HISTOPATHOLOGICAL AN D IMMUNOHISTOCHEMICA L STUD Y
OF TH E BRAI N AN D HEAR T I N TH E CHRONI C CARDIA C
FORM O F CHAGAS ' DISEAS E
J O S É E Y M A R D H O M E M P I T T E L L A * , C I C E R O M E N E G U E T T E * , A L F R E D O J . A F O N S O B A R B O S A *
S U M M A R Y — A h i s t o p a t h o l o g i c a l a n d i m m u n o h i s t o c h e m i c a l s t u d y of t h e b r a i n a n d h e a r t w a s m a d e i n 50 p a t i e n t s w i t h t h e c h r o n i c c a r d i a c f o r m of C h a g a s ' d i s e a s e . T h e i m m u n o h i s t o c h e m i c a l t e c h n i q u e u s e d w a s t h e p e r o x i d a s e a n t i p e r o x i d a s e m e t h o d a d a p t e d f o r t h e d e -m o n s t r a t i o n of t h e T . c r u z i a -m a s t i g o t e s . H i s t o l o g i c a l a n d i -m -m u n o h i s t o c h e -m i c a l e x a -m i n a t i o n of t h e b r a i n s h o w e d e n c e p h a l i t i s i n m u l t i p l e foci, a l t h o u g h s p a r s e , i n f o u r p a t i e n t s ( 8 % ) . I n o n e of t h e p a t i e n t s t h e p r o c e s s w a s r e c e n t , a c t i v e , a n d c o n t a i n i n g p a r a s i t e s . I n t h e o t h e r t h r e e p a t i e n t s , t h e l e s i o n s w e r e of m i n o r i n t e n s i t y , w i t h l i g h t e x u d a t i v e i n f l a m m a t o r y c h a n -g e s , s u -g -g e s t i n -g a p r o c e s s b e c o m i n -g i n a c t i v e , o r a l r e a d y i n a c t i v e . T h e s e a r c h for p a r a s i t e s in t h e s e t h r e e p a t i e n t s w a s n e g a t i v e , e v e n w i t h u s e of i m m u n o p e r o x i d a s e . T h e h e a r t h i s t o l o g i c a l a n d i m m u n o h i s t o c h e m i c a l s t u d y s h o w e d , b e s i d e s t h e c h r o n i c m y o c a r d i t i s i n m u l -t i p l e foci a s s o c i a -t e d w i -t h i n -t e r s -t i -t i a l f i b r o s i s , a m a s -t i g o -t e s i n s e v e n p a -t i e n -t s ( 1 4 % ) . T h e a b s e n c e of p a r a s i t e s a n d of i n f l a m m a t o r y c h a n g e s i n t h e b r a i n i n t h e g r e a t m a j o r i t y of p a t i e n t s w i t h c h r o n i c C h a g a s ' d i s e a s e , c o n t r a s t i n g w i t h t h e c o n s t a n t f i n d i n g of i n f l a m m a t o r y c h a n g e s a n d t h e o c c a s i o n a l f i n d i n g of a m a s t i g o t e s i n t h e m y o c a r d i u m of t h e s a m e p a t i e n t s , a l l o w s u s t o s t a t e , i n t h e s a m e w a y o t h e r a u t h o r s d i d , t h a t t h e r e i s n o h i s t o p a t h o l o g i c a l b a s i s t o s u p p o r t t h e e x i s t e n c e of t h e c h r o n i c n e r v o u s f o r m of C h a g a s ' d i s e a s e .
K E Y W O R D S : C h a g a s ' d i s e a s e , b r a i n , C h a g a s i c e n c e p h a l i t i s , i m m u n o p e r o x i d a s e .
Estudo histopatológic o e imunohistoquímic o d o encéfal o e coraçã o n a form a crônic a cardía
-ca d a doenç a d e Chagas .
R E S U M O — F e z - s e o e s t u d o h i s t o p a t o l ó g i c o e i m u n o - h i s t o q u í m i c o s i s t e m a t i z a d o d o e n c é f a l o e c o r a ç ã o d e 50 p a c i e n t e s c o m f o r m a c r ô n i c a c a r d í a c a d e d o e n ç a d e C h a g a s . A t é c n i c a i m u n o - h i s t o q u í m i c a e m p r e g a d a foi o m é t o d o d a p e r o x i d a s e - a n t i p e r o x i d a s e a d a p t a d o p a r a a d e m o n s t r a ç ã o d e f o r m a s a m a s t i g o t a s d o T . c r u z i . O e x a m e h i s t o l ó g i c o e i m u n o - h i s t o q u í m i c o d o e n c é f a l o r e v e l o u , e m 4 c a s o s ( 8 % ) , e n c e f a l i t e e m f o c o s m ú l t i p l o s , n ã o s i s t e m a t i z a d o s . N u m d o s c a s o s o p r o c e s s o e r a r e c e n t e , e m a t i v i d a d e , c o n t e n d o p a r a s i t a s . N o s o u t r o s t r ê s c a s o s a s l e s õ e s e r a m d e m e n o r i n t e n s i d a d e , c o m f e n ô m e n o s e x s u d a t i v o s d i s c r e t o s , s u g e r i n d o t r a t a r - s e d e p r o c e s s o e m e x t i n ç ã o o u j á i n a t i v o . A p e s q u i s a d e p a r a s i t a s n e s t e s t r ê s c a s o s , m e s m o c o m o u s o d a i m u n o p e r o x i d a s e , foi n e g a t i v a . O e s t u d o h i s t o l ó g i c o e i m u n o h i s t o q u í -m i c o d o c o r a ç ã o -m o s t r o u , a l é -m d a -m i o c a r d i t e c r ô n i c a e -m focos -m ú l t i p l o s a c o -m p a n h a d a d e f i b r o s e e n d o m i s i a l , a m a s t i g o t a s e m 7 c a s o s ( 1 4 % ) . A a u s ê n c i a d e p a r a s i t a s e d e p r o c e s s o i n f l a m a t ó r i o n o e n e é f a l o d a g r a n d e m a i o r i a d o s c h a g á s i c o s c r ô n i c o s , c o n t r a s t a n d o c o m o a c h a d o c o n s t a n t e d e l e s õ e s i n f l a m a t ó r i a s e o e n c o n t r o o c a s i o n a l d e a m a s t i g o t a s n o m i o - ¬ c á r d i o d e s t e s m e s m o s p a c i e n t e s , p e r m i t e a f i r m a r , d e m o d o s e m e l h a n t e a o u t r o s a u t o r e s , q u e n ã o h á b a s e h i s t o p a t o l ó g i c a p a r a q u e s e p o s s a a d m i t i r a e x i s t ê n c i a d a f o r m a c r ô n i c a n e r v o s a d a d o e n ç a d e C h a g a s .
P A L A V R A S - C H A V E : d o e n ç a d e C h a g a s , e n e é f a l o , e n c e f a l i t e c h a g á s i c a , i m u n o p e r o x i d a s e
* M . D . , L a b o r a t o r y of N e u r o p a t h o l o g y , D e p a r t m e n t of P a t h o l o g y , F e d e r a l U n i v e r s i t y of M i n a s G e r a i s ( U F M G ) M e d i c a l S c h o o l , B e l o H o r i z o n t e . A c e i t e : 26-junho-1992.
Since Chagas * earlies t paper s i t i s know n tha t th e central nervou s syste m
(CNS) involvemen t b y Trypanosoma oruz i (T . cruzi) ma y occur 8-10. i n spit e o f
its lo w frequency , chagasi c encephaliti s case s i n thei r acut e for m ar e wel l
known, th e majority o f case s affectin g childre n unde r
1
yea r ol d
7,10-13,16,23,25,27,28,31,34-36,39,43,46.
Chaga s
8
-io
postulate d th e existence o f a chroni c nervou s form ,
directly cause d by T. cruzi. Thi s autho r ha s justified th e existence o f the chronic
nervous for m base d o n th e presenc e o f encephaliti s i n th e acut e case s
5 .stil l
according t o Chagas , th e chroni c nervou s for m woul d b e consequen t t o th e
lesions observe d i n th e acut e form , o r rather , i t woul d represen t sequela e o f
the encephalitis . Afterward s th e author admitte d tha t th e chronic nervou s for m
cases woul d be , in their majority , evolutio n form s o f th e histopathological chan
-ges
9. However , th e pathologica l documentatio n presente d b y hi m an d b y the
authors wh o studied i t has been poor , no t allowing definitiv e conclusion s abou t
the existenc e o r non-existence o f an anatomical basi s t o characteriz e th e chronic
nervous for m a s postulated b y Chagas
1,5,6,18,19,45.Recen t paper s base d o n
histo-pathological stud y o f th e brain i n a grea t numbe r o f patient s hav e denie d the
existence o f a n anatomical basi s t o characteriz e th e chroni c nervou s
form33»37 .Nevertheless, recen t publication s abou t Chagas ' disease , althoug h describin g
minor, foca l inflammator y change s i n th e CNS of a fe w patient s wit h chroni c
Chagas* disease , stil l propos e th e existenc e o f a morphologica l basi s o f th e
chronic nervou s for m
26,29.The developmen t o f immunohistochemica l technique s whic h hav e mad e i t
possible t o fin d wit h greate r sensitivit y an d specificit y th e presenc e o f man y
parasites (viruses , bacteria , protozoa ) ha s led us int o searching , wit h immuno
-histochemical method , amastigotes i n the brain and heart of patients with chroni c
chagasic carditi s confirme d b y histopathological diagnosis . Th e conventional his
tological stud y o f thes e brain s wa s also undertaken . Thus , usin g simila r metho
dology, i t wa s possibl e t o compar e th e immunohistochemica l an d histopatho
-logical finding s i n th e brain an d heart, th e latte r servin g a s a standar d mode l
of th e Chagas' diseas e chroni c form .
M A T E R I A L S A N D M E T H O D S
F i f t y p a t i e n t s w i t h c h r o n i c c a r d i a c C h a g a s ' d i s e a s e w e r e s t u d i e d , a l l of t h e m p r e s e n -t i n g h i s -t o p a -t h o l o g i c a l c h a n g e s c h a r a c -t e r i s -t i c of c h r o n i c c h a g a s i c c a r d i -t i s . A m o n g -t h e s e 50 p a t i e n t s , 19 w e r e r e t r i e v e d c o n s e c u t i v e l y i n t h e p e r i o d 1980 t o 1986 i n t h e D e p a r t m e n t of P a t h o l o g y , F e d e r a l U n i v e r s i t y of M i n a s G e r a i s M e d i c a l S c h o o l , i n R e l o H o r i z o n t e . T h e o t h e r 31 p a t i e n t s h a d b e e n s u b j e c t of a f o r m e r s t u d y 3 3 . F o r t y - f i v e p a t i e n t s w e r e b e t w e e n 20 a n d 60 y e a r s o l d ( 9 0 % ) , t h r e e p a t i e n t s w e r e o v e r 60 y e a r s o l d ( 6 % ) a n d t w o w e r e u n d e r 20 y e a r s o l d (4%) . F o r t y f i v e p a t i e n t s s h o w e d c l i n i c a l a n d p a t h o l o g i c a l s i g n s of c o n g e s t i v e h e a r t f a i -l u r e . T h r e e p a t i e n t s h a d a s u d d e n d e a t h , w i t h o u t p r e v i o u s s y m p t o m s ; o t h e r t w o p a t i e n t s d i e d of o t h e r c a u s e s n o t r e l a t e d t o t h e c h a g a s i c c a r d i t i s . N e u r o l o g i c e x a m i n a t i o n w a s p e r f o r m e d i n a l l p a t i e n t s .
n o s o m i a s i s c r u z i w e r e u s e d ; f o r n e g a t i v e c o n t r o l s , t h e a b s o r b e d a n t i s e r u m s a m p l e s o r n o r -m a l r a b b i t s e r u -m s a -m p l e s w e r e u s e d , i n s t e a d o f r a b b i t a n t i - T . c r u z i s e r a .
R E S U L T S
T h e b r a i n s e c t i o n s s t a i n e d w i t h h a e m i a t o x y l i n a n d e o s i n s h o w e d e n c e p h a l i t i s i n m u l t i -p l e foci , a l t h o u g h s -p a r s e , i n f o u r -p a t i e n t s ( 8 % ) . A d e t a i l e d h i s t o -p a t h o l o g i c a l s t u d y o f t h e s e i n f l a m m a t o r y c h a n g e s w a s f o r m e r l y r e p o r t e d 33 . i n t h e f o u r p a t i e n t s , t h e b a s i c c h a n g e w a s f o r m e d b y i n f l a m m a t o r y n o d u l e s c o m p o s e d b y m o n o n u c l e a r c e l l s a m o n g a v a r i a b l e n u m b e r of m i c r o g l i a l c e l l s . I n o n e o f t h e p a t i e n t s ( n u m b e r 2 ) , r a r e a m a s t i g o t e s f o r m i n g n e s t s c l o s e t o g l i a l c e l l s w i t h n o i n f l a m m a t o r y r e a c t i o n , o r i n s m a l l a c c u m u l a t i o n s s u r r o u n d e d b y i n f l a m -m a t o r y n o d u l e s w e r e o b s e r v e d ( F i g . 1 ) . T h e o t h e r t h r e e p a t i e n t s (9 , 1 5 a n d 40 ) i n w h i c h t h e s e a r c h f o r a m a s t i g o t e s w a s n e g a t i v e s h o w e d i n f l a m m a t o r y n o d u l e s s m a l l e r a n d m o r e h y p o -c e l l u l a r t h a n i n p a t i e n t 2 ( F i g . 2 ) . E x -c e p t f o r d e g e n e r a t i v e -c h a n g e s i n r a r e n e u r o n s -c l o s e t o o r w i t h i n t h e i n f l a m m a t o r y n o d u l e s ( p a t i e n t s 2 ) a n d f o r f o c a l l o s s o f n e u r o n s o f t h e c e r e b e l l u m d e n t a t e n u c l e u s ( p a t i e n t 15) , a l l t h e n e r v o u s t i s s u e c o m p o n e n t s c l o s e t o t h e i n -f l a m m a t o r y n o d u l e s w e r e p r e s e r v e d . I m m u n o h i s t o c h e m i c a l s t u d y o -f t h e b r a i n i n p a t i e n t 2 r e v e a l e d t h e s a m e n u m b e r o f a m a s t i g o t e s a s i d e n t i f i e d i n h a e m a t o x y l i n a n d e o s i n s t a i n e d s e c t i o n s , h o w e v e r w i t h b e t t e r p a r a s i t e i n d i v i d u a l i z a t i o n ( F i g . 3 ) . I n p a t i e n t s 9 , 1 5 a n d 40 , a n d i n t h e 4 6 r e m a i n i n g p a t i e n t s , a n n a s t i g o t e s i n t h e s e c t i o n s s t a i n e d w i t h P A P w e r e n o t o b s e r v e d . I s c h e m i c c e r e b r a l c h a n g e s , r e l a t e d t o t h r o m b o e m b o l i c p h e n o m e n a a n d h y p o x e m i a f o l l o w i n g c o n g e s t i v e h e a r t f a i l u r e a n d d i s t u r b a n c e s o f t h e c a r d i a c r h y t h m , w e r e f o u n d i n 74% ^o f t h e p a t i e n t s . A s y s t e m a t i z e d p a t h o l o g i c a l s t u d y o f t h e s e i s c h e m i c c h a n g e s w a s p r e -v i o u s l y r e p o r t e d 32 . E x c e p t f o r n e u r o l o g i c a l s y m p t o m a t o l o g y a s s o c i a t e d w i t h c e r e b r o -v a s c u l a r d i s e a s e i n s o m e p a t i e n t s , n o n e u r o l o g i c a l m a n i f e s t a t i o n s t h a t c o u l d b e a t t r i b u t e d t o t h e i n -f l a m m a t o r y c h a n g e s a b o v e m e n t i o n e d w e r e o b s e r v e d .
-r a t e . T w o p a t i e n t s ( 4 % ) p -r e s e n t e d a m a s t i g o t e s i n t h e c a -r d i a c m u s c l e c e l l s a n d , -r a -r e l y , a m o n g t h e i n f l a m m a t o r y i n f i l t r a t e . T h e o t h e r p a t i e n t s ( 9 6 % ) d i d n o t s h o w a m a s t i g o t e s i n t h e s e c -t i o n s s -t a i n e d w i -t h h a e m a -t o x y l i n a n d e o s i n . T h e m i c r o s c o p i c s -t u d y of s e c -t i o n s s -t a i n e d w i -t h P A P s h o w e d , b e s i d e s t h e p a r a s i t i s m i n t h e t w o p a t i e n t s a l r e a d y m e n t i o n e d , a m a s t i g o t e s i n o t h e r five p a t i e n t s , a d d i n g u p t o s e v e n p a t i e n t s ( 1 4 % ) . I t i s i n t e r e s t i n g t o p o i n t o u t t h a t t h e o n l y p a t i e n t i n w h i c h a m a s t i g o t e s w e r e f o u n d i n t h e b r a i n ( p a t i e n t 2 ) , t h e s e a r c h of p a r a s i t e s i n t h e m y o c a r d i u m w a s n e g a t i v e , e v e n i n t h e s e c t i o n s s t a i n e d w i t h P A P . N o c l i n i c a l o r p a t h o l o g i c a l e v i d e n c e of i m m u n o s u p p r e s s i o n w a s f o u n d i n t h i s p a t i e n t . D a t a o n p a t i e n t s p r e s e n t i n g T . c r u z i a m a s t i g o t e s i n c a r d i a c m u s c l e c e l l s o r e n c e p h a l i t i s w i t h o r w i -t h o u -t -t h e p r e s e n c e of p a r a s i -t e s a r e s h o w e d i n T a b l e 1.
T a b l e 1. D a t a o n c h r o n i c c h a g a s i c p a t i e n t s p r e s e n t i n g T . c r u z i a m a s t i g o t e s i n c a r d i a c m u s -c l e -c e l l s o r e n -c e p h a l i t i s w i t h o r w i t h o u t t h e p r e s e n -c e of p a r a s i t e s .
C O M M E N T S
In th e present stud y w e identifie d fou r patient s (8% ) with encephaliti s
in multipl e foci , althoug h spars e (nodula r encephalitis)**) . i
non e of the patients
(number 2 ) the process was recent, active , an d containing parasite s i n glial cell s
and surrounde d b y inflammatory nodules . Thi s inflammator y pictur e associate d
with th e presenc e o f amastigote s characterize s th e chagasi c encephaliti s des
-cribed in the acute for m o f Chagas' disease
7,10-13,16,23,25,27,31,34-36,39,43,46 and rarely
in th e chronic cardia c for m
19.28.33.i n thi s las t situatio n i t i s interprete d a s a
result o f the disease reactivatio n du e to an immunosuppression episode
2 8-
3 3. I n
fact, reactivatio n o f th e chronic Chagas ' disease , confirme d b y clinical , patho
-logical an d laborator y data , ha s bee n reporte d i n th e literatur e i n patient s
making us e of immunosuppressor s (afte r receivin g transplantation s o r becaus e
of acut e leukemia s o r Hodgkin's disease) , a s well a s in patients wit h th e
acqui-red immunodeficienc y syndrom e
2,14,20,21,24,30,38,41.Th e histopathological stud y of
these patient s showe d diseas e reactivatio n involvin g th e heart an d the brain
2 8,
the heart , bladde r an d the brain 20, th e heart an d the esophagus
2an d the brain
When a non-immun e hos t i s infecte d wit h T.cruz i th e parasite s ar e widel y
destroyed b y macrophage s a t th e inoculatio n site
4 4. However , th e organism s
which escap e fro m th e macrophage s transfor m int o trypomastigote s whic h ca n
infect non-phagocyti c cells, mainly cardia c muscle , skeleta l muscle , an d glia l cells.
The appearanc e o f a n efficien t immun e respons e agains t T.cruz i i s responsibl e
for reductio n o f th e bloo d an d tissu e parasitis m t o virtuall y undetectabl e levels ,
providing th e hos t wit h a soli d acquire d resistance
15*
22. I n th e chroni c phase ,
spontaneous relapses ar e no t observed , unless afte r th e hos t immunosuppression .
The immun e respons e i n th e chroni c phas e stil l preclude s parasitaemi a elevation
(reappearance o f th e acut e phase) , even i n th e experimentall y reinoculate d hosts .
However, th e acquire d immunit y i s no t th e sterilizin g type , tha t is , i t doe s no t
destroy th e firs t infectio n parasite s totally o r th e one s reinoculate d afterward s
2 2.
Thus th e hos t remain s infecte d fo r th e res t o f it s life ; som e structures a s th e
suprarenal centra l vei n ma y ac t a s a parasit e reservoi r
3
an d contribut e t o th e
disease reactivatio n whe n ther e i s som e immunosuppressiv e episode .
The othe r thre e patient s analyse d i n thi s presen t wor k (patient s 9 , 1 5 and
40), wh o presente d brai n inflammator y changes , ha d mino r lesions , with ligh t
exudative phenomena , suggestin g a proces s becomin g inactive , o r alread y inac
-tive, whic h coul d represen t sequela e o f th e acut e form . Th e searc h fo r parasite s
in thes e thre e patient s wa s negative , eve n wit h PAP . Th e smal l dimension s an d
the lo w cellularit y o f thes e inflammator y nodules , a s wel l a s th e absenc e o f
parasites, allows u s t o interpre t thes e lesion s a s th e fina l regressio n phas e o f th e
inflammatory nodul e o f th e acut e for m
33.
Suc h interpretatio n woul d als o b e
valid fo r th e minor , foca l inflammator y changes , als o devoi d o f parasites , des
-cribed b y othe r author s i n th e brai n o f som e chagasi c patient s wit h th e chroni c
cardiac for m
29.37.In 92°/ o o f th e chroni c chagasi c patient s examined , neithe r parasites , inclu
sively throug h a sensitiv e an d specifi c immunohistochemica l method , no r inflam
-matory change s i n th e brai n wer e observed . Thi s fac t strongl y suggest s tha t
these individual s woul d no t hav e ha d a CN S infectio n i n th e acut e phas e o f
Chagas* diseas e or , alternatively , the y woul d hav e presente d mil d encephalitis ,
in very spars e foci, wit h tota l regressio n o f th e lesions . Th e absenc e o f parasite s
and inflammator y nodule s i n th e brai n i n th e grea t majorit y o f chroni c chagasi c
patients analyse d i n thi s wor k (onl y a smal l percentag e present s inflammator y
changes relativel y insignificant , residual) , contrastin g wit h th e constan t findin g
of inflammator y change s an d th e occasiona l findin g o f amastigote s i n th e myo
-cardium o f th e sam e patients , allow s u s t o conclud e i n th e sam e wa y Queiroz3 7
and Pittella33 did, through th e lac k o f histopathologica l basi s t o characteriz e th e
chronic nervou s for m o f Chagas ' disease .
Acknowledgements — T h i s w o r k w a s s u p p o r t e d b y F I N E P ( F i n a n c i a d o r a d e E s t u d o s e P r o j e t o s ) a n d b y G r a n t 302036/76 f r o m C N P q ( C o n s e l h o N a c i o n a l d e D e s e n v o l v i m e n t o C i e n -t í f i c o e T e c n o l ó g i c o ) .
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