; r=0,89, p<0,001), pared anterior (r=0,76, p<0,05; r=0,84 p<0,001) y infundíbulo del ventrículo derecho (r=0,96, p<0,001; r=0,94 p<0,001), y capa subepicárdica de la pared lateral del ventrículo izquierdo (r=0,75, p<0,05), pero no en la capa subendocárdica de la misma pared (r=0,41, p=0,311).
Al plotarse los valores promedios de los diámetros de los cardiomiocitos de los especímenes estudiados en el gráfico con los valores establecidos en corazones normales para el mismo grupo de edad5, se puede observar que en los especímenes estudiados los valores promedios del diámetro de los cardiomiocitos del ventrículo derecho son, en general, mayores que los valores normales para el mismo grupo de edad, en la mayoría de las veces más de una desviación estándar superior al normal. Igual análisis para los cardiomiocitos del ventrículo izquierdo reveló que esa diferencia no es evidente en todos los casos (
La fracción de área ocupada por el colágeno en el subendocardio se asemejó a del subepicardio de a misma región, en las diversas paredes ventriculares estudiadas. Al compararse sólo el subendocardio de las diferentes paredes ventriculares observamos que en la vía de entrada del ventrículo derecho, la fracción del área ocupada por colágeno presenta valores significativamente mayores con relación a los del ventrículo izquierdo (p=0,02). Igual análisis realizado para el subepicárdico reveló que, en la vía de entrada y en la pared anterior del ventrículo derecho, la fracción de área de colágeno es también mayor en comparación al ventrículo izquierdo (p=0,02 y p=0,03, respectivamente). Ya en la vía de entrada del ventrículo derecho los valores son mayores en comparación a la región infundibular del mismo ventrículo (p=0,04) (
Al compararse los valores normales de fibrosis miocárdica para corazones normales (hasta 3%) publicados en la literatura7, observamos que los valores promedio obtenidos en las muestras del ventrículo derecho quedaron en el límite superior o poco superior al promedio, a excepción de la muestra del subepicardio de la región infundibular que presentó nivel mediano de fibrosis inferior al valor máximo normal. Ya los del ventrículo izquierdo se presentaron abajo del máximo normal. En la observación histológica de ese material se encontraron diversos estándares de fibrosis intersticial, incluso muestras con fibrosis perimisial y muestras con fibrosis endomisial (
La densidad de capilares (Nº capilares/mm2 de cardiomiocitos) en el subendocardio se asemejó a la del subepicardio en cada una de las diversas regiones estudiadas, a excepción de la región infundibular del ventrículo derecho, cuyo valor fue significativamente mayor en la capa muscular subepicárdica que en la subendocárdica (p=0,001). Las densidades de capilares del subepicardio de las diversas regiones ventriculares se asemejan entre si (p>0,11). No obstante, el subendocardio del infundíbulo subpulmonar presenta menor densidad capilar con relación a la pared anterior (p=0,031).
Al compararse los datos obtenidos a los valores normales de densidad capilar para corazones normales de niños con edad inferior a los 9 años (3315±85 capilares/mm2)8, publicados en la literatura, y tomándose en cuenta a los cuatro pacientes de ese grupo de edad, observamos que los valores promedios obtenidos se mostraron menores que el promedio menos dos desviaciones estándar, a excepción de la capa subepicárdica en la región infundibular (
La distorsión de la morfología cardiaca en las cardiopatías congénitas lleva a consecuencias hemodinámicas variables que promueven la adaptación del miocardio y pueden eventualmente inducir la disfunción ventricular. Estudios anteriores revelaron que los portadores de tetralogía de Fallot presentan considerables hipertrofia y desarreglo de los cardiomiocitos y diversos grados y tipos de fibrosis, edema, infiltración por células mononucleares y alteraciones degenerativas, como degeneración vacuolar de los miocardiócitos1. Se observó que al nacimiento no existe diferencia entre el diámetro de los cardiomiocitos de los pacientes con tetralogía de Fallot y los normales9. Tras el nacimiento, ese diámetro aumenta de modo progresivo y gradual y la proliferación del tejido conjuntivo ocurre de modo proporcional a la hipertrofia y al avance de la edad9. Esos hallazgos corroboran la hipótesis de que en la vida fetal la comunicación interventricular y la baja postcarga del ventrículo izquierdo alivian la sobrecarga de presión impuesta por la obstrucción de la vía de salida del ventrículo derecho, disminuyendo así el estímulo a la remodelación del ventrículo derecho.
Tras el nacimiento, el aumento fisiológico de la postcarga del ventrículo izquierdo, que se reflexiona en el ventrículo derecho a través de la comunicación interventricular, se añade a la impuesta por la obstrucción de la vía de salida del ventrículo derecho, generando así gran estímulo a la remodelación del ventrículo derecho. De esa manera, se puede tomar en consideración que la remodelación de ventrículo derecho ocurra, posiblemente, en el periodo postnatal.
Un estudio anterior en especímenes anatómicos evidenció que el infundíbulo pulmonar, en la tetralogía de Fallot, es más largo10. A su vez, otro estudio prospectivo ecocardiográfico más reciente reveló que en la tetralogía de Fallot, en comparación con lactantes normales, el infundíbulo pulmonar es menor y más corto, y el septum infundibular es más espeso y desviado en el sentido anterosuperior11. A pesar de la obstrucción infundibular ser progresiva con el avance de la edad, la dimensión absoluta del volumen del infundíbulo pulmonar no ha cambiado significativamente con el tiempo ni ha crecido en proporción al aumento de la superficie corpórea.
Posiblemente la razón de eso sería un crecimiento anormal del infundíbulo, intrínseco a la anomalía congénita, lo que lo convierte en relativamente menor con relación al crecimiento somático, colaborando así al agravamiento de la obstrucción de la vía de salida del ventrículo derecho. De esa manera, las imágenes confirman el concepto de que, en el caso de los defectos cardiacos congénitos, y desde que esas condiciones de sobrecarga de volumen y/o presión estén presentes desde el proceso de morfogénesis, el proceso de remodelación ocurre concomitantemente al proceso de morfogénesis y crecimiento del corazón, antes y tras el nacimiento.
En el caso de la tetralogía de Fallot en particular, debemos tomar en cuenta que la hipertrofia del infundíbulo, presente desde el nacimiento, es el resultado de la anormalidad intrínseca de la morfogénesis del mismo, que podrá acentuarse a causa del efecto de la remodelación post-natal. Algunos autores ya se manifestaron respecto a las características de la remodelación miocárdica en las cardiopatías congénitas12, en las diversas regiones de las paredes ventriculares y en las capas subendocárdica y subepicárdica.
Salih et al13 revelaron que en el síndrome de hipoplasia del corazón izquierdo (SHCI) existe menor porcentaje de colágeno por campo en el ventrículo izquierdo en comparación con los controles normales y en comparación al ventrículo derecho. Evidenciaron mayor porcentaje de colágeno en el subendocardio que en el subepicardio, y de éste con relación al mesocardio. Mediante esos datos se pudo concluir que esas alteraciones representan una anormalidad intrínseca y sugerirse que esa desproporcionalidad en la cantidad de tejido fibroso puede tener importante implicación en la función ventricular a lo largo del tiempo.
Al estudiarse especímenes anatómicos con atresia tricúspide, Binotto et al4 revelaron mayor proporción de fibrosis en el ventrículo izquierdo de los especímenes con atresia tricúspide en comparación con los normales. Observaron aún que la proporción de fibrosis no era homogénea en todo ventrículo izquierdo, presentando valores mayores en la vía de entrada y ápice en comparación con vía de salida, y también mayor proporción en la capa subendocárdica. También se documentó el aumento de la fibrosis miocárdica intersticial en la anomalía de Ebstein14 y atresia pulmonar con septo ventricular íntegro15. Se cree que el depósito de colágeno resulta en un aumento de la rigidez que puede perjudicar el llenado ventricular, proporcionando así una fisiología restrictiva.
Además de seguir de modo proporcional el crecimiento fisiológico cardiaco, los capilares están involucrados en todos los mecanismos de adaptación bajo condiciones adversas16. En algunas circunstancias que llevan a la hipertrofia miocárdica, se cree que el número inadecuado de capilares aumente el potencial de daño isquémico. Aunque la hipoxia sea considerada un estímulo efectivo al crecimiento de la célula endotelial, datos experimentales de adaptación de abastecimiento capilar en respuesta a la hipoxia son aún controvertidos. Se consideró el número de capilares inadecuado en corazones con hipoplasia de corazón izquierdo13 y en la atresia tricúspide4.
Los resultados encontrados en el presente estudio mostraron que en el caso de la tetralogía de Fallot las alteraciones encontradas en las muestras subendocárdicas son representativas para las diversas características estudiadas (diámetro de los cardiomiocitos, porcentaje de fibrosis intersticial y densidad y difusión de capilares) en la mayoría de las regiones ventriculares, con dos excepciones que ocurren exactamente en la región que más se destaca en la anatomía de la tetralogía de Fallot: el infundíbulo pulmonar.
En esa región se evidenció que los cardiomiocitos tienen mayor diámetro en la capa subendocárdica cuando comparados a la subepicárdica, y que la densidad de capilares es mayor en la capa subepicárdica cuando comparada a la capa subendocárdica. Ello está de acuerdo con la afirmativa de que la hipertrofia en respuesta a la sobrecarga de presión es mayor en el subendocardio y no está seguida de una capilarización proporcional adecuada16. En cuanto a la fibrosis, el resultado indica que, aunque ésta esté aumentada en todo el ventrículo derecho, dicho aumento es más significativo en su vía de entrada y en la pared anterior, justamente aquellas que tienen mayor importancia en la función ventricular derecha.
La contracción de esas paredes hacia el septo desempeña un importante rol tanto en la función sistólica como en la relajación diastólica. Rushmer17, citado por Nakasato et al18 revela que la sangre es eyectada desde el VD por acortamiento de la pared libre con el desplazamiento hacia abajo del anillo de la válvula tricúspide y el movimiento de la pared libre hacia el septo. Seguidamente, la contratación del ventrículo izquierdo ejerce un efecto de "torsión" del ventrículo derecho finalizando la sístole19. Por lo tanto, el aspecto de la remodelación descrita anteriormente puede estar relacionado a la existencia de disfunción ventricular derecha. Debemos considerar también que los varios estándares de remodelación tienen consecuencias funcionales diversas3.
Sabemos que un mayor porcentaje de fibrosis miocárdica otorga una mayor rigidez. El compromiso de la función diastólica está más relacionado al aumento de la concentración de colágeno que a la hipertrofia de los cardiomiócitos2. Los resultados de este estudio nos inducen a creer que la hipertrofia como respuesta de remodelación miocárdica en la tetralogía de Fallot ocurra en todas las regiones del ventrículo derecho, pero se convierta en más significativa en el subendocárdico de la región infundibular, donde no ocurre el aumento proporcional de los capilares. Es posible que ese fenómeno esté relacionado al grado de anormalidad del septo infundibular y a la obstrucción de la vía de salida del ventrículo derecho.
Como constatamos en este estudio, las alteraciones presentes en el miocardio postnatal en la tetralogía de Fallot están distribuidas de modo homogéneo en las mitades subepicárdica y subendocárdica de las paredes ventriculares, a excepción del infundíbulo, que presenta características peculiares de remodelación miocárdica. Concluimos, por lo tanto, que las muestras miocárdicas subendocárdicas de la región infundibular no son representativas de las demás regiones ventriculares para estudios morfométricos.
Estudios posteriores serán esenciales para definir si algún estándar o intensidad de lesión histológica se correlaciona con la disfunción ventricular clínicamente detectada en el postoperatorio de algunos pacientes con esa anomalía congénita. En ese contexto, y como perspectiva del presente trabajo, una biopsia endocárdica realizada en el intraoperatorio sería útil para preverse el comportamiento de la función ventricular tras la corrección. Debemos asimismo reconocer que, en este estudio, el número de especímenes estudiados fue pequeño, y que la interpretación de la cantidad de capilares de los diferentes grupos de edad merece estudios más extensos, incluyendo mayor variación de edad.
Esta investigación fue realizada con el apoyo de la Fundación de Amparo a la Investigación del Estado de São Paulo - Fapesp (proyecto nº05/01476-2).
Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.
El presente estudio fue parcialmente financiado por FAPESP.
Este artigo forma parte de tesis de Doctorado de Maria Cecilia Knoll Farah, por la Universidad Federal de São Paulo.
BACKGROUND: Patients with Tetralogy of Fallot frequently develop ventricular dysfunction in the postoperative period. The histological basis of this functional alteration has been scarcely studied. OBJECTIVE: To evaluate myocardial remodeling in anatomical specimens, comparing the subepicardial and subendocardial regions, especially because the subendocardial region is easily approached by means of endomyocardial biopsy. METHODS: Transmural sections of myocardium from the right ventricular (RV) inflow tract, anterior wall and infundibulum, and from the left ventricular (LV) free wall were evaluated regarding the degree of cardiomyocyte hypertrophy, vascularization and interstitial fibrosis were analyzed. RESULTS: The mean diameter of subendocardial cardiomyocytes is similar to that of subepicardial cardiomyocytes in all regions, except for the RV infundibulum, in which subendocardial cardiomyocytes are significantly larger in relation to those of the subepicardium (p=0.007). The amount of interstitial collagen is in the upper limits of normal and was similar in the subendocardial layers in comparison with the subpericardial layer of each region; however, it was greater in the inflow tract and RV anterior wall than in the LV lateral wall. The numerical density of subendocardial capillaries was similar to that of the subepicardium and was lower than the mean minus two standard deviations of normal in all regions and layers, except for the infundibulum, in which the subepicardium showed normal values and the subendocardium showed values lower than the mean minus two standard deviations. CONCLUSION: The postnatal myocardial changes in Tetralogy of Fallot are homogeneously distributed in the subepicardial and subendocardial halves of the ventricular walls, except for the infundibulum, which has peculiar remodeling characteristics and, therefore, is not representative of the other ventricular regions and layers for morphometric studies.
IInstituto do Coração (InCor) Hospital das Clínicas-FMUSP, São Paulo, SP - Brazil
IIFaculdade de Medicina - Centro de Ciências Biológicas da Saúde - Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, MT - Brazil
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Histological studies of the myocardium in Tetralogy of Fallot demonstrated the existence of cardiomyocyte hypertrophy and disarray in addition to varying degrees and types of interstitial fibrosis and edema1. On gross examination, ventricular hypertrophy is particularly evident in the infundibular region, precisely where the basic embryologic defect of this anomaly is manifested, leading to the anterior deviation of the infundibular septum. In adults with acquired heart diseases it has been demonstrated that the different patterns of fibrosis and remodeling in the different ventricular regions and muscle layers (subendocardial and subepicardial) have varying functional consequences2,3.
It is important to know the distribution and intensity of the histological changes in the different ventricular regions in Tetralogy of Fallot, including cardiomyocyte hypertrophy, percentage of fibrosis and capillary network, since this anomaly is frequently accompanied by ventricular dysfunction in the postoperative period and its histological basis has been scarcely studied.
Considering that during surgical correction muscle resection from the right ventricular infundibulum is also performed, it is also relevant to know the morphometric representativeness of this specimen in relation to the ventricles as a whole, aiming at evaluating the possibility of correlating these aspects with the type and degree of postoperative ventricular dysfunction, which would make myocardial biopsy a tool with great potential to establish the prognosis after surgical correction.
To morphometrically study the histological characteristics (degree of myocardial hypertrophy, interstitial fibrosis, and capillary density) of samples from three different right ventricular (RV) regions - inflow tract, anterior wall and outflow tract, and to compare them with each other and with left ventricular (LV) samples, in addition to verifying the transmural distribution of these samples.
A total of 192 histological sections prepared from eight anatomical pieces of hearts with congenital defects that characterize Tetralogy of Fallot were analyzed. These specimens are part of the collection of the Laboratory of Pathology from the Heart Institute (InCor), University of São Paulo Medical School, São Paulo, and were obtained from autopsies performed in the period between 1999 and 2005.
The cases were selected according to the integrity of the specimens filed, considering the possibility of their representing all walls, and also according to the quality of the histological sections. Sections with signs of poor fixation were excluded.
Transmural myocardial slices from four different ventricular regions were removed - RV inflow tract, anterior wall and infundibulum, and LV free wall. The samples underwent conventional histological processing, and then histological sections with 5-micrometer (µm) width were obtained. These were stained with hematoxylin-eosin; picrosirius (Sirius Red) for quantitative analysis of collagen in the myocardial interstitium; and also immunohistochemical staining for Von Willebrand factor to label the myocardial capillaries. All sections were divided into two halves for analysis: subendocardial sample and subepicardial sample.
Morphometric measurements were taken with the help of an interactive computerized system of image analysis (Leica Qwin version 2.2 - Leica Imaging Systems Inc, 1997). A video camera (JVC model TK-1280U) connected to the light microscope (Leica DMLS) transmits each microscopic field to the system. The fields are then turned into a binary digital image. A sequence of mathematical and morphologic operations allows the identification and quantification of all structures of interest. The technique of histological analysis proposed was tested and showed a small interobserver variation4. A 400X magnification was used for linear measurements (diameters).
After study of the evolution of the mean and variance, 60 cells per region/case were measured in at least 10 different fields. The smallest diameters of cardiomyocytes were measured along a line that intercepted the respective nucleus. The smallest diameter of the nucleus was also measured (
Healing areas characterized by stellate fibrosis with newly formed vessels and collagen around the arterioles with diameter greater than 30µm, measured through the edition functionality of the Quantimet software, were excluded from this analysis. Evaluation of the capillaries was feasible in histological sections of five out of eight specimens, whose results of immunohistochemical reaction enabled the morphometric analysis. The unsatisfactory results of the slides of the three remaining specimens were probably related to the period of time in which they had been stored in formaldehyde, and therefore they were excluded from the analysis.
For the five specimens studied, all capillaries of each field were counted and then the number of capillaries per fraction of cardiomyocyte area and per myocardial area analyzed was calculated, thus permitting the calculation of capillary density (number of capillaries/mm2). In this phase, five fields of each sample were analyzed, corresponding to an area of 72384µm2, using an 80-point grid with 400X magnification to count the points falling upon the cardiomyocytes and capillaries.
In these fields, the shortest distance from each point of the test system to the nearest capillary was evaluated and used as a parameter of homogeneity of the distribution of capillaries in the fields (capillary diffusion distance -
Data were analyzed and computed using the SigmaStat software version 2.03. Continuous variables were descriptively expressed as mean, median and standard deviation. The Student's t test or Mann-Whitney test were used for the comparison between the groups, and the test of analysis of variance was used for repeated measures with one or two factors. The chi square test was used for the analysis of the association between variables. Pearson's or Spearman's correlation tests were used to test the correlation between variables. The results were analyzed considering a significance level of 5%.
The comparative analysis of the mean diameter of subendocardial versus subepicardial cardiomyocytes in each of the different ventricular regions did not show any significant difference between the diameter of cardiomyocytes from the inflow tract (p=0.055) and from the right ventricular anterior wall (p=0.487) as well as from the left ventricular lateral wall (p=0.959). However, subendocardial cardiomyocytes of the right ventricular infundibular wall were significantly larger than those of the subepicardium (p=0.007).
The comparative analysis of the mean diameter of cardiomyocytes from the different ventricular walls - inflow tract, anterior wall, right ventricular infundibular region and left ventricular lateral wall-did not show any significant difference among them, both for the subepicardial samples (p=0.415) and for the subendocardial samples (p=0.5222).
A statistically significant correlation was observed between age and cardiomyocyte diameter in the subendocardial and subepicardial layers of the inflow tract (r=0.94, p<0.001; r=0.89, p<0.001), anterior wall (r=0.76, p<0.05; r=0.84 p<0.001) and right ventricular infundibulum (r=0.96, p<0.001; r=0.94 p<0.001); and in the subepicardial layer of the left ventricular lateral wall (r=0.75, p<0.05), but not in the subendocardial layer of this wall (r=0.41, p=0.311).
When the mean values of cardiomyocyte diameters of the specimens studied were plotted in the graph with the values established for normal hearts for the same age range5, we could observe that in the specimens studied the values obtained from the right ventricular cardiomyocytes in general are higher than the normal values for the same age range, by more than one standard deviation above normal most of the times. A similar analysis for left ventricular cardiomyocytes showed that this difference is not evident in all cases (
The area fraction occupied by collagen in the subendocardium was similar to that of the subepicardium of the same region in the different ventricular walls studied. Comparing only the subendocardium of the different ventricular walls, we observed that in the right ventricular inflow tract the area fraction occupied by collagen had values significantly higher than those of the left ventricle (p=0.02). A similar analysis performed for the subepicardium showed that in the right ventricular inflow tract and anterior wall the area fraction of collagen is also higher in comparison with the left ventricle (p=0.002 and p=0.03, respectively) and that in the right ventricular inflow tract the values are higher in comparison with the right ventricular infundibular region (p=0.04) (
Comparing the normal values of myocardial fibrosis published in the literature for normal hearts (up to 3%)7, we observed that the mean values obtained from the right ventricular samples were in the upper limit or slightly above the mean, except for the subepicardial sample of the infundibular region which presented a mean fibrosis level below the maximum normal value. Values obtained from the left ventricular samples, in turn, were below the maximum normal value. In the histological analysis of these specimens, several patterns of interstitial fibrosis were found, including samples with perimysial fibrosis and samples with endomysial fibrosis (
Capillary density (number of capillaries/mm2 of cardiomyocytes) in the subendocardium was similar to that of the subepicardium in each of the different regions studied, except for the right ventricular infundibular region whose value was significantly greater in the subepicardial than in the subendocardial muscle layer (p=0.001). Densities of subepicardial capillaries in the different ventricular regions were similar between themselves (p>0.11). However, the subendocardium of the subpulmonary infundibulum showed a lower capillary density in relation to the anterior wall (p=0.031).
Comparing the data obtained with the normal values of capillary density published in the literature for normal hearts of children younger than nine years of age (3315±85 capillaries/mm2)8, we observed that the mean values from the four patients in this age range were lower than the mean minus two standard deviations, except for the subepicardial layer of the infundibular region (
The distorted cardiac morphology in congenital heart diseases leads to variable hemodynamic consequences that promote myocardial adaptation and may occasionally induce ventricular dysfunction. Previous studies showed that patients with Tetralogy of Fallot present considerable cardiomyocyte hypertrophy and disarray and varying degrees and types of fibrosis, edema, mononuclear cell infiltration and degenerative alterations such as vacuolar degeneration of cardiomyocytes1. It was observed that there is no difference between the diameter of cardiomyocytes of patients with Tetralogy of Fallot and those of normal individuals at birth9. After birth, this diameter increases progressively and gradually, and connective tissue proliferation occurs proportionally to hypertrophy and age9. These findings corroborate the hypothesis that during fetal life the ventricular septal defect and the low left ventricular afterload relieve the pressure overload imposed by the obstruction of the right ventricular outflow tract, thus decreasing the stimulus for right ventricular remodeling.
After birth, the physiologic increase in left ventricular afterload, which is reflected in the right ventricle through the ventricular septal defect, adds to the afterload imposed by the obstruction of the right ventricular outflow tract, thus generating a strong stimulus to right ventricular remodeling. Thus, we can consider that the right ventricular remodeling possibly occurs mainly in the postnatal period.
Although a previous study in anatomical specimens had demonstrated that the pulmonary infundibulum is of greater length in Tetralogy of Fallot10, a more recent prospective echocardiographic study demonstrated that the pulmonary infundibulum is smaller and shorter and the infundibular septum is thicker and deviated antero-superiorly in Tetralogy of Fallot in comparison with normal infants11. Although infundibular obstruction is progressive with age, the absolute dimension of the pulmonary infundibular volume did not change significantly over time, nor did it increase in proportion with the increase in body surface.
Possibly, the reason for this finding would be an abnormal infundibular growth intrinsic to the congenital anomaly, which makes it relatively smaller in relation to the somatic growth, thus collaborating for the worsening of the obstruction of the right ventricular outflow tract. Therefore, the images confirm the concept that, in the case of congenital heart defects, and provided that these conditions of volume and/or pressure overload are present since the morphogenesis process, the remodeling process occurs concomitantly with the morphogenesis process and heart growth, both before and after birth.
In the case of Tetralogy of Fallot in particular we should consider that the infundibular hypertrophy present from birth is the result of the intrinsic abnormality of the infundibular morphogenesis that can become more accentuated due to the postnatal remodeling effect. Some authors have already given their opinions regarding the characteristics of myocardial remodeling in congenital heart diseases12 in the different ventricular wall regions, and in the subendocardial and subepicardial layers.
Salih et al13 demonstrated that in the hypoplastic left heart syndrome (HLHS) a lower percentage of collagen per field in the left ventricle is observed in comparison with normal controls as well as with the right ventricle. They showed a higher collagen percentage in the subendocardium in comparison with the subepicardium, and in the subepicardium in comparison with the mesocardium. The authors concluded that these alterations represent an intrinsic abnormality and suggested that this disproportionality in the amount of fibrous tissue may have an important implication in the ventricular function over time.
Binotto et al4 studied anatomic specimens with tricuspid atresia and showed a higher proportion of fibrosis in the left ventricle of specimens with tricuspid atresia in comparison with normal specimens. They also observed that the proportion of fibrosis was not homogeneous in the entire left ventricle, with higher values in the inflow tract and apex in comparison with the outflow tract. A higher proportion was also observed in the subendocardial layer. Increased interstitial myocardial fibrosis was also documented in Ebstein's anomaly14 and pulmonary atresia with intact ventricular septum15. Collagen deposit is believed to result in increased stiffness that may impair the ventricular filling, thus causing a restrictive physiology.
In addition to proportionally following the physiological growth of the heart, the capillaries are involved in all mechanisms of adaptation under adverse conditions16. In some situations that lead to myocardial hypertrophy, the inadequate number of capillaries is believed to increase the potential of the ischemic damage. Although hypoxia is considered an effective stimulus to endothelial cell growth, experimental data on adaptation of capillary supply in response to hypoxia are controversial. The number of capillaries was considered inadequate in hearts with hypoplastic left heart13 and in tricuspid atresia4.
The findings of the present study showed that in the case of Tetralogy of Fallot the changes verified in the subendocardial samples are representative of the whole wall for the different characteristics studied (cardiomyocyte diameter, percentage of interstitial fibrosis, and capillary density and diffusion) in most of the ventricular regions, with two exceptions that occur exactly in the region that most stands out in the anatomy of Tetralogy of Fallot: the pulmonary infundibulum.
We verified that, in this region, the cardiomyocytes have a greater diameter in the subendocardial layer in comparison with the subepicardium, and that capillary density is higher in the subepicardial layer in comparison with the subendocardial layer. This is consistent with the assertion that hypertrophy in response to pressure overload is greater in the subendocardium and is not accompanied by an adequate proportional capillarization16. In relation to fibrosis, the result shows that although this is increased in the entire right ventricle, this increase is more significant in the inflow tract and anterior wall, which are precisely the most important regions for the right ventricular function.
Contraction of these walls toward the septum has an important role both in the systolic function and in the diastolic relaxation. Rushmer17, cited by Nakasato et al18, reports that blood is ejected from the RV by the shortening of the free wall with the downward displacement of the tricuspid valve annulus and the motion of the free wall toward the septum. Next, the left ventricular contraction exerts a right ventricular "twist" effect thus ending the systole19. Therefore, the aspect of the remodeling described above may be related to the existence of right ventricular dysfunction. We should also consider that the different patterns of remodeling have different functional consequences3.
The higher percentage of myocardial fibrosis is known to result in greater stiffness. Impairment of the diastolic function is more related to increased collagen concentration than to cardiomyocyte hypertrophy2. Our findings make us believe that hypertrophy in response to myocardial remodeling in Tetralogy of Fallot occurs in all right ventricular regions, but becomes significant in the subendocardial infundibular region, where a proportional increase of capillaries does not occur. This phenomenon is possibly related to the degree of abnormality in the infundibular septum and to the obstruction of the right ventricular outflow tract.
As we verified in this study, the alterations seen in the postnatal myocardium in tetralogy of Fallot are homogeneously distributed in the subepicardial and subendocardial halves of the ventricular wall, except for the infundibulum, which presents peculiar myocardial remodeling characteristics. Therefore, we conclude that the subendocardial myocardial samples of the infundibular region are not representative of the remaining ventricular regions for the purpose of morphometric studies.
Further studies are essential to define whether some pattern or intensity of histological damage is correlated with the ventricular dysfunction clinically detected in the postoperative period of some patients with this congenital anomaly. In this context, and as a prospect of the present study, endocardial biopsy performed in the intraoperative period would be useful to predict the behavior of the ventricular function after correction. We have to recognize that the number of specimens analyzed in our study was small and that the interpretation of the amount of capillaries in the different age ranges requires more extensive studies, including a wider age range.
This study was supported by Fapesp (project no. 05/01476-2).
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
This study was partially funded by FAPESP.
This article is part of the thesis of Doctoral submitted by Maria Cecilia Knoll Farah, from