Study of the histological and biomechanical properties of fragments isolated from the anterior wall of abdominal aortic aneurysms

INTRODUÇÃO: O objetivo deste estudo é determinar as propriedades biomecânicas e histológicas de fragmentos da parede anterior de aneurismas da aorta abdominal. MÉTODOS: Dos pacientes submetidos à correção cirúrgica aberta de aneurisma da aorta abdominal, foram removidos fragmentos da parede anterior do saco aneurismático, divididos em dois espécimes. Um, destinado à análise histológica, para a quantificação de fibras colágenas, elásticas, musculares lisas e grau de atividade inflamatória e outro, pareado, submetido a teste destrutivo uniaxial, obtendo-se características biomecânicas, como, força, tensão e estresse de falência do fragmento. As médias das variáveis paramétricas foram avaliadas com teste t-Student ou análise de variância. Quando significante, utilizou-se teste de Tukey para discriminar as diferenças. As distribuições das variáveis não paramétricas foram avaliadas com teste Mann-Whitney ou análise de Kruskal-Wallis. Quando significante, utilizou-se teste de Dunn para discriminar as diferenças. Os valores de p<0,05 foram considerados estatisticamente significantes. RESULTADOS: Foram considerados os resultados das análises de fragmentos de 90 indivíduos. Os valores médios encontrados para as propriedades biomecânicas relacionadas à resistência do tecido aórtico (falência) foram força = 4,98±2,22 N, tensão = 13,18±5,98 N/cm e estresse = 103,14±47,09 N/cm2. A deformação média dos fragmentos até a falência foi de 0,39±0,12. Os fragmentos dos aneurismas de diâmetros transversos máximos maiores ou iguais a 5,5 cm apresentaram valores médios de força, tensão e estresse de falência (5,32±2,07 N, 13,83±5,58 N/cm e 103,02 N/cm2) maiores que os fragmentos de aneurismas de diâmetros menores que 5,5 cm (4,1±2,41 N, 10,82±6,48 N/cm, 77,03 N/cm2), com significância estatística para os três parâmetros de resistência do material. Não foram identificadas diferenças entre os valores médios de deformação de falência entre estes grupos (0,41±0,12 x 0,37±0,14 p = 0,260), bem como entre os valores médios de espessura dos fragmentos (1,58±0,41 x 1,53±0,42 mm p = 0,662). Os valores percentuais médios na composição dos fragmentos foram para as fibras colágenas (coloração de tricrômico de Masson) de 44,34±0,48%, para as fibras colágenas (coloração de picrosirius) de 61,85±10,14%, para as fibras musculares lisas (imuno histoquímica/alfa actina) de 3,46±2,23% e para as fibras elásticas (coloração de Verhoeff) inferior a 1% (traços). Não foram identificadas diferenças entre o percentual destes elementos na composição de fragmentos provenientes da parede anterior de aneurismas de diâmetro transverso máximo >= 5,5 cm e < 5,5 cm. Foi caracterizada uma atividade inflamatória mais intensa nos fragmentos provenientes de aneurismas de diâmetro transverso máximo >= 5,5 cm quando comparados aos fragmentos provenientes de aneurismas de diâmetro transverso máximo < 5,5 cm (grau 3 - 70% x 28,6% p = 0,011). Comparando-se os aneurismas sintomáticos versus os assintomáticos não foram identificadas diferenças significativas para as propriedades biomecânicas de falência dos fragmentos (força = 5,32±2,36 x 4,65±2,05 N, p = 0,155; tensão = 14,08±6,11 x 12,81±5,77 N/cm, p = 0,154; estresse = 103,02 x 84,76 N/cm2, p = 0,144 e deformidade = 0,38±0,12 x 0,41±0,13, p = 0,287), assim como para a espessura (1,56±0,41 x 1,57±0,41 mm p = 0,848) e composição histológica (fibras colágenas 44,67±11,17 x 44,02±13,79 % p = 0,808; fibras musculares lisas 2,52 x 2,35 %, p = 0,751; fibras elásticas inferior a 1%). CONCLUSÃO: Os fragmentos provenientes da parede anterior do saco aneurismático de aneurismas maiores mostraram-se mais resistentes, não se identificando diferenças entre os fragmentos quanto à espessura e conteúdo da matriz protéica. A maior resistência dos fragmentos de aneurismas maiores provavelmente está relacionada à adaptação da parede para suportar maior grau de sobrecarga hemodinâmica à medida que o diâmetro aumenta. Neste estudo esta adaptação não foi revelada pela análise histológica realizada e demonstra a limitação do estudo de fragmentos isolados de aneurismas para estimar o risco de ruptura dos mesmosINTRODUCTION: The objective of this study was to determine the biomechanical and histological properties of fragments isolated from the anterior wall of abdominal aortic aneurysms. METHODS: Fragments of the anterior aneurysm wall were excised from the aneurysmatic sac of patients who underwent open surgery for repair of abdominal aortic aneurysm and divided into two specimens. One specimen was sent for histological analysis for quantification of collagen fibers, elastic fibers, smooth muscle cells and degree of inflammatory activity and the other, by uniaxial testing, was used to assess biomechanical properties, such as force, tension, and stress at the time of failure of the material. The means of parametric variables were evaluated with Student\'s t test or analysis of variance. When significant, we used the Tukey test to discriminate differences. The distributions of non-parametric variables were evaluated with Mann- Whitney or Kruskal-Wallis test. When significant, we used Dunn\'s test to discriminate differences. A p-value of less than 0.05 was considered statistically significant. RESULTS: Anterior-wall fragments from a total of 90 patients were considered. The average values of biomechanical parameters related to the resistance of the aorta (failure) were as follows: strength, 4.98±2.22 N; tension, 13.18±5.98 N/cm; and stress 103.14±47.09 N/cm2. The average deformation of the fragments at the time of the failure was 0.39±0.12. Fragments of aortic aneurysm with a maximum transverse diameter larger or equal to 5.5 cm showed average values for strength, tension, and stress at the time of the failure of the material (5.32±2.07 N, 13.83±5.58 N/cm, and 103.02 N/cm2, respectively), which were higher than those of fragments of aneurysms with diameters less than 5.5 cm (4.1±2.41 N, 10.82±6.48 N/cm, 77.03 N/cm2, respectively). The differences in the 3 parameters were statistically significant. However, no differences were observed between the groups in relation to average failure deformation (0.41±0.12 × 0.37±0.14; p = 0.260) and thickness of the analyzed fragments (1.58±0.41 × 1.53±0.42 mm; p = 0.662). The average values of fiber compositions of the fragments were as follows: collagen fibers, 44.34±0.48% and 61.85±10.14% (assessed using Masson trichrome staining and picrosirius red staining, respectively); smooth muscle cells, 3.46±2.23% (immunohistochemistry/alpha-actin); and elastic fibers, less than 1% (traces) (Verhoeff-van Gieson staining). No differences in fiber percentages were observed in the fragments from aneurysms with a maximum transverse diameter >= 5.5 cm and < 5.5 cm. A more intense inflammatory activity was assessed in fragments from aneurysms with maximum transverse diameter >= 5.5 cm than in fragments from aneurysms with maximum transverse diameter < 5.5 cm (grade 3 - 70% × 28.6%; p = 0.011). Compared to asymptomatic aneurysms, fragments from symptomatic aneurysms showed no significant differences in the biomechanical properties at the time of the failure (strength, 5.32±2.36 × 4.65±2.05 N, p = 0.155; tension, 14.08±6.11 × 12.81±5.77 N/cm, p = 0,154; stress, 103.02 × 84.76 N/cm2, p = 0.144; and deformity, 0.38±0.12 × 0.41±0.13, p = 0.287), thickness of the fragments (1.56±0.41 × 1.57±0.41 mm, p = 0.848) and histological composition (collagen fibers, 44.67±11.17 × 44.02±13.79%, p = 0.808; smooth muscle fibers, 2.52 × 2.35%, p = 0.751; elastic fibers,