Subject: "Geometría Vascular y Aterosclerosis en Sujetos de Mediana Edad con Dolor Torácico".
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Date: Thu, 3 Nov 2011 12:44:02 -0500

Rev Cubana Cardiol Cir
Cardiovasc 2010;16(2):128-39

Aterosclerosis y
Prevención

Geometría vascular y
aterosclerosis en sujetos de mediana edad con dolor torácico

Vascular
geometry and atherosclerosis in middle-aged individuals who suffered a chest
pain

Enrique P.
GurfinkelI,III; Mariano E. CasciaroI; Miguel
CerdaI; Guillermo GanumI; Damian CraiemII, III;
Sebastian GrafII, III; Ricardo ArmentanoII.

I
Universidad Favaloro, Facultad de Medicina. Buenos Aires,
Argentina.
II Facultad de Ingeniería Ciencias Exactas y Naturales.
Buenos Aires, Argentina.
III >Consejo Nacional de Investigaciones
Científicas y Técnicas. Buenos Aires, Argentina.

RESUMEN

Introducción: Las placas
ateroscleróticas se distribuyen principalmente en los segmentos proximales y
bifurcaciones de los vasos, siendo ello atribuido a las fuerzas de rozamiento
vascular. En este estudio presentamos un modelo matemático tridimensional
aplicado a individuos con y sin lesiones, acerca del el papel de la disposición
geométrica de las arterias en este fenómeno.
Métodos: A un total de 90
pacientes de mediana edad que sufrieron dolor torácico se les practicó una
coronariografía por Tomografía Multicorte de 64 Filas. Las imágenes se
procesaron con un método validado sobre un fantoma con angulaciones que cubrían
de 15 a 75 grados y un algoritmo computarizado capaz de ajustar y rotar esta
estructura para analizar los segmentos arteriales sinuosos.
Resultados: Se
distribuyeron los pacientes según la presencia de lesiones ateroscleróticas
(n=45) o a su ausencia (n=45). No se encontraron diferencias significativas en
los grupos de acuerdo con la edad o con los factores de riesgo tradicionales.
Del grupo con placas, la distancia desde el ostium del tronco de la coronaria
izquierda hasta su bifurcación fue 7,508 ± 8,98 mm; el espesor de la pared fue de 1,742 ± 0,55 mm.

Al comparar
la distribución espacial de los vasos dentro de los grupos ¯ con o sin placas¯,
se observó que el ángulo formado por la arteria circunfleja y el de la
descendente anterior fue de 71,9° ± 18,46 Vs 61,59° ±
21,87, p = 0,017 entre los que tenían sobre los que no poseían lesiones. El
radio y volumen de la descendente anterior resultaron elevados (1,85 ± 0,31 Vs
1,65 ± 0,29, y 212,98 mm Vs 154,79 mm respectivamente, p = 0,01). No hubo
asociación con las características de la población.
Conclusiones: El radio,
ángulo y volúmenes de las arterias parecen estar asociados a la existencia de
lesiones arteroscleróticas (con independencia) de la edad y factores de riesgo
tradicionales, particularmente en los segmentos
proximales a las arterias.

Palabras
clave: Aterosclerosis. Factores de riesgo. Tomografía.

ABSTRACT

Introduction:
Atherosclerotic coronary plaques are distributed mainly in the proximal segments
and in the vessel bifurcations. It has been attributed to vascular shear stress.
We present a
three-dimensional mathematical model with the aim to demonstrate if vascular
geometry plays an additional role for this anatomical disposition.
Methods: A total of 90
middle-aged patients were selected for the present analysis. They were studied
using a 64 Row Multislice Computer Tomography. Images were processed through a
validated method based on a phantom with angulations covering 15 to 175 degrees
and a computerized algorithm able to adjust and rotate this structure in order
to analyze tortuous arterial segments.
Results: Patients were
allocated according to the presence of an atherosclerotic lesion (n=45) or its
absence (n=45). No significant statistical differences were observed in the
groups in association with age or any traditional risk factors. Within the group with
plaques, the distance from the left main ostium to its bifurcation was 7,508 ±
8,98 mm; their wall thickness measured 1,742 ± 0,55 mm. When comparing spatial distribution
of the vessels within the groups ¯ with or without plaques¯ it was observed that
the angle formed by the Circumflex artery and the Left Anterior Descending was
71,9° ± 18,46 Vs 61,59° ± 21,87, p = 0,017. The radius and the volume of the
Left Anterior Descending turned out to be higher (1,85 ± 0,31 Vs 1,65 ± 0,29,
and 212,98 mm Vs 154,79 mm respectively, p = 0,01). There was no association to
the population characteristics.
Conclusions: The radius,
angle and volume of the arteries seem to be associated to the existence of
atherosclerotic lesions, independent of age and traditional risk factors,
particularly in the proximal segments of the arteries.

Key words:
atherosclerosis, risk factors, tomography.

INTRODUCCIÓN

La formación de las
placas ateroscleróticas en el árbol coronario permite suponer que la
distribución espacial de los vasos contribuye a su existencia.

Esta localización
anatómica ha sido previamente investigada en órganos "ex
vivo"1-3 como a través de imágenes
dispuestas en 3 dimensiones (3D). 4,5 Conceptualmente las
angulaciones de dos tubos, un atractivo factor geométrico, son capaces de
inducir cambios en la velocidad del fluido y al mismo tiempo inducir
modificaciones con rozamiento que el mismo material
ejerce sobre la pared arterial.6

Las actuales
evidencias sugieren que los amplios ángulos generados en las bifurcaciones
pueden provocar perturbaciones sobre el flujo laminar, creando regiones cercanas
a los ángulos caracterizados por fuerzas de rozamientos relativamente bajas,
regiones asociadas a la existencia de placas.7-9 Clínicamente este
fenómeno parece coincidente con las lesiones ateroscleróticas de las paredes
externas de las bifurcaciones de las arterias coronarias10 como en
las arterias femorales.11

Más aun, de ser
convincentes estas investigaciones, los cambios mecánicos inducidos sobre un
vaso al implantar un dispositivo intravascular como el caso de un "stent", podrían contribuir a
los resultados clínicos finales del procedimiento terapéutico.12

Sin embargo, la
relación entre la geometría vascular y la posible presencia de placas
ateroscleróticas fuera de modelos de investigación son aún desconocidas. La
aparición del Tomógrafo Multicorte (TM) como una tecnología no invasiva capaz de
detectar una enfermedad vascular particularmente en individuos con
aterosclerosis subclínica, se convierte en una herramienta de investigación
atractiva a los fines de intentar responder esta pregunta.13

Si bien el hecho de
generar imágenes tridimensionales permite diseñar protocolos de investigación a
tal fin, la obtención de algunos rasgos morfométricos depende de la medición de
una proyección adecuada, lo que es una limitación del método como ha sido
apreciado en trabajos previamente realizados.14,15

De todos modos el
TM esta siendo utilizado en la rutina cotidiana por su alto valor predictivo
negativo a los fines de eliminar el diagnóstico de enfermedad coronaria en
sujetos que consultan por episodios de dolor torácico.16,17

El objetivo del
presente ensayo fue estimar en un grupo de individuos de mediana edad que
consultaron por dolor torácico, la asociación entre la distribución espacial de
los vasos coronarios y sus características geométricas con la presencia de
placas ateroscleróticas en arterias coronarias humanas visualizadas en 3
dimensiones aplicando un algoritmo matemático novedoso.

MÉTODO

Población

Sobre un total de
485 pacientes caucásicos iberoamericanos que consultaron en nuestra Unidad de
Emergencia, debido a un dolor torácico y que fueron transferidos al Departamento
de TM para eliminar el diagnóstico presunto de enfermedad coronaria, entre enero
2008 y octubre 2009, se seleccionaron 90 pacientes que cumplían los criterios de
inclusión y exclusión para ser objetos de esta investigación.

Criterios de
Inclusión: a) Edad menor a 50 años o mayor de 65; b) dolor torácico ocurrido
durante las últimas 12 horas; c) ausencia de cualquier otra enfermedad vascular
previa documentada; d) ausencia de cualquier antecedente de enfermedad vascular
coronaria; e) tener diagnóstico de al menos dos de los factores de riesgo
tradicionales comprobados por análisis bioquímico (en caso de
hipercolesterolemia y/o hiperglucemia) o por prescripción farmacológica, (por
ejemplo: consumo regular de drogas hipotensoras, hipolipemiantes,
hipoglucemiantes o consumo regular de tabaco [no menos de 10 cigarros al día]).

Criterios de
exclusión: a) Mujeres embarazadas o con sospecha de estarlo; b)
electrocardiograma anormal en el momento de admisión al hospital; c) aumento
cuantitativo de la enzima CPK-MB por sobre el 99% del percentil del límite de
normalidad establecido por nuestro laboratorio; d) elevación de la proteína
Troponina I por encima del 99% del percentil del límite de normalidad
establecido por nuestro laboratorio; e) alergia al contraste yodado; f) rehusar
a firmar el consentimiento escrito para realizarse la TM.

Los pacientes
fueron distribuidos en dos grupos de 45 pacientes cada uno de acuerdo con la
existencia o ausencia de placas ateroscleróticas encontradas en el Laboratorio
de Tomografía Multicorte.

Se definieron estas
por los siguientes rasgos: la presencia de una modificación anatómica y
morfológica identificable a través de imágenes calcificadas y no calcificadas
(PNC). Estas últimas en dos categorías: PNC <30 Unidades Hounsfield (UH)
(homologable a imágenes de Ultrasonido Intravascular [IVUS] sugerentes de la
existencia de núcleos lipídicos) y de 30 UH de PNC a 150 UH (correspondiente a
imágenes de IVUS relacionadas con placas
fibrolipídicas). Se entendió como calcificación cuando una placa alcanzara una
densidad > 150 UH.

Estableciendo así
las 30 UH como el punto de corte, las placas fueron estratificadas como
lipídicas (30 HU), fribrolipídicas (30-150 HU), y lesiones calcificadas.

Para el presente
análisis se definió como lesión estenótica severa aquella que fuere igual o
mayor a una estrechez luminar equivalente al 70% del vaso; moderada, igual o
mayor a una estrechez equivalente al 50% y hasta 69%, y leve a las lesiones
iguales o mayores al 30% o menores que el 49% de la luz.

Estudio de
Tomografía Computada

Todos los estudios
diagnósticos se realizaron utilizando un Tomógrafo Multicorte 64 (Aquilion 64,
Toshiba, Japón). A cada individuo se le suministró un bolo de material de
contraste iodado (Iopamiron 370, Schering) inyectado
a través de la vena braquial derecha (volumen total de 60-120 ml, índice 3,5-5,5
ml-segundo), seguido de 50 ml de solución salina a la
misma velocidad de inyección. El ritmo cardiaco se controló farmacológicamente
por debajo de 60 latidos por minuto. Los parámetros de medida fueron: un
detector colimador de 64 x 0,5 mm, un tiempo de
rotación de 0,4 s, voltaje del tubo 120-135 KV y mAs de 320-440 dependiendo del
peso del paciente. Las imágenes fueron obtenidas durante la diástole usando un
protocolo gatillado en una ventana temporal de 400-960 ms para reducir
artificios de movimientos. Las imágenes transaxiales se reconstruyeron con un
corte de 0,5 mm de espesor e incrementos de 0,3 mm.

Reconstrucción
3D

La bifurcación del
tronco de la arteria coronaria izquierda (LM), la arteria descendente anterior
(LAD) y la arteria circunfleja (LCx) fueron reconstruidas para cada individuo
participante. Todos los procesos de imágenes digitales se realizaron usando un
programa a medida desarrollado en nuestra Universidad.18

Las secuencias
DICOM de 60 a 80 imágenes (512 por 512 píxeles, 256 niveles de grises) fueron
importadas para cada escaneo, Figura 1 (a).
Los niveles de grises se ajustaron a los valores de ventana L: 145 W: 85
respectivamente. Se aplicó un filtro cuya media fue de 3 x 3 siendo todas las
imágenes binarias con un umbral de gris del nivel de 250.

Para delimitar los
bordes de las arterias coronarias se aplicó un filtro de Laplace de 3 x 3
8- en la vecindad de las imágenes binarias. El grupo
de píxeles en los bordes de cada imagen fueron posicionadas en planos en 3D. Los
operadores eliminaron los contornos utilizando un cubo ajustado a tal fin en 3D.
Figura
1(b).

Finalmente, el
tronco de la coronaria izquierda se completó para el análisis con dos segmentos
de 15 a 20 mm para la LAD y la arteria LCx. Figura 1 (c).
Para cada segmento se ajustaron cilindros fijados automáticamente y seteados
previamente, Figura 1(c).

Creación de la
línea de puntos para ajustar los cilindros homologables a los vasos

Se aplicaron y
seleccionaron una serie de puntos construidos matemáticamente para cada segmento
y la distancia a cada segmento se estimó a partir de esquinas capaces de hallar
una línea central considerando los radios de cada uno de ellos en la dimensión
3D.

Validación con
fantomas

Se construyeron dos
fantomas con tubos plásticos rectos de un diámetro entre 2 y 4 mm. Se fijaron un
total de 27 ángulos entre 15º y 175º. Estos fantomas fueron escaneados en el TM
en diferentes posiciones a fin de medir los ángulos con un sistema novedoso los
cuales que fueron comparados con los valores reales.18 En lugar de
utilizar un método manual, adjuntamos un cilindro a cada vaso en 3D comenzando
por los contornos vasculares y aislando toda otra estructura vecina a las
arterias estudiadas. Para validar el método, construimos un fantoma capaz de
rotar sobre su eje, y colocados en ángulos de entre 15° y 175° para cubrir la
mayor cantidad de ángulos posibles desde 0° al ángulo plano, teniendo en cuenta
que mas allá de este rango, las bifurcaciones carecen de cualquier interés
anatómico.18

Análisis de
inter observadores y de repetición

Dos observadores
participaron en el análisis geométrico del modelo matemático aplicado y otros
dos para la selección de la población a estudiar. Estos interpretaron el fantoma, los ángulos y los diámetros de las LAD-LCx,
LM-LAD y LM-LCx en todos los pacientes, incluida la distancia desde el origen de
la coronaria izquierda hasta la bifurcación de las arterias epicárdicas con una
distancia máxima de 20 mm, así como también el radio y volumen de las arterias
al momento de la bifurcación y a lo largo de toda su extensión. Un tercer
observador independiente de los otros dos mencionados mas arriba, evaluó los
ángulos de bifurcación en los individuos seleccionados usando la misma
metodología automatizada.18

Análisis
estadístico

Los ángulos se
midieron en grados. La distribución de los ángulos entre los segmentos
vasculares fueron calculados utilizando el Shapiro-Wilk W test. La comparación
entre lesiones ateroscleróticas fue estimada aplicando el Fisher's exact test
para variables nominales y para aquellas continuas el test de t. Los valores de
p menores a 0,05 se consideraron significativos.

Para la exploración
de la variabilidad interobservador en relacion con el fantoma se utilizó el
coeficiente de variación (CV0SD / medio x 100) mientras que los ángulos
verdaderos sobre los calculados se estimaron con el coeficiente de Pearson. Los
puntos residuales generados en la construcción del fantoma se analizaron
igualmente con el test de Bland-Altman. Utilizamos el software SPSS, (versión
12.0) (SPSS Inc. ®, Chicago, Ill.) para todos los análisis.

RESULTADOS

En los 45 pacientes
que no tuvieron placas, el promedio de edad fue de 57,2 ± 6,98 años, y en los
otros 45 individuos que al menos tenían, una placa no estenótica en la cercanía
de la bifurcación de la LAD y la LCx., el promedio de edad fue 60,1 ± 8,9.

Se describen las
características generales de ambos grupos en la Tabla 1 estando adecuadamente
balanceados por edad. Con respecto a los factores de riesgo tradicionales, no
hubo diferencias significativas entre grupos. Tabla 1.

Las características
anatómicas de los vasos con segmentos enfermos del grupo de pacientes con
lesiones no estenóticamente obstructivas se describen en la Tabla 2.

Aun cuando las
placas estuvieron distribuidas homogéneamente en las 3 arterias, hubo una mayor
prevalencia de ellas en la arteria descendente anterior.

De estos rasgos
anatómicos, la distancia media desde el tronco de la coronaria izquierda hasta
la proximidad de la bifurcación fue de 5,3 mm. Las lesiones mostraron un fuerte
componente cálcico, siendo su longitud media de 3,6 mm y un espesor expresado en
medianas de 1,7. Tabla 2.

Se observó una
elevada correlación intraclase (r = 0,97, p<0,001).

En relación con las
angulaciones, el conformado por la LAD-LCx fue el más amplio en el grupo
aterosclerótico comparado con el grupo sin placas (p<0,017). Tabla 3, Figura 2 (a).

El grupo con placas
mostró vasos con un radio mayor, particularmente la arteria descendente
anterior. Tabla
3, Figura 2
(b).

En ese sentido, el
volumen del vaso y el radio siguieron una tendencia mayor que la del grupo sin
placa, Tabla
3, Figura 2
(c). Los valores de calcio para esta población alcanzaron las medias que se
señalan en la Tabla 2, y Figura 2 (d).

Del análisis de los
datos geométricos y los rasgos clínicos de los individuos estudiados, tanto para
el ángulo LAD-LCx como para el radio y volumen de la LAD, el factor edad fue la
variable independiente identificada (95% CI: 1,024-1,16, p= 0,007; 95% CI:
1,043-1,19, p= 0,002; 95% CI: 1,054-1,201, p= 0,0001, respectivamente). Tabla 4.

Si la existencia o
no de placas pudo estar vinculada con los rasgos geométricos, se aplicó un
análisis de regresión múltiple incluyendo la edad, sexo y factores de riesgo
documentados. Así, el radio, la angulación, y el volumen conservaron su valor de
p asociados a la existencia de placas ateroscleróticas independientemente
de la edad de los pacientes. Tabla 4.

DISCUSIÓN

La presente
investigación sugiere que la relación espacial de los vasos arteriales y su
distribución geométrica con la presencia de lesiones ateroscleróticas, parece
ser independiente de la edad de la muestra estudiada, así como de los factores
de riesgo tradicionales en sujetos de mediana edad que consultan por dolor
torácico.

Estas conclusiones
son el resultado del desarrollo de un diseño matemático de investigación
aplicado a las imágenes de Tomografía Multicorte en 3 D.

Si bien esta
técnica fue previamente utilizada con fines de establecer su vínculo con las
placas ateroscleróticas, en particular, en las
bifurcaciones anatómicas, estos ensayos estuvieron limitados por su compleja
reproducibilidad.

En este trabajo los
ángulos de bifurcación fueron medidos rotando los volúmenes gracias a un
calliper aplicado a una proyección planar. Aun con técnicas de segmentación
automáticas, las arterias fueron reducidas a curvas sinuosas en 3D para adaptar
las mismas a la anatomía humana, y evitar interpretaciones sobre cilindros
perfectamente construidos. Figura 1
(d).14,18-19

En este ensayo
encontramos un ángulo de bifurcación más amplio de las LAD-LCx en pacientes con
placas ateroscleróticas no obstructivas. Esto puede sugerir la influencia de la
geometría coronaria en la formación de estas lesiones.

El diseño técnico,
con el fin de analizar los ángulos de la bifurcación de las arterias LAD-LCx, no
coincide claramente con los hallados en trabajos realizados previamente "in
vivo".12,15,20 Las discrepancias pueden explicarse debido a la
natural variabilidad de la geometría arterial20 y a los movimientos
durante el ciclo cardiaco21 e incluso factores técnicos dada la
sinuosidad de las arterias lo que dificulta establecer las líneas centrales y
los puntos de bifurcación.5,21,23 Basados en estas experiencias
previas, se modificaron los algoritmos semiautomáticos en nuestro laboratorio
para ajustarse a la longitud de cada segmento entre 10 y 20 mm, reduciendo la
variabilidad interobservador a <2° ± 6° cuando la mayoría de los estudios
mencionados poseían una variabilidad de 9 ± 14° 16. La exactitud se
confirmó de acuerdo con las diferencias absolutas entre ángulos verdaderos y
medidos que quedaron en menos de < 0,5°.18

Algunos
investigadores asociaron previamente las características geométricas y la
incidencia de lesiones con ángulos amplios y estimaron que la proliferación de
placas podría estar asociada a este proceso.9,19

En nuestra
población, los pacientes con placas ateroscleróticas se evidenciaron en ángulos
de bifurcación distintos a los previos, asociados al radio y
volumen del vaso, y particularmente, en la
LAD, evidenciaron una relación cercana a estas placas con un notable componente
cálcico.

El desarrollo de
estas lesiones en lugares cercanos al ostium de los conductos es frecuente en
estudios de anatomía patológica.23 Aunque un considerable número de
este tipo de lesiones está presente a temprana edad,24,25 la
detección de calcio muestra un estadio avanzado del proceso
aterogénico.26

Consecuentemente,
estos hallazgos coinciden con la evolución y localización de las placas como
mencionara Stary y col. en 199527,28 de la American Heart
Association, incluyendo la modificación propuesta por Virmani y
col.29 De acuerdo con un informe de la American Heart
Association,28 las lesiones tipo I y II, a veces combinadas bajo el
término "lesiones tempranas" comunes en niños y las lesiones tipo III, pueden
aparecer después de la pubertad. Estas lesiones no engrosan la pared arterial
significativamente y no estrechan el lumen ni obstruyen el flujo de sangre. A
partir de la cuarta década de vida, las lesiones que poseen un destacado centro
lipídico (tipo IV) adquieren un volumen que pueden ser eventualmente detectables
por esta metodología diagnóstica no invasiva, edad coincidente con el grupo
etario
investigado.30

No fuimos capaces
de demostrar una clara relación entre los factores tradicionales de riesgo y la
alteración anatómica. Aun mas interesante es el hecho que la edad fue el único
factor independiente de los pacientes analizados que
permaneció constante aun en presencia de estas lesiones; sin embargo,
luego del análisis multivariado, el radio, el volumen de la LAD, en particular,
y la angulación entre la LAD y la LCx también mantuvieron su fuerte asociación
con la existencia de lesiones ateroscleróticas con
independencia de la edad, de la población estudiada en este trabajo.

Estos datos nos
permiten formular algunas especulaciones sobre el desarrollo de lesiones "de
novo" en el caso de la cardiologia intervencionista, después del implante de un
stent en el sector proximal, e incluso, distal al mismo. Tal vez la modificación
artificial de la dirección del segmento tratado como consecuencia del
dispositivo, influya en la aparición de estas lesiones. Si en dichos
laboratorios estuvieran disponibles algoritmos en 3D, en lugar de utilizarse
proyecciones planares como técnica sustituta, estos podrían arrojar luz sobre
tal fenómeno. De todos modos, estos procedimientos son proclives a error debido
a que la anatomía coronaria es compleja y las rotaciones manuales requieren que
las arterias sean ubicadas en un plano simple.2-4,14

Aunque el número de
casos puede ser considerado como una limitación, cierta distribución de los
vasos coronarios epicárdicos podría convertirse en un factor de riesgo
anatómico, lo que es de esperar en el proceso de
envejecimiento de los seres humanos.

CONCLUSIONES

A nuestro entender,
este es uno de los primeros estudios realizados entre individuos de rasgos
demográficos similares, sintomáticos por dolor torácico, que asocia la
existencia de placas ateroscleróticas a una serie de elementos geométricos que
van mas allá de la angulación de las ramas arteriales principales.

Las imágenes 3D del
TM que evitan las proyecciones planares y disminuyen la variabilidad y
subjetividad ínterobservador permiten el desarrollo de protocolos diseñados para
determinar si, de hecho, la edad puede ser responsable de los cambios en la
distribución geométrica de las arterias o si las diferencias anatómicas
particulares, independientemente de la edad del sujeto, contribuyen a la
progresión de la enfermedad.

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Recibido: 26 de Marzo de 2010

Aceptado: 30 de
Mayo de 2010

Correo
electrónico: [email-masked]

Dirección para
Correspondencia:
Prof. Dr. Enrique P. Gurfinkel
Director del Departamento
de Ciencias Cardiovasculares - Fundación Favaloro.
Av. Belgrano 1746 (1093)
Capital Federal.
Buenos Aires, Argentina.
Teléfono: +54-11-4378-1200
ext.: 2301; Fax: +54-11-4378-1381