Double-Nuclide Study of the Myocardium Using ²⁰¹TI and ¹²³l-Labeled Fatty Acids in Nonischemic Myocardial Diseases^[*])

Metabolic impairment and perfusion abnormalities are known to occur in hypertensive heart disease (HHD) and in cardiomyopathies. Free fatty acid (FFA) extraction is severely inhibited in a number of pathobiochemical reactions. This parameter was assessed using the radiolabeled FFA analogue ¹²³l-(p-iodo-phenyl-)-pentadecanoic acid (IPPA) and ²⁰¹TI as perfusion marker, both of them injected at maximal physical workload. The regional extraction fraction of IPPA (IPPA-EF) was estimated by relating the regional IPPA and ²⁰¹TI uptake to each other. In HHD (normal coronary arteries) with posterior wall thickness ≤12 mm IPPA-EF was 77 ± 18% (SD) in septum and 92 ± 17% in the posterolateral wall (N = 13), with thickness of >12 mm 60 ± 23% in septum and 61 ± 20% in the posterolateral wall (N = 8) when compared with IPPA-EF in normal subjects (= 100%, N = 9). In hypertrophic cardiomyopathy (HCM) IPPA-EF averaged 51 ± 20% in septum and 87 ± 10% in the posterolateral wall (N = 11). In these patient groups no systematic regional changes in ²⁰¹TI uptake were observed. In dilated cardiomyopathy (DCM) both IPPA-EF and ²⁰¹TI uptake showed distinct regional variations and a great interindividual variability with a mean IPPA-EF reduction of 12% (N = 9). Thus, IPPA uptake in primarily non-ischemic myocardial disease may already be compromised when ²⁰¹TI uptake is unchanged. The double-nuclide method for IPPA-EF determination allows to eliminate the influence of flow in FFA imaging and enhances the potential of scintigraphy in the differential diagnosis of HHD versus coronary artery disease.

Zusammenfassung

Störungen des myokardialen Stoffwechsels und der Perfusion sind bekannte pathophysiologische Gegebenheiten bei hypertensiver Herzkrankheit (HHD) und bei Kardiomyopathien. Verschiedene pathobiochemische Reaktionen führen zu einer drastischen Hemmung der Extraktion freier Fettsäuren (FFA). Dieser Parameter wurde unter Verwendung des markierten FFA-Analogs ¹²³J-(p-Jod-Phenyl-)Pentadekansäure (IPPA) und von ²⁰¹T1 als Perfusionsindikator untersucht. Beide Substanzen wurden simultan unter maximaler Ergometerbelastung injiziert. Die regionale IPPA-Extraktionsfraktion (IPPA-EF) wurde bestimmt, indem die regionale IPPA- und ²⁰¹T1-Aufnahme miteinander verglichen wurden. Bei Patienten mit HHD (normale Koronarien) und einer Hinterwanddicke ≤12 mm betrug die IPPA-EF 77 ± 18% (SD) im Septum und 92 ± 17% (N = 13) in der Posterolateralwand gegenüber dem mittleren Normalwert (= 100%), bei Patienten mit einer Wanddicke >12 mm 60 ± 23% bzw. 61 ± 20% (N = 8). Bei hypertrophischen Kardiomyopathien (HCM) betrug die mittlere IPPA-EF 51 ± 20% im Septum und 87 ± 10% in der Posterolateralwand (N = 11). Bei den genannten Patientengruppen wurde keine systematische Veränderung der regionalen ²⁰¹T1-Aufnahme beobachtet. Bei dilatativen Kardiomyopathien (DCM) war die regionale Aufnahme beider Indikatoren deutlich verändert, wobei die IPPA-EF ein interindividuell sehr unterschiedliches Verhalten mit einer durchschnittlichen Abnahme von 12% zeigte (N = 9). Insgesamt wird gefolgert, daß die IPPA-Aufnahme bei primär nichtischämischen Myokarderkrankungen bereits vermindert sein kann, wenn die ²⁰¹T1-Aufnahme (noch) normal ist. Die Doppelnuklidmethode zur IPPA-EF-Bestimmung ist in der Lage, den Faktor Perfusion aus der Fettsäureszintigraphie zu eliminieren und die differentialdiagnostischen Möglichkeiten der Szintigraphie im Hinblick auf die Fragestellung HHD oder KHK zu verbessern.

^* Dedicated to Prof. Dr. H. Kriegel on the occasion of his 65th birthday.

• REFERENCES

• 1 Blain J M, Schafer H, Siegel A L, Bing R J. Studies on myocardial metabolism. VI. Myocardial metabolism in congestive heart failure. Am J Med 1956; 20: 820-33.
• 2 Drygas W K, Röcker L, Boldt F, Heyduck B, Altenkirch H-U. Hämostase- und Fibrinolysesystem bei Gesunden und Herzinfarktpatienten. Dtsch Med Wschr 1987; 112: 985-99.
• 3 Geltman E M, Smith J L, Beecher D, Ludbrook P A, Ter-Pogossian M M, Sobel B E. Altered regional myocardial metabolism in congestive cardiomyopathy detected bei positron tomography. Am J Med 1983; 74: 773-85.
• 4 Gleichmann U, Brauns N, Mannebach H, Bogunovic N, Seggewiss H. Hypertensive Herzkrankheit bei milder Hypertonie?. Münch Med Wschr 1986; 48: 844-8.
• 5 Grossmann W. Cardiac hypertrophy. Useful adaptation or pathologic progress?. Am J Med 1980; 69: 576-84.
• 6 Grunwald A M, Watson D D, Holzgrefe Jr H H, Irving J F, Beller G A. Myocardial thallium-201 kinetics in normal and ischemic myocardium. Circulation 1981; 64: 610.
• 7 Hirzel H O, Senn M, Nuesch K. et al. Thallium-201 scintigraphy in complete left bundle branch block. Am J Cardiol 1984; 53: 764-9.
• 8 Liedtke A J. Alterations of carbohydrate and lipid metabolism in the acutely ischemic heart. Progr Cardiovasc Dis 1981; 23: 321-36.
• 9 Loogen F. Hypertrophische und dilatative Kardiomyopathien und medikamentös bedingte Herzmuskelerkrankungen. Diagnostik 1983; 16: 14-9.
• 10 Machulla H J, Marsmann M, Dutschka K. Biochemical concept and synthesis of a radioiodinated phenyl fatty acid for in vivo metabolic studies of the myocardium. Eur J Nucl Med 1980; 05: 171-3.
• 11 Machulla H J, Marsmann M, Dutschka K. Synthesis of radioiodinated phenyl fatty acids for studying myocardial metabolism. J Radioanal Chem 1980; 56: 253-61.
• 12 Machulla H J, Dutschka K, van Benningen D, Chen T. Development of 15(p-¹²³I-phenyl-)pentadecanoic acid for in vivo diagnosis of the myocardium. J Radioanal Chem 1981; 65: 279-86.
• 13 Maron B J, Wolfson J K, Epstein S E, Roberts W C. Intramural (“small vessel”) coronary artery disease in hypertrophic cardiomyopathy. J Am Coll Cardiol 1986; 08: 545-57.
• 14 Mellerowicz H. Ergometrie. XII. CO₂-Bildung und respiratorischer Quotient bei ergometrischer Leistung. München - Berlin - Wien: Urban & Schwarzenberg; 1975: 236-51.
• 15 Mueller T M, Marcus M L, Ehrhardt J C, Chandhuri T, Abboud F M. Limitations of thallium-201 myocardial perfusion scintigrams. Circulation 1976; 54: 640.
• 16 Neilson A P, Morris K G, Murdock R, Bruno F P, Cobb F R. Linear relationship between the distribution of thallium-201 and blood flow in ischemic and nonischemic myocardium during exercise. Circulation 1980; 61: 797.
• 17 Reske S N, Biersack H J, Lackner K. et al. Assessment of regional myocardial uptake and metabolism of w-(p-¹²³T-phenyl-)pentadecanoic acid with serial single-photon emission tomography. Nucl-Med 1982; 06: 249-53.
• 18 Reske S N, Sauer W, Machulla H J, Winkler C. 15(p-[¹²³I]Iodophenyl) pentadecanoic acid as tracer of lipid metabolism. J Nucl Med 1984; 25: 1335-42.
• 19 Sochor H, Schelbert H R, Schwaiger M, Henze E, Phelps M E. Studies of fatty acid metabolism with positron emission tomography in patients with cardiomyopathy. Eur J Nucl Med 1986; 12: S66-9.
• 20 Stierle U, Sheikhzadeh A, Diederich K W. Primäre Kardiomyopathien. III. Die dilatative Kardiomyopathie. Herz/Kreislauf 1986; 05: 232-38.
• 21 Unverferth D V, Baker P B, Swift S E. et al. Extent of myocardial fibrosis and cellular hypertrophy in dilated cardiomyopathy. Am J Cardiol 1986; 57: 816-20.
• 22 Vyska K, Knapp W H, Machulla H J. et al. Comparison of regional myocardial extraction of 15-(para-123-I-phenyl)-pentadecanoic acid (IPPA) with Tl-201 uptake pattern in normal and ischemic myocardium. In: Höfer R, Bergmann H. Hsgb. Radioaktive Isotope in Klinik und Forschung. Wien: Egermann; 1986. 17 699-714.
• 23 Whitmer J T, Idell-Wenger J A, Rovetto M J. et al. Control of fatty acid metabolism in ischemic and hypoxic hearts. J Biol Chem 1978; 253: 4305-9.
• 24 Yamamoto K, Som P, Brill A B. et al. Dual tracer autoradiographic study of ß-methyl-(1-¹⁴C)heptadecanoic acid and 15-p-(¹³¹I)-iodophenyl-ß-methyl-pentadecanoic acid in normotensive and hypertensive rats. J Nucl Med 1986; 27: 1178-83.
• 25 Yonekura Y, Brill A B, Som P. et al. Regional myocardial substrate uptake in hypertensive rats: A quantitative autoradiographic measurement. Science 1985; 227: 1494-6.