Differentiation of Cardiac Ischemia and Rejection by Nuclear Magnetic Spectroscopy

B. H. Walpoth; J. Galdikas; A. Tschopp; T. Vorburger; F. Lazeyras; T. Schaffner; U. Althaus

doi:10.1055/s-2007-1020022

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Thorac Cardiovasc Surg 1991; 39: 217-220
DOI: 10.1055/s-2007-1020022

Differentiation of Cardiac Ischemia and Rejection by Nuclear Magnetic Spectroscopy

Differenzierung von Myokardischämie und Fremdherzabstoßung mit nuklearmagnetischer Resonanz (NMR)B. H. Walpoth¹ , J. Galdikas¹ , A. Tschopp¹ , T. Vorburger¹ , F. Lazeyras² , T. Schaffner³ , U. Althaus¹

¹Department of Thoracic and Cardiovascular Surgery
²NMR Unit
³Department of Pathology
University of Berne, Switzerland

Further Information

Publication History

Publication Date:
19 March 2008 (online)

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Summary

Nuclear magnetic resonance (NMR) criteria of early cardiac rejection are similar to those seen in myocardial ischemia, that is, a reduction of high energy phosphates (Pc; ATP) and an increase of inorganic phosphates (Pi). Our aim was to assess in vivo changes of phosphorous spectroscopy (31P) induced by cardiac rejection and myocardial ischemia in the same animal. Heterotopic heart isografts (n = 5) and untreated allografts (n = 5) were examined at seven days on a two tesla wide-bore magnet with a surface coil. Subtotal global ischemia was produced for sequential NMR measurements, followed by heart excision for histological rejection grading (Billingham).

Results

Isograft served as controls and showed normal energy-rich phosphate compounds and pH.
Rejecting (moderate to severe) allografts showed a decrease of Pc/Pi and β-ATP/Pi ratio compared with isografts. However no significant pH drop could be detected.
Induced ischemia was confirmed by marked ECG-ST elevation and showed a significant early global myocardial acidosis (pH < 6.9) particularly in severe prolonged ischemia (p < 0.05).
Using 31P NMR techniques, ischemically induced changes were similar in isografts and allografts with a trend towards a more pronounced extent in the latter group.

In conclusion, magnetic resonance spectroscopy (31P and pH) allows in vivo differentiation between cardiac rejection and acute myocardial ischemia.

Zusammenfassung

Im bildgebenden Verfahren ermöglicht die NMR keine sichere Differenzierung zwischen Fremdherzabstoßung und myokardialer Ischämie (IS). Bei transplantierten Rattenherzen sollte geprüft werden, ob Abstoßung und IS mittels NMR-Spcktrokopie unterschieden werden können.

7 Tage nach heterotoper (abdomineller) Rattenherztransplantation wurden bei 5 Isografts (LEW-LEW) und bei 5 unbehandelten Allografts(DA-LEW) mit Hilfe von einem 2-Tesla-GE-CSI-Magneten die folgenden spektroskopischen Untersuchungen (31P und 1H) durchgeführt: myokardialer Gehalt an Phosphokreatin (Pc), anorganisches Phosphat (Pi) und pH. Anschließend wurden bei beiden Gruppen eine subtotale IS erzeugt und die gleichen Parameter erneut bestimmt.

Ergebnisse (Mittelwerte; × = p 0.05)
	Ischämie	Isografts	Allografts
	0	2.34	1.67
Pc/Pi	-X-	X	X
	+	0.82	0.48
	0	7.38	7.41
pH	-X-	X	X
	+	6.79	6.88

Mit der spektroskopischen Analyse von Pc, Pi und pH kann auf nicht-invasivem Weg eine zuverlässige Differenzierung zwischen Fremdherzabstoßung und Myokardischämie erzielt werden.

Key words

Cardiac transplantation - Detection of rejection - Myocardial ischemia - Nuclear magnetic resonance - Magnetic resonance spectroscopy