Etude de l’architecture de la fibrose hépatique par analyse fractale Laboratoire HIFIH, UPRES EA 3859, EMI INSERM 0335-LHEA, IFR 132, UDA Service d’hépato-gastroentérologie, CHU, Angers

3-dimensional reconstruction of hepatic bridging fibrosis in chronic hepatitis C Alan Hoofring. Journal of Hepatology, Vol. 39 (5) (2003) pp. 738-741 Fibrose en pont  septa fibreux Fig. 1. Hypothesized relationship between bridging fibrosis seen on tissue slides and actual three-dimensional characteristics of bridging fibrosis. Fig. 2. Two representative examples of three-dimensional reconstruction of bridging fibrosis (A,B). Insets show artist's (AH) reconstruction of the bridging fibrosis.

Fibrose hépatique chez le rat Moal F, Chappard D, Wang J, Vuillemin E, Michalak-Provost S, Rousselet MC, et al. Fractal dimension can distinguish models and pharmacologic changes in liver fibrosis in rats. Hepatology 2002;36:840-849.

Matériel et Méthodes Animaux. 32 rats sham ou avec fibrose hépatique par ligature section du cholédoque (CBS) ou administration de CCl4. Prélèvements hépatiques des 3 lobes colorés au rouge picrosirius. Méthodes. Mesure en insu 2 fois par le même observateur ou par 2 observateurs différents. Dimension fractale de Kolmogorov par la méthode des « box counting » Le nombre de carrés qui interceptent les contours trabéculaires est mesuré N(). On fait alors varier  et on recommence le dénombrement. Dk est obtenu en déterminant la pente de la droite de régression entre log N() et log  sur les points qui sont alignés. Nous avons mesuré Dk en utilisant la technique de régression des moindres carrés ordinaires.

Figure 1. Image en gamme de gris d'un foie de cirrhose CCl4 coloré au rouge sirius F3B, grossissement x100.

Figure 2. Image binarisée après seuillage de la fibrose.

Figure 3. Image de la mesure de la dimension fractale avec superposition de boite de côté  = 4 pixels.

Figure 4. Image de la mesure de la dimension fractale avec superposition de boite de côté  = 14 pixels.

Résultats Reproductibilité : corrélation intra classe (ric) Concordance intra-observateur : ric = 0,91, p < 0,0001 Concordance inter observateurs : ric = 0,88, p < 0,001.

Corrélations Dk était corrélé avec : l’aire de fibrose : r = 0,77, p < 0,0001 l'hydroxyproline hépatique : r = 0,67, p < 0,001 le hyaluronate sérique : r = 0,46, p < 0,05 la pression portale : r = 0,58, p < 0,001

Figure 5. Dimension fractale Figure 6. Aire de fibrose (%)

Etude de l’architecture de la fibrose hépatique humaine par analyse fractale Isabelle Valo, Sophie Michalak, Daniel Chappard, Jean-Paul Saint-André, Paul Calès. Angers, France.

Méthodes 96 biopsies de foie issues de 74 patients ayant une hépatopathie induite par l’alcool (n=49) ou par le virus de l’hépatite C (n=47). La fibrose évaluée par le score semi-quantitatif de Metavir (Michalak, J Pathol 2003). 3 mesures à 6 mois d’intervalle par analyse d’image de l’aire de fibrose (ADF) et de la DF par la méthode dite des "boites" de Kolmogorov par le même observateur.

Mesure de la DF “Box-counting” method: graph of log{N} against log{e}. N is the number of boxes of side e in figure 1 or 2, panels C and D. The slope D of the regression line corresponds to Kolmogorov fractal dimension. “Box-counting” method: graph of log{N} against log{e}.

Faisabilité de la mesure DF : Alcool : 1,179  0,245 Virus : 0,989  0,165 .

Reproductibilité Les 3 séries de mesures de l'ADF (p=0,35) et de la DF (p=0,63) n’étaient pas significativement différentes. Le coefficient de corrélation intraclasse était de 0,89 (p<10-4) pour l'ADF et de 0,75 (p<10-4) pour la DF.

Relation entre DF et les autres caractéristiques de la fibrose

Corrélations aux autres variables de fibrose La DF était corrélée à l'ADF (rp=0,89, p<10-4), au score Metavir (rp=0,74, p<10-4) et à la plupart des marqueurs sanguins de fibrose : Hyaluronate (rp = 0,73), TP (rp = 0,71), PIIIP, ApoA1, TGF b1, A2M The intraobserver agreement of AOF and FD was excellent after a learning curve. FD was well correlated with F, AOF and most liver fibrosis blood markers. FD was the main independent predictor of F and AOF.

Comparaison à une référence En analyse en régression linéaire générale avec pour variable dépendante un panel de 5 marqueurs sériques comme référence de la fibrose hépatique indépendante de l’examen histopathologique, le score F avait la valeur la plus informative (p=0,006) suivi de l'ADF moyenne (p=0,03) alors que la DF n'avait pas de valeur significative indépendante (p=0,92). A panel of fibrosis blood markers was independently predicted by F and AOF while FD had no role.

Relation entre DF et les autres caractéristiques de l’hépatopathie

Relation avec la cause Figure 7. Relationship between area of fibrosis (AOF) and cause (p < 10-4) Figure 8. Relationship between fractal dimension (FD) and cause (p < 10-4) Figure 3. Difference of area of fibrosis as a function of cause of liver disease and Metavir F stage (p < 10-4) Figure 4. Difference of FD as a function of cause of liver disease and Metavir F stage (p < 10-4) However, the role of cause disappeared in multivariate analysis. In fact, this difference was due to a higher duration of liver disease in alcoholic patients.

Relation avec l’HTP The presence of esophageal varices was independently predicted only by AOF while, in cirrhotic patients, AOF was significantly increased in presence of esophageal varices but not FD. Relation entre VO et aire de fibrose (p = 0,05) ou DF (p = 0,27) chez F4.

Relation avec la fonction hépatique ADF et DF corrélées avec sérum albumine (rp = 0,66, p  10-4). Prédiction de l'albumine sérique : DF (R2a=0,436, p<10-4), ADF (p=0,17), F (p=0,95). Using stepwise multiple regression analysis with AOF, FD and Metavir fibrosis score, serum albumin was significant predicted at the 1st step by FD (R2a = 0.44, p  10-4). Other variables were not significant (AOF: p = 0.17, Metavir F stage: p = 0.95). On the other hand, multiple regression analysis showed that serum albumin was an independent predictor of FD but not of AOF (data not shown).

Vitesse de la DF Estimée chez 73 %, (mesurée chez 6) Médiane de vitesse de progression annuelle : Metavir F : 0,10 (0,09) F, ADF : 0,82 (1,2) %, FD : 0,058 (0,042). Pas de différence selon la cause the progression rates of fibrosis characteristics were similar whatever the cause.

Effet de traitements anti-fibrosant 16 pts Variation (%) du score Metavir F (F) (p=0,76), aire de fibrose (AOF) (p=0,009) et dimension fractale (FD) (p=0,02) en fonction du traitement antifibrosant. p=0,009 p=0,76 FD was more sensitive to measure pharmacological changes in liver fibrosis than histopathological staging. p=0,02

Prédiction de la DF r = 0.81 p < 10-4 Scores SNIFF disponibles prochainement sur le site www.biols.fr

Conclusions La fibrose hépatique entraîne une altération précoce de l’architecture du foie avant que la quantité de fibrose n’augmente significativement. La dimension fractale (et l’ADF) est nettement plus sensible que le score Métavir pour détecter des variations de fibrose. La dimension fractale est donc un nouvel outil objectif d’évaluation de l’architecture de la fibrose hépatique chez l’homme.