Fetal Brain Development in Congenital Heart Disease

Can J Cardiol. 2023 Feb;39(2):115-122. doi: 10.1016/j.cjca.2022.09.020. Epub 2022 Sep 27.

Abstract

Neurodevelopmental impairments are the most common extracardiac morbidities among patients with complex congenital heart disease (CHD) across the lifespan. Robust clinical research in this area has revealed several cardiac, medical, and social factors that can contribute to neurodevelopmental outcome in the context of CHD. Studies using brain magnetic resonance imaging (MRI) have been instrumental in identifying quantitative and qualitative difference in brain structure and maturation in this patient population. Full-term newborns with complex CHD are known to have abnormal microstructural and metabolic brain development with patterns similar to those seen in premature infants at approximately 34 to 36 weeks' gestation. With the advent of fetal brain MRI, these brain abnormalities are now documented as they begin in utero, as early as the third trimester. Importantly, disturbed brain development in utero is now known to be independently associated with neurodevelopmental outcome in early childhood, making the prenatal period an important timeframe for potential interventions. Advances in fetal brain MRI provide a robust imaging tool to use in future neuroprotective clinical trials. The causes of abnormal fetal brain development are multifactorial and include cardiovascular physiology, genetic abnormalities, placental impairment, and other environmental and social factors. This review provides an overview of current knowledge of brain development in the context of CHD, common prenatal imaging tools to evaluate the developing fetal brain in CHD, and known risk factors contributing to brain immaturity.

Les troubles neurodéveloppementaux sont parmi les états morbides extracardiaques les plus fréquents dans la vie des patients atteints d’une cardiopathie congénitale (CC) complexe. Des recherches cliniques rigoureuses ont mis en umière différents facteurs cardiaques, médicaux et sociaux qui contribuent aux troubles neurodéveloppementaux en contexte de CC. Des études faisant appel à l’imagerie par résonance magnétique (IRM) du cerveau ont été déterminantes pour caractériser les différences quantitatives et qualitatives dans les structures cérébrales et la maturation du cerveau dans cette population de patients. Les nourrissons nés à terme atteints de CC complexe présentent des anomalies du développement microstructurel et métabolique du cerveau comparables à celles observes chez les bébés prématurés nés à 34 à 36 semaines de gestation. L’arrivée de l’IRM cérébrale foetale permet maintenant de documenter ces anomalies lors de leur apparition in utero, dès le troisième trimestre de grossesse. Il est important de souligner qu’un retard de développement cérébral in utero est un facteur indépendant associé à des troubles neurodéveloppementaux dans la petite enfance. La période prénatale pourrait être une période importante pour de possibles interventions. Les progrès réalisés dans le domaine de l’IRM cérébrale fœtale en font un puissant outil d’imagerie à utiliser lors d’essais cliniques futurs sur la neuroprotection. Les causes des anomalies du développement cérébral fœtal sont multifactorielles et incluent la physiologie cardiovasculaire, les anomalies génétiques, les dysfonctions placentaires et d’autres facteurs environnementaux et sociaux. Notre article fournit un aperçu de l’état actuel des connaissances sur le développement cérébral en contexte de CC, des outils d’imagerie prénatale fréquemment utilisés pour évaluer le développement cérébral fœtal dans les cas de CC et des facteurs de risque connus qui contribuent à l’immaturité cérébrale.

Publication types

  • Review
  • Research Support, N.I.H., Extramural

MeSH terms

  • Brain / diagnostic imaging
  • Child, Preschool
  • Female
  • Fetus
  • Heart Defects, Congenital* / complications
  • Heart Defects, Congenital* / diagnosis
  • Humans
  • Infant
  • Infant, Newborn
  • Magnetic Resonance Imaging / methods
  • Placenta* / pathology
  • Pregnancy