Vergleichende histomorphometrische Analyse des interstitiellen Herzgewebes nach Herztransplantation

Abstract

Das interstitielle Bindegewebe (extrazelluläre Matrix – EZM) des Myokards besteht hauptsächlich aus Kollagen Typ I und III, während Kollagen Typ IV in den Basalmembranen kardialer Fibroblasten und Herzmuskelzellen lokalisiert ist. Nach Herztransplantation unterliegt die myokardiale EZM kontinuierlichen Umbauprozessen. Aufgrund heterogener Studiendesigns ist bisher nur unzureichend beschrieben, welcher Dynamik diese Strukturanpassungen unterliegen. Ziel der Dissertation war es daher, die Veränderungen von Fibrose sowie Kollagen Typ III und IV quantitativ im fünfjährigen Zeitraum nach Herztransplantation zu erfassen und die Aussagekraft ihrer histologischen Aufbereitungsverfahren gegenüberzustellen. Zusätzlich wurde das Einflusspotenzial verschiedenster Faktoren auf die postoperativen Veränderungen der EZM unter-sucht. In diese Analyse flossen neben histopathologischen Phänomenen insbesondere die spen-derinduzierte Ausgangsbeschaffenheit des Myokards bei Herztransplantation, die Ischämiezeit sowie das Patienten- und Spenderalter ein. Zur Auswertung gelangen 274 rechtsventrikuläre Endomyokardbiopsien (EMB) von 77 Patien-ten, die zwischen 2003 und 2006 eine primäre Herztransplantation im Deutschen Herzzentrum Berlin erhielten. Die Probengewinnung erfolgte bei Herztransplantation sowie 30 Tage, 1 Jahr, 3 Jahre und 5 Jahre danach. Zur Probenaufbereitung kamen standardisierte Verfahren (Fibrose: Sirius-Rot-Färbung, Kollagen Typ III und IV: Immunhistochemie mittels monoklonaler Antikör-per) zum Einsatz. Mithilfe einer Computer-gestützten Bilddatenanalyse wurde die mittlere Rate der drei Komponenten in einem Bereich von einem Quadratmillimeter pro EMB histomorphomet-risch vermessen. Weitere histologische Parameter wurden im Rahmen der Routine-Befundung erhoben. Bereits bei Transplantation zeigte die interstitielle Struktur erhebliche Schwankungen innerhalb des untersuchten Patientenkollektivs. Im postoperativen Untersuchungsverlauf stieg die durch- schnittliche Fibroserate vornehmlich im ersten Jahr an und zeigte darüber hinaus einen eher stabi-len Verlauf. Der mittlere Kollagen-III-Gehalt sank zwar im ersten Jahr nach Herztransplantation geringfügig ab, stieg anschließend jedoch statistisch signifikant bis zum fünften postoperativen Jahr. Der durchschnittliche Anteil an Kollagen IV nahm im gesamten Beobachtungszeitraum kontinuierlich und statistisch signifikant zu. Daher ist davon auszugehen, dass die Unterschei-dung kollagener Subtypen ein differenziertes Abbild der interstitiellen Umbauprozesse nach Herztransplantation vermitteln kann als die Sirius-Rot gefärbte Gesamtfibrose. In Unterscheidung des Patientenalters bei Transplantation bzw. der Altersdifferenz zum Organ-spender zeigten sich keine statistisch plausiblen Hinweise, dass ein jüngeres Spender- oder Pati-entenalter mit einem protektiven Effekt verbunden sei. Weder zelluläre Abstoßungsreaktionen noch pathologische Veränderungen der Herzmuskelzellen nahmen einen statistisch signifikanten Einfluss auf die postoperative Wertentwicklung der Fibro-se, sowie Kollagen III und IV. Demgegenüber tendierten Patienten mit antikörpervermittelten Abstoßungsreaktionen bzw. mikrovaskulopathischen Veränderungen langfristig zu höheren Fibrose- bzw. Kollagen-III- und Kollagen- IV-Raten. Zur abschließenden Klärung, ob die dargestellten Veränderungen spezifischen Anpassungen der interstitiellen EZM nach Herztransplantation Ausdruck verleihen oder physiologisches Alte-rungsphänomen sind, fehlen vergleichbare Studien.

Major components of the myocardial extracellular matrix (ECM) are collagen type I and type III. Furthermore, collagen type IV is located in the basement membranes of cardiac fibroblasts and myocytes. Structural remodeling of the collagenous matrix is a continuous process after heart transplantation. Unfortunately previous trials are too heterogeneous to achieve consent about its dynamism. Therefore the aim of this dissertation was to measure fibrosis, collagen type III and IV quantita-tively in endomyocardial biopsy specimens (EMB) over a period of five years after heart trans-plantation and to analyze the prognostic value of immunohistochemistry staining compared to the Sirius- red staining of fibrosis used routinely. Furthermore the possible influence of different fac-tors (histopathological phenomena, myocardial structure at the time of transplantation, age of donor and patient at the time of transplantation) on the postoperative changes in the ECM were analyzed. In total, 274 EMB of 77 patients who underwent a heart transplantation between 2003 and 2006 were evaluated on the date of their transplantation, 4 weeks, 1 year, 3 years and 5 years after heart transplantation. Computer-based histomorphometrical analyses were used to measure the mean rates of collagen III, IV and myocardial fibrosis in an area of 1 mm2 for each EMB. The interstitial ECM of the myocardium showed a substantial fluctuation in its structure already at the time of transplantation. Especially in the first year the postoperative course of the mean fibrosis showed an increasing rate, whereas for the long-term period the rate remained quite sta-ble. Collagen III showed a slight decrease in the first postoperative year, but increased signifi-cantly over the period. Collagen IV rose even more clearly and continuously. In comparison of the different staining methods, immunohistochemistry seems to reflect the structure of the inter-stitial ECM better than Sirius-red staining. With respect to the age there was no statistically significant evidence that a younger age of the patient or donor could have a protectice effect. Neither acute cellular rejections nor pathological changes in the size of cardiac myocytes had a statistically significant influence on the course of the ECM-components. Whereas patients with antibody-mediated rejection or microvasculopathy tend to have higher rates of fibrosis, collagen III or IV. Finally it remains unclear if the measured structural changes in the ECM are specific for the post-operative course after heart transplantation or have to be seen as physiological aging of the myo-cardium.