Quantitative NMRI and NMRS identify augmented disease progression after loss of ambulation in forearms of boys with Duchenne muscular dystrophy

Abstract

Quantitative NMRI and (31)P NMRS indices are reported in the forearms of 24 patients with Duchenne muscular dystrophy (DMD) (6-18 years, 14 non-ambulant) amenable to exon 53 skipping therapy and in 12 age-matched male controls (CONT). Examinations carried out at 3 T comprised multi-slice 17-echo measurements of muscle water T2 and heterogeneity, three-point Dixon imaging of fat fraction in flexor and extensor muscles (FLEX, EXT), and non-localised spectroscopy of phosphate metabolites. We studied four imaging indices, eight metabolic ratios combining ATP, phosphocreatine, phosphomonoesters and phosphodiesters, the cytosolic inorganic phosphate (Pia ) and an alkaline (Pib) pool present in dystrophic muscle, and average pH. All indices differed between DMD and CONT, except for muscle water T2 . Measurements were outside the 95th percentile of age-matched CONT values in over 65% of cases for percentage fat signal (%F), and in 78-100% of cases for all spectroscopic indices. T2 was elevated in one-third of FLEX measurements, whereas %pixels > 39 ms and T2 heterogeneity were abnormal in one-half of the examinations. The FLEX muscles had higher fat infiltration and T2 than EXT muscle groups. All indices, except pH, correlated with patient age, although the correlation was negative for T2 . However, in non-ambulant patients, the correlation with years since loss of ambulation was stronger than the correlation with age, and the slope of evolution per year was steeper after loss of ambulation. All indices except Pi/gATP differed between ambulant and non-ambulant patients; however, T2 and %pixels > 39 ms were highest in ambulant patients, possibly owing to the greater extent of inflammatory processes earlier in the disease. All other indices were worse in non-ambulant subjects. Quantitative measurements obtained from patients at different disease stages covered a broad range of abnormalities that evolved with the disease, and metabolic indices were up to 10-fold above normal from the onset, thus establishing a variety of potential markers for future therapy.

Stability and sensitivity of water T2 obtained with IDEAL‐CPMG in healthy and fat‐infiltrated skeletal muscle

“…In the case of changes expected in disease, mean skeletal muscle T 2 ‐water increases between patient and control groups have been reported to be around 10–15% in Duchenne muscular dystrophy22, 25, 26 and Pompe disease 27. The metabolic sequelae of exercise immediately before measurement may increase muscle T 2 by around 5 ms (16%),28 with recovery within 45 minutes to baseline values 29.…”

Imagerie et spectroscopie par résonance magnétique nucléaire du muscle strié squelettique

“…La confrontation des cartographies de pourcentages de graisses au classement de Lamminen a montré une surestimation systématique des changements dégé-nératifs avec les méthodes qualitatives (Wokke et al 2013). Toujours dans la maladie de Duchenne, l'exploration des avant-bras en imagerie a montré une implication plus importante des muscles fléchisseurs que des extenseurs, et une progression plus rapide des lésions dégénératives graisseuses chez les patients ayant perdu l'ambulation que chez les patients ambulants (Wary et al 2015b ;Hogrel et al 2016). L'administration de corticostéroïdes pendant une année à de jeunes garçons qui sont atteints de la maladie de Duchenne a arrêté le processus d'infiltration de la graisse dans la cuisse et la jambe tandis Évaluation qualitative versus quantification de la teneur en graisse musculaire.…”

“…Il parait dès lors légitime d'utiliser l'augmentation ou la stabilisation des infiltrations graisseuses musculaires sur une période définie comme un indice quantitatif de la progression de la maladie ou de la réponse au traitement. Dans la dystrophie musculaire, et plus particulièrement chez les garçons atteints de la maladie de Duchenne, la sévérité de la maladie peut être extrêmement variable d'un patient à l'autre, ce qui se traduit par des taux annuels de transformation de graisse variant de 3 à 15 % (Fischmann et al 2013 ;Wary et al 2015b ;Bonati et al 2015a). Ceci complique considérablement l'interprétation des résultats d'une intervention thé-rapeutique.…”

“…À un âge donné, plus élevé est le contenu musculaire en graisse, plus important sera le taux de transformation graisseuse attendu au cours des mois à venir. Bien qu'elles soient en nombre limité, les données récoltées sur l'avant-bras au cours de l'étude de l'histoire naturelle Duchenne sponsorisée par le Géné-thon supportent cette assertion (Wary et al 2015a). Des tables de référence pourraient être constituées en colligeant les données générées dans les diffé-rentes études en cours.…”

Upper arm and cardiac magnetic resonance imaging in Duchenne muscular dystrophy

“…Magnetic resonance imaging (MRI) allows a reliable and repeatable assessment of individual muscles. Few studies have focused on the MRI of forearm muscles in DMD 4, 5, 6. Quantitative MRI of the upper arm muscles has not been previously reported in this disease.…”