Detection of the early radiotherapy-induced cardiac changes in breast cancer patients - impact of advanced echocardiography techniques

Abstract

Tausta ja tavoitteet: Sädehoitoa on käytetty syöpähoidossa 1950-luvulta lähtien. Sitä voidaan antaa parantavana tai oireita lievittävänä hoitona. Terveen kudoksen haittavaikutukset ovat merkittävin sädehoitoa rajoittava tekijä. Rintakehälle annetun sädehoidon tiedetään lisäävän sydänsairauksia ja sydänkuolleisuutta 2-6 kertaiseksi sädehoitoa saamattomiin verrattuna vuosien viiveellä. Nykyisillä hoitomenetelmillä sydämen sädeannosta ollaan saatu merkittävästi pienennettyä, eikä täyttä varmuutta ole nykyhoitojen sydänvaikutusten ilmenemisajankohdasta, laajuudesta tai kliinisestä merkitysestä. Tutkimuksemme tarkoituksena oli selvittää rintasyövän sädehoidon aiheuttamia sydänvaikutuksia. Väitöskirjan osatöissä olemme keskittyneet varhaisessa vaiheessa mahdollisesti ilmenevien sydänvaikutusten tunnistamiseen, paikantamiseen sekä luonnehdintaan. Potilasaineisto ja menetelmät: Tässä prospektiivisessa yhden keskuksen tutkimuksessa oli mukana 80 potilasta, joilla oli todettu varhaisen vaiheen rintasyöpä. Kaikille potilaille tehtiin kattava sydämen kaikututkimus keskimäärin viikkoa ennen sädehoidon aloitusta ja kolmen vuorokauden kuluessa sädehoidon päättymisestä. Kukin tutkimuskerta sisälsi lisäksi EKG:n, holterin sekä sydänlihaksen vauriota kuvaavien verikokeiden määrityksen ja verenpaineen mittauksen. Tulokset: Rintasyöpäpotilaille annettu sädehoito aiheutti sekä rakenteellisia että toiminnallisia muutoksia sydämen ultraäänitutkimuksessa varhaisessa vaiheessa sädehoidon jälkeen. Vasemmassa kammiossa todettiin seinämien paksuuntumista, muutoksia herkissä supistumista kuvaavissa mittareissa sekä täyttymisen hidastumista. Oikean kammion supistuvuudessa todettiin heikentymistä. Kudosheijastavuus lisääntyi molemmissa kammiossa. Muutoksilla oli yhteys sekä sädehoidon määrään että paikkaan. Yhteenveto: Tutkimuksessamme totesimme, että rintasyöpään annettu sädehoito aiheuttaa sydämen ultraäänitutkimuksessa todettavia sekä rakenteellisia että toiminnallisia muutoksia jo varhaisessa vaiheessa. Muutoksia oli enemmän vasemman puoleista sädehoitoa, ja toisaalta suurempaa sydämen keskisädeannosta saaneilla. Näillä muutoksilla on kliinistä merkitystä. Oireettomien varhaisvaiheen muutosten ajatellaan edeltävän myöhäisvaiheen kliinisesti merkittäviä sydänmuutoksia. Näin ollen varhaisvaiheen muutokset voivat kieliä potilaan lisääntyneestä myöhäisvaiheen riskistä – ja ehkä seurannan tarpeesta. Tutkimuksemme tuotti useita aiemmin todentamattomia muutoksia, joista osa soveltuu erinomaisesti kliiniseen käyttöön (TAPSE, GLS), osan tärkein merkitys on niiden tuoma uusi tieto sädehoidon kudosvaikutusten mekanismeista (IBS).

Background and aims: Radiotherapy (RT) has been routinely used as a part of cancer treatment since the 1950s. It can be administered as a curative or palliative treatment. Adverse effects in healthy tissue limit the use of RT. RT in the thorax induces cardiac side-effects, which have been associated with 2 to 6-fold increase in cardiac morbidity and mortality. However, cardiac radiation exposure has been significantly reduced with improvements in RT techniques, and the cardiac impact of the contemporary RT is unknown. Our aim was to evaluate whether conformal RT causes echocardiographically detectable changes in the early phase after RT for early-stage breast cancer patients, and to characterise the location and type of the changes. Subjects and methods: Altogether, 80 patients with early-stage breast cancer were recruited in this single-center prospective study. All patients underwent thorough echocardiographic examination a week prior to the RT and within three days after the completion of RT. In addition, each study visit included an electrocardiogram (ECG), Holter monitoring, blood samples for analysis of cardiac biomarkers and the measurement of blood pressure. Results: RT induced multiple structural and functional changes in the early phase after RT. The walls of the left ventricle (LV) thickened and their reflectivity increased. In addition, filling of the LV becaime impaired, and sensitive markers of LV systolic function declined. Furthermore, there were changes in the RV. RV systolic function declined and RV wall reflectivity increased after RT. The changes were associated with RT dose and localisation. Conclusions: The results of our study demonstrated that RT for early-stage breast cancer induced multiple structural and functional echocardiographic changes in patients with early-stage breast cancer. The changes were more prevalent in patients who received RT for left-sided breast cancer and in patients who received higher cardiac radiation dose. These findings may have important clinical relevance since the subclinical early changes seem to predict future development of radiation-induced heart disease (RIHD). Some of the echocardiography measurements could be suitable for the screening of early RT-induced cardiac changes, and for the follow-up of the patients with high risk of RIHD such as tricuspid annular plane systolic excursion (TAPSE) and global longitudinal strain (GLS). On the other hand, the RT-induced early changes in cardiac tissue reflectivity [integrated backscatter (IBS)] provided new information regarding the possible mechanisms of RT-induced cardiac adverse effects.