Die endotheliale/vaskuläre Alterung und die Atherogenese sind Schlüsselmechanismen, die die Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen begünstigen. Das vorliegende Protokoll beschreibt Methoden zur Bewertung der arteriellen Steifigkeit, der endothelialen Dysfunktion und der Atherogenese bei Patienten mit verwandten Risikofaktoren, die im Bereich der kardiovaskulären Forschung von großem Wert sind.
Methodenartikel
Pulswellengeschwindigkeit, strömungsvermittelte Dilatation und Intima-Media-Dicke der Halsschlagader zur Beurteilung des kardiovaskulären Risikos in der Bevölkerung mit metabolischem Syndrom
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die Pulswellengeschwindigkeit (PWV), die flussvermittelte Dilatation (FMD) und die Carotis-Intima-Media-Dicke (CIMT) sind etablierte Methoden, die in Forschung und Klinik zur Beurteilung der arteriellen Steifigkeit, der Endothelfunktion und der subklinischen Atherogenese eingesetzt werden. Diese Messungen können Gefäßerkrankungen und atherosklerotische Progression widerspiegeln, die die Hauptursachen für unerwünschte kardiovaskuläre Ereignisse sind. Diese Methoden sind besonders wertvoll bei der Bestimmung der kardiovaskulären Dysfunktion bei Populationen mit unterschiedlichen Risikofaktoren wie Diabetes mellitus, Bluthochdruck und anderen Erkrankungen im Zusammenhang mit metabolischen Dysfunktionen. Sie stellen eine nicht-invasive und zuverlässige Informationsquelle dar, die die klinische Praxis ergänzt. Früherkennung, Risikobewertung und therapeutische Entscheidungen in Bezug auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen können erreicht werden, was letztendlich zu verbesserten Patientenergebnissen beiträgt. Traditionelle Instrumente zur Bewertung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen zeigen nicht, ob das metabolische Syndrom die frühe subklinische Herz-Kreislauf-Erkrankung bei Patienten mit Adipositas beeinflusst. Jüngste Forschungen haben gezeigt, wie wichtig es ist, die arterielle Steifigkeit und die Endothelfunktion in eine umfassende kardiovaskuläre Bewertung einzubeziehen. Daher ist es das Ziel der vorliegenden Arbeit, Methoden zu beschreiben, die Informationen über die frühe subklinische Gefäßalterung, endotheliale Dysfunktion und atherogene Erkrankungen liefern und so eine vaskulär gezielte Risikostratifizierung bei Populationen mit Adipositas und unterschiedlichen Stoffwechselprofilen ermöglichen.
Einleitung
Fettleibigkeit ist aufgrund der damit verbundenen Komplikationen wie Bluthochdruck, Fettstoffwechselstörungen, Lebererkrankungen, Arteriosklerose, Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) sowie eines erhöhten Risikos für Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) weltweit ein großes Gesundheitsproblem1.
Die Konstellation dieser Erkrankungen, die als metabolisches Syndrom (MS) bekannt ist, gilt als eine der Hauptursachen für die Pathogenese von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die mit bis zu 30 % aller Todesfälle weltweit eine der häufigsten Todesursachen ist2. Übergewichtige Personen haben aufgrund eines erhöhten Blutbedarfs einen höheren Bedarf an Sauerstoff und Nährstoffen im gesamten Körper, was zu signifikanten hämodynamischen Veränderungen führt. Diese Veränderungen können zu einer verminderten Verfügbarkeit von Stickstoffmonoxid (NO), erhöhtem oxidativem Stress und vaskulärer endothelialer Dysfunktion führen 3,4,5.
Atherosklerotische Erkrankungen sind die wichtigsten Herz-Kreislauf-Erkrankungen und stellen weltweit die häufigste Todesursache dar. Dies ist eine klinische Manifestation mehrerer möglicher Faktoren, einschließlich genetischer und umweltbedingter Faktoren6. Es wurde gezeigt, dass Menschen mit metabolischen Anomalien wie Insulinresistenz oder Prädiabetes eine signifikant höhere Prävalenz und Inzidenz von koronarer Atherosklerose aufweisen als gesunde Menschen. Darüber hinaus wurden verstopfte Blutgefäße mit stark lipidischen Plaques bereits vor dem Auftreten klinischer Manifestationen einer metabolischen Dysfunktion gefunden 7,8,9,10.
Arterielle Steifigkeit, endotheliale Dysfunktion und Atherogenese wurden als wichtige Faktoren bei der Entwicklung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen beschrieben. Diese Prozesse stehen im Zusammenhang mit der Gefäßalterung und der Bildung atherogener Plaques in kritischen Gefäßen wie Koronararterien, Halsschlagadern oder Gliedmaßenarterien. Translationale Forschung hat gezeigt, dass arterielle Steifigkeit, endotheliale Dysfunktion und Atherogenese mit häufigen Gefäßschäden zusammenhängen, die durch chronische Entzündungen, eine geringere NO-Produktion und oxidativen Stress induziert werden11,12.
Die Messung der Carotis-femoralen Pulswellengeschwindigkeit (cfPWV) stellt die Goldstandardmethode zur Messung der arteriellen Steifigkeit dar. cfPWV kann mit einem Karotis-Tonometer gleichzeitig mit einer Beinmanschette gemessen werden, um Blutdruckwellenformen an der Halsschlagader und der Oberschenkelstelle zu erfassen. Dann kann eine Software eine Geschwindigkeitsberechnung durchführen, indem sie D/Δt berechnet, wobei D der Transitabstand zwischen der Karotis- und der Femurpulsstelle und Δt die Zeitverzögerung von der maximalen EKG-R-Welle bis zum Fuß der entsprechenden Druckwellenform zwischen der Karotis- und der Femurwellenform ist. Eine erhöhte Steifigkeit der zentralen Arterien, wie der Aorta, bewirkt eine höhere Geschwindigkeit des ausgestoßenen Pulses aus dem linken Ventrikel durch die Arterien sowie eine schnellere Rückkehr des reflektierten Drucks, mit einer daraus resultierenden Erhöhung des Drucks während der linksventrikulären Ejektion, was möglicherweise die Perfusion der Koronararterien verringert. Daher kann cfPWV als Marker für koronare Herzkrankheiten, Schlaganfälle und Herz-Kreislauf-Erkrankungen nützlich sein13,14.
Ebenso ist die Pulswellenanalyse (PWA) ein nicht-invasiver vaskulärer Parameter, der die Eigenschaften zentraler Druckwellen bewertet, wobei der systolische und diastolische Blutdruck der Aorta die Hauptvariablen sind. Durch die Messung der arteriellen Steifigkeit und der elastischen Compliance spiegelt die PWA die arterielle Dehnbarkeit wider, die eng mit dem kardiovaskulären Risiko zusammenhängt. Diese Methode ermöglicht die Messung von Parametern wie dem Augmentationsindex, der in der Lage ist, den Schweregrad von kardiovaskulären und koronaren Herzkrankheiten vorherzusagen. Der Augmentationsindex kann wie folgt beschrieben werden: Nach der linksventrikulären Ejektion wird eine frühe einfallende arterielle Welle erzeugt, wobei eine nachfolgende reflektierte Welle von der Peripherie ausgeht. Die Geschwindigkeit dieser Wellen nimmt mit der arteriellen Steifigkeit zu, und wenn die reflektierte Welle früh an der zentralen Aorta ankommt, steigt der systolische Aortendruck. Dies wird als erhöhter Druck (AP) bezeichnet, während sein prozentualer Anteil im Verhältnis zum Impulsdruck als Augmentationsindex bezeichnet wird. PWA kann durch die Applanationstonometrie gemessen werden, bei der die Arteria brachialis leicht komprimiert wird, so dass ihr transmuraler Druck Null ist. Zu diesem Zeitpunkt kann der mittlere arterielle Druck gemessen werden. Nach der Skalierung der arteriellen Druckwellenform wird der systolische Teil der AP-Wellenform analysiert, wobei auch biometrische und demographische Daten berücksichtigtwerden 15,16,17. Insbesondere die Applanationstonometrie-Methode (SphygmoCor) hat eine akzeptable Wiederholbarkeit und eine signifikante Korrelation mit der invasiven Aortenkatheterisierung bei der Bestimmung des Aorten-PWV sowie eine gute Übereinstimmung mit den Richtlinien der Artery Society 18,19,20 gezeigt.
Andere Gefäßtests wie die flussvermittelte Dilatation (FMD) und die Carotis-Intima-Media-Dicke (CIMT) stellen nicht-invasive Techniken dar, die durch Ultraschall mit linearen Schallköpfen durchgeführt werden. Diese Bewertungsverfahren sind nützlich für die Beurteilung der Gefäßgesundheit, insbesondere der endothelialen Dysfunktion bzw. der subklinischen Atherogenese. Beide haben gezeigt, dass sie prognostisch für kardiovaskuläre Ereignisse geeignet sind. MKS wird allgemein als Spiegelbild einer endothelabhängigen arteriellen Funktion angesehen, die hauptsächlich durch Stickstoffmonoxid vermittelt wird. Es dient als Surrogatmarker für die Gefäßgesundheit und wurde nicht-invasiv verwendet, um Probandengruppen zu vergleichen und die Auswirkungen von Interventionen auf Einzelpersonen zu beurteilen21.
Das Ziel der vorliegenden Studie ist es, den Einsatz von Methoden zu beschreiben, die zur Bestimmung von Markern führen, die die frühe subklinische Gefäßalterung, die endotheliale Dysfunktion und die atherogene Erkrankung widerspiegeln. Diese Informationen ermöglichen eine Risikostratifizierung zwischen Populationen mit Adipositas und unterschiedlichen Stoffwechselprofilen. Diese Methoden könnten nützlich sein, um kardiovaskuläre Schäden und Prognosen zu bestimmen sowie vaskuläre und atherogene Reaktionen auf pharmakologische und nicht-pharmakologische Interventionen zu bewerten, insbesondere bei Populationen mit metabolischen Risikofaktoren.
Protokoll
Die institutionelle Ethikkommission für Forschung des Nationalen Medizinischen Zentrums "20 de Noviembre" ISSSTE hat dieses Protokoll genehmigt (ID-Nr. 386.2013). Alle eingeschlossenen Patienten gaben eine schriftliche Einverständniserklärung ab. Die Einzelheiten der in dieser Studie verwendeten Geräte und Software sind in der Materialtabelle aufgeführt.
Einschluss-/Ausschlusskriterien für Patienten:
Geeignete Patienten waren älter als 18 Jahre und hatten die Diagnose krankhafte Adipositas (Body-Mass-Index [BMI] >40 kg/m² oder BMI >35 kg/m² mit adipositasbedingten Gesundheitszuständen wie Diabetes mellitus, Bluthochdruck oder obstruktiver Schlafapnoe/Hypopnoe) und Kandidaten für eine bariatrische Operation. Patienten wurden ausgeschlossen, wenn sie in den 6 Monaten vor der Aufnahme eine gewichtsreduzierende Therapie angewendet hatten, signifikante entzündliche Erkrankungen, schwere Nieren- und/oder Lebererkrankungen, aktive Malignität, Schwangerschaft oder Hinweise auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen hatten (entweder selbst berichtet oder diagnostiziert mit ischämischer Herzkrankheit, koronarer Herzkrankheit, myokardialen strukturellen Anomalien, kardialen Eingriffen oder unter Behandlung wegen einer dieser Erkrankungen).
1. Bewertung des kardiometabolischen Profils
HINWEIS: Die für dieses Experiment verwendete Studienstichprobe umfasste 21 metabolisch gesunde adipöse (MHO) und 25 metabolisch ungesunde adipöse (MUO) Patienten, die durch das Fehlen bzw. Vorhandensein eines metabolischen Syndroms bestimmt wurden. Die Teilnehmer waren 43 ± 9 Jahre alt, hatten einen BMI von 45 ± 7,8 kg/m² und 78 % waren weiblich. Die häufigsten Komorbiditäten waren Typ-2-Diabetes mellitus, systemische arterielle Hypertonie und/oder Dyslipidämie. Die Stichprobe sollte altersgerecht sein.
- Bewertung des kardiometabolischen Profils
- Ermitteln Sie demografische und anthropometrische Merkmale wie Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht, chronische Krankheiten (t2DM, Bluthochdruck usw.) und konsumierte Medikamente. Berechnen Sie den BMI, indem Sie das Gewicht durch das Quadrat der Körpergröße dividieren. Ermitteln Sie den Taillenumfang, indem Sie zwischen dem unteren Punkt der letzten Rippe und dem Beckenkamm messen.
- Durchführung routinemäßiger klinischer biochemischer Tests, einschließlich Glukose-, Insulin-, Leberfunktionstests und Lipidprofil22.
- Patienten sind als MUO oder MHO zu bezeichnen, je nachdem, ob ein metabolisches Syndrom vorliegt bzw. nicht.
HINWEIS: Das metabolische Syndrom wird gemäß den NCEP/ATP III-Kriterien23 diagnostiziert. Bei einem Patienten wird das metabolische Syndrom diagnostiziert, wenn er mindestens drei der folgenden fünf Risikofaktoren aufweist: - Abdominale Adipositas (Taillenumfang >102 cm bei Männern oder >88 cm bei Frauen). (2) Serumtriglyceridspiegel ≥150 mg/dl (1,7 mmol/l). (3) HDL-Cholesterinspiegel <40 mg/dl (1,0 mmol/l) bei Männern oder <50 mg/dl (1,3 mmol/l) bei Frauen. (4) Systolischer Blutdruck ≥130 mmHg oder diastolischer Blutdruck ≥85 mmHg. (5) Nüchtern-Plasmaglukosespiegel ≥100 mg/dl (5,6 mmol/l).
2. Gefäßalterung (arterielle Steifigkeit)
HINWEIS: Die Gefäßalterung kann anhand der Aortensteifigkeit beurteilt werden, die durch den zentralen Aortenpulsdruck und die Carotis-Femoral-Pulswellengeschwindigkeit (cfPWV) bestimmt wird. Heute ist cfPWV der Goldstandard für die Bestimmung der arteriellen Steifigkeit13.
- Beurteilung des Aortendrucks
HINWEIS: Die Beurteilung des Aortendrucks wird mit einem Gerät zur Messung der arteriellen Wellenreflexion und der Pulswellenanalyse (PWA) durchgeführt, an dem die Parameter der zentralen Aortendruckwellenform bestimmt werden.- Erstellen Sie ein Profil des Patienten in der Gerätesoftware und geben Sie Daten wie Patienten-ID, Name, Geburtsdatum, Geschlecht und Größe ein.
- Bringen Sie den Patienten mindestens 5 Minuten lang in Rückenlage, bevor Sie mit der Untersuchung beginnen.
- Legen Sie eine Armmanschette an und befestigen Sie sie um den Arm des Patienten, zentriert auf der Armarterie, wobei Sie darauf achten, dass sich die Mitte der Manschette und das Herz auf gleicher Höhe befinden.
- Das Gerät führt automatisch PWA aus. Drücken Sie die Starttaste . Die Manschette bläst sich automatisch zum ersten Mal auf, um den brachialen, systolischen und diastolischen Druck zu bestimmen. Dann wird die Manschette entleert und wieder aufgeblasen, um die PWA-Wellenform zu erfassen.
- Erhalten Sie PWA durch Applanationstonometrie, die die Aufzeichnung des peripheren Impulses und die Erzeugung von Wellenformen des zentralen Aortendrucks ermöglicht. Periphere Lokalisationen für die Applanationstonometrie sind die Arteria brachialis oder radialis.
- Analysieren Sie nach dem Skalieren der arteriellen Druckwellenform den systolischen Teil der Wellenform, wobei Sie auch biometrische und demografische Daten berücksichtigen.
HINWEIS: Die Software berechnet auf der Grundlage der Formel K· PSA· (1 + Ts/Td), wobei Psa der Bereich unter dem systolischen Teil der Kurve über dem enddiastolischen Druck ist, Ts und Td die Dauern der Systole bzw. der Diastole sind und K eine Konstante ist, die mit dem Schlagvolumen24,25 zusammenhängt. - Berechnen Sie den Augmentationsindex gemäß der folgenden Anmerkung.
HINWEIS: Nach der linksventrikulären Ejektion wird eine frühe einfallende arterielle Welle erzeugt, wobei eine nachfolgende reflektierte Welle von der Peripherie ausgeht. Die Geschwindigkeit dieser Wellen nimmt mit der arteriellen Steifigkeit zu, und wenn die reflektierte Welle früh an der zentralen Aorta ankommt, steigt der systolische Aortendruck. Dies wird als erhöhter Druck bezeichnet, während sein prozentualer Anteil im Verhältnis zum Pulsdruck als Augmentationsindex (Aix) bekannt ist. - Erhalten Sie einen automatischen Bericht über den Test, der Aortenparameter enthält, einschließlich der durchschnittlichen zentralen Druckwellenform: SP (systolischer Aortendruck), DP (diastolischer Aortendruck), PP (Aortenpulsdruck), MAP (mittlerer arterieller Druck) und HR (Herzfrequenz); klinische Parameter, die in einem Balkendiagramm dargestellt werden; sowie Aix.
- Durchführung der cfPWV-Bestimmung durch die Applanationstonometrie (SphygmoCor)
- Legen Sie eine Oberschenkelmanschette so hoch wie möglich um den Oberschenkel des Patienten und stellen Sie sicher, dass der Schlauch oben am Bein zentriert ist.
- Finde den Karotispuls am Hals des Patienten unterhalb des Kiefers. Bitten Sie den Patienten, den Kopf leicht zur Seite zu drehen. Legen Sie bei Bedarf ein Kissen unter den Nacken, um Sie zu stützen. Sobald sich der Karotispuls an der stärksten wahrgenommenen Stelle befindet, platzieren Sie eine Indikatormarkierung auf der Haut des Patienten.
- Erhalten Sie drei Maße. Erstens, der Abstand zwischen dem Karotispuls und der suprasternalen Kerbe; zweitens der Abstand zwischen der suprasternalen Kerbe und der Femurmanschette; und schließlich der Abstand zwischen der Oberschenkelarterie durch Abtasten des Pulses an der Leiste des Patienten und der Oberschenkelmanschette.
HINWEIS: Alle Entfernungen sind in geraden Linien zu nehmen (um die Körperkrümmungen des Patienten zu vermeiden) und müssen in Millimetern angegeben werden.- Geben Sie dann Informationen zu den drei Entfernungen in die cfPWV-Software ein.
- Platzieren Sie die Spitze des Tonometers an der Stelle, an der sich zuvor der Karotisimpuls befand. Drücken Sie dann die START-Taste . Der Sensor erkennt automatisch den Karotisimpuls und zeichnet die Form des Impulses auf, sobald ein regelmäßiges Muster registriert wird. Das Gerät synchronisiert beide Impulse (Halsschlagader und Oberschenkel), um die Wellenimpulse zu bestimmen und die cfPWV und die Impulslaufzeit zu schätzen (Abbildung 1).
- Stellen Sie sicher, dass die Software automatisch eine Geschwindigkeitsberechnung durchführt, indem sie D/Δt berechnet, wobei D der Transitabstand zwischen der Karotis- und der Femurpulsstelle und Δt die Zeitverzögerung von der maximalen EKG-R-Welle bis zum Fuß der entsprechenden Druckwellenform zwischen der Karotis- und der Femurwellenform ist.
- Werten Sie einen Qualitätskontrolltest aus, der vom Gerät gemeldet wird, um festzustellen, ob die Messungen akzeptabel sind.
HINWEIS: Halten Sie die Tonometerspitze wie einen Bleistift, um maximale Stabilität zu gewährleisten. Die Druck- und Positionseinstellungen am Tonometer sollten fein und weich sein, um genaue Messungen zu erhalten, die durch eine grüne oder gelbe Farbe einer oberen Linie auf dem Bildschirm und den Wellenformen angezeigt werden. Andernfalls färbt sich die Farbe rot, was darauf hinweist, dass der Tonometerdruck reduziert werden muss (wenn die Anzeige des Druckniveaus steigt) oder der Tonometerdruck erhöht werden muss (wenn die Anzeige sinkt). Der Bediener muss sicherstellen, dass es einen genau definierten Aufwärtshub auf den Karotiswellenformen gibt, da dies ein wichtiges Merkmal ist, das zur Bestimmung des cfPWV verwendet wird. Es ist wichtig, den Bildschirm des Computers an einem für den Bediener geeigneten Ort zu platzieren, bevor er die Bestimmung trifft. Wenn sich der Bildschirm an einer Stelle befindet, an der der Bediener nur schwer zu sehen ist, kann dies die Datenerfassung erschweren. Das Gerät benötigt mindestens 10 s konsistente gleichzeitige Wellenformen der Halsschlagader und des Femurpulses und erfasst die Wellenformen automatisch. Unter bestimmten Umständen muss der Bediener die Pulswellen jedoch manuell erfassen (Abbildung 2).
3. Endotheliale Dysfunktion (flussvermittelte Dilatation [FMD])
HINWEIS: Der Flow-Mediated Dilatation (FMD)-Test ist eine nicht-invasive Technik zur Beurteilung der Gefäßgesundheit. Es ist besonders nützlich für die Beurteilung der Endothelfunktion und wurde als nützliches Instrument zur Vorhersage zukünftiger kardiovaskulärer Ereignisse beschrieben21. Sie wird mittels Ultraschall mit einem linearen Schallkopf durchgeführt.
- Durchführung des MKS-Protokolls gemäß den internationalen Empfehlungen26. Verwenden Sie ein Blutdruckmessgerät und legen Sie die Manschette um den rechten Unterarm.
- Platzieren Sie einen hochauflösenden linearen Schallkopf im B-Modus, gekoppelt mit der kompatiblen Analysesoftware, an der Arteria brachialis.
- In Längsrichtung 5-10 cm oberhalb des Ellenbogens scannen. Erfassen Sie das klarste B-Mode-Bild der vorderen und hinteren intimalen Grenzflächen und bestimmen Sie den Basisdurchmesser der Arterien.
- Halten Sie den Messkopf an der gleichen Stelle, um die Konsistenz der Messstelle zu gewährleisten.
- Okkludieren Sie für 5 Minuten mit der Blutdruckmanschette und erreichen Sie einen Druck von 30-50 mmHg über dem ermittelten systolischen Druck.
- Nach der Deflation der Manschette führen Sie eine kontinuierliche Aufzeichnung des Längsbildes der Arteria brachialis für 3 Minuten durch und bestimmen Sie den Durchmesser erneut.
- Berechnen Sie die FMD als prozentuale Änderung relativ zum Gefäßdurchmesser vor dem Aufblasen der Manschette, wie folgt: (Peakdurchmesser − Basisliniendurchmesser)/Basisliniendurchmesser (Peakdurchmesser − Basisliniendurchmesser) / Basisliniendurchmesser (Peakdurchmesser − Basisliniendurchmesser)/ Basisliniendurchmesser x 100 (Abbildung 3). FMD% misst die Fähigkeit der Arterien, bei reaktiver Hyperämie (flussvermittelt) mit der Freisetzung von endothelialem Stickstoffmonoxid zu reagieren27.
- Weitere Bewertung der endothelialen Dysfunktion durch Bestimmung von Plasma-NO (Stickstoffmonoxid-Assay-Kit, kommerziell erhältlich), gemessen mit einem enzymgebundenen Immunsorbent-Assay.
- Bereiten Sie die Standardkurve und die Proben vor und geben Sie sie dann in die Vertiefungen in der Assay-Platte.
- Nitratreduktase und Enzym-Cofaktor zugeben und 60 Minuten bei Raumtemperatur inkubieren, um Nitrat in Nitrit umzuwandeln.
- Fügen Sie Enhancer und Griess-Reagenzien hinzu; dann 10 Minuten lang bei Raumtemperatur entwickeln, so dass sich Nitrit in eine tiefviolette Azochromophorverbindung verwandeln kann, die die NO-Mengen genau widerspiegelt.
- Analysieren Sie in einem Mikroplatten-Reader, indem Sie bei einer optischen Dichte von 540 nm messen.
4. Subklinische Atherogenese (Carotis-Intima-Media-Dicke [CIMT])
HINWEIS: Die Patienten müssen bequem in Rückenlage gebracht werden, wobei der Kopf gedreht werden muss, um die Halsvene und die Halsschlagader freizulegen. Ein zusammengerolltes Handtuch oder Kissen unter dem Nacken kann verwendet werden, um die Halsschlagader besser freizulegen.
- Das CIMT-Messprotokoll (Carotis-Intima-Media-Dicke) gemäß Expertenkonsens 28,29 ist wie folgt durchzuführen: Eine ultrasonographische Sonde mit 4,0 MHz wird zur Identifizierung von Gefäßstrukturen des Halses, wie z. B. der Halsschlagader und der Halsvene, sowie der Schilddrüse in Querausrichtung an der Basis des Halses angelegt.
- Lokalisieren Sie die rechte Halsschlagader mit einer transversalen Ausrichtung des Schallkopfs, indem Sie sich in Kopfrichtung bewegen, bis der Karotisbulbus und die Bifurkation der Arteria carotis interna und externa identifiziert sind. Drehen Sie dann den Schallkopf um 90°, um eine Längsansicht des Karotisbulbus zu erhalten.
- Bestimmen Sie die Intima-Media-Dicke der Halsschlagader, indem Sie den Abstand zwischen den Grenzflächen zwischen dem Intima-Lumen und den Media-Adventitia-Grenzflächen entlang eines Bereichs von 1 cm distal vom Karotisbulbus messen (Abbildung 4).
HINWEIS: Das Protokoll umfasst keine Nachsorge, Medikamente oder Eingriffe.
Ergebnisse
Die Probanden wurden auf der Grundlage ihrer kardiometabolischen Profile als MHO und MUO klassifiziert. Die MUO-Gruppe zeigte eine höhere Prävalenz chronischer Erkrankungen wie systemische arterielle Hypertonie, Typ-2-Diabetes mellitus (t2DM) und Dyslipidämie. In ähnlicher Weise zeigte der MUO-Phänotyp erhöhte Glukose- und HbA1c-Spiegel sowie Unterschiede bei den Triglyceriden und dem Gesamtcholesterin (Tabelle 1).
Anschließend wurde die vaskuläre Alterung bewertet, die die arterielle Steifigkeit und die endotheliale Dysfunktion widerspiegelte, die durch hämodynamische Parameter der Aorta, MKS bzw. Stickstoffmonoxid (NO) bestimmt wurden. Zusätzlich wurde die subklinische Atherosklerose mittels CIMT-Messung untersucht (Tabelle 2).
Die MUO-Gruppe wies niedrigere MKS-Werte auf (4,87 % ± 1,80 % vs. 7,32 % ± 2,90 %, p = 0,001; Tabelle 2) und Plasma-NO (154,3 μM/L ± 6,15 μM/L vs. 170,6 μM/L ± 4,97 μM/L, p = 0,04; Tabelle 2 und Abbildung 5) im Vergleich zur MHO-Gruppe. Es wurden jedoch keine statistischen Unterschiede zwischen den hämodynamischen Parametern der Aorta und der CIMT gefunden.
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Beurteilung der Karotis-Femur-Pulswellengeschwindigkeit. Diese Abbildung veranschaulicht die Methodik zur Beurteilung der Carotis-Femoral-Pulswellengeschwindigkeit (PWV), einem Schlüsselmaß für die arterielle Steifigkeit und die kardiovaskuläre Gesundheit. Die Karotistonometrie und die Bestimmung des femoralen Pulses werden als integrale Schritte im arteriellen PWV-Messsystem dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Karotis- und Femurpulswellenformen, bestimmt zur Beurteilung der Pulswellengeschwindigkeit der Halsschlagader. Die Zeit (x-Achse) und die Amplitude der Wellenform (y-Achse) werden angezeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Strömungsvermittelte Dilatation (FMD). Durchmesserbestimmung der Arteria brachialis, entweder (A) vor oder (B) nach einem Arterienverschluss, um die Endothelfunktion durch die Berechnung der Dilatation zu bestimmen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Karotis-Sonographie zur Bestimmung der Intima-Media-Dicke (CIMT). Es ist wichtig, drei Messungen aus dem vorderen, lateralen und hinteren Winkel durchzuführen. Die CIMT-Bestimmung wird auf beiden Seiten des Halses des Patienten durchgeführt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Endothelfunktionstests. Vergleich der flussvermittelten Dilatation (FMD, links) und des Plasma-Stickstoffmonoxids (NO, rechts) zwischen MHO- und MUO-Patienten. Das metabolische Syndrom senkt die NO-Bioverfügbarkeit signifikant; Daher haben die Arterien dieser Patienten eine verminderte Fähigkeit, sich nach Belastung während des MKS-Tests zu erweitern. *p < 0,05. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
| Metabolisch gesunde Fettleibige (MHO) | Metabolisch ungesunde Fettleibigkeit (MUO) | p-Wert | |
| n = 21 | n = 25 | ||
| Alter | 43,3 ± 7,63 | 46,7 ± 7,75 | 0.0695 |
| Männliches Geschlecht | 5 (23.8) | 9 (36) | 0.5223 |
| Systemische arterielle Hypertonie | 7 (33.3) | 19 (76) | 0.0067* |
| Diabetes mellitus Typ 2 | 1 (4.8) | 17 (68) | 0,0001 <* |
| Dyslipidämie | 3 (14.3) | 16 (64) | 0.0009* |
| BMI | 46,27 ± 4,86 | 47,61 ± 6,90 | 0.2288 |
| Traubenzucker | 90,59 ± 2,46 | 100,4 ± 3,38 | 0.0273* |
| HbA1c | 5.514 ± 0.10 | 6.186 ± 0.19 | 0.0053* |
| Insulin | 26,68 ± 3,6 | 46,64 ± 9,57 | 0.2723 |
| Triglyceride | 109,5 ± 7,82 | 197,1 ± 37,15 | 0.0005* |
| Hdlc | 49,86 ±5,38 | 40 ± 1,72 | 0.1163 |
| LDLc | 115,9 ± 7,095 | 115,3 ± 8,23 | 0.7131 |
| Gesamtcholesterin | 186,7 ± 6,47 | 167,7 ± 11,84 | 0.0392* |
| Kategoriale Variablen wurden mit dem exakten Fisher-Test verglichen; während quantitative Variablen gemäß der Normalitätsbewertung mit einem 2-Wege-unabhängigen U-mann-Withney- oder T-Test verglichen wurden. Die statistische Signifikanz wurde berücksichtigt, wenn p<0,05. Abkürzungen: BMI; Body-Mass-Index, HbA1c, glykiertes Hämoglobin A1c | |||
Tabelle 1: Ausgangsmerkmale der Patienten. Die Tabelle vergleicht die Ausgangsmerkmale von Probanden mit MUO (metabolisch ungesunde Adipositas) und MHO (metabolisch gesunde Adipositas).
| Metabolisch gesunde Fettleibige (MHO) | Metabolisch ungesunde Fettleibigkeit (MUO) | p | |
| n = 21 | n = 25 | ||
| Systolischer Aortendruck (mmHg) | 121,1 ± 3,77 | 119,7 ± 2,93 | 0.9608 |
| Diastolischer Aortendruck (mmHg) | 79,9 ± 2,56 | 75,96 ± 1,79 | 0.515 |
| AIX (%) | 26 ± 3.16 | 30.08 ± 2.19 | 0.2823 |
| Pulswellen-Geschwindigkeit (m/s) | 6.089 ± 0.32 | 6.854 ± 0.26 | 0.3154 |
| MKS (%) & | 7,32 ± 2,90 | 4,87 ± 1,80 | 0.0011* |
| CIMT (mm) | 0,69 ± 0,02 | 0,704 ± 0,03 | 0.933 |
| Stickstoffmonoxid (uM/L) | 170,6 ± 4,97 | 154,3 ±6,15 | 0.0443* |
| Die quantitativen Variablen wurden mittels 2-Wege, unabhängigem U-mann Withney oder T-Test verglichen, je nach Normalitätsbewertung. Die statistische Signifikanz wurde berücksichtigt, wenn p<0,05. Abkürzungen: AIX – Aortenaugmentationsindex; FMD – Strömungsvermittelte Dilatation; CIMT – Knorpelige Intima-Media-Dicke. (&) Aufgrund des begrenzten physischen Bereichs in unserem Labor wurden die gezeigten MKS-Daten in sitzender Position aufgenommen, was den MKS-Wert verändern kann, da eine MKS-Messung in Rückenlage empfohlen wird. | |||
Tabelle 2: Bewertung des kardiovaskulären Risikos. Die Tabelle vergleicht kardiovaskuläre Risikofaktoren zwischen Probanden mit MUO (metabolisch ungesunde Adipositas) und MHO (metabolisch gesunde Adipositas).
Diskussion
Die Gefäßgesundheit sowie das Verständnis und der Umgang mit kardiovaskulären Risiken sind für die Prävention, frühzeitige Intervention und Verringerung der globalen Belastung durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen von entscheidender Bedeutung. In dieser Hinsicht bietet der kombinierte Einsatz von Methoden zur Beurteilung der Elastizität und Compliance der Arterienwand (einschließlich hämodynamischer Parameter der Aorta, cfPWV für die arterielle Steifigkeit und Augmentationsindex), der endothelialen Stickoxidproduktion und der Atherosklerose eine umfassendere Bewertung. Diese Methoden sind sehr nützlich für translationale Studien, die Charakterisierung kardiovaskulärer Risikofaktoren und kardiovaskuläre Bewertungen in klinischen Studien, wodurch unser Verständnis der Gefäßgesundheit und des Fortschreitens von kardiovaskulären und koronaren Herzkrankheiten verbessert wird30,31.
So wurde beispielsweise die flussvermittelte Dilatation (FMD) eingesetzt, um die durch COVID-19 induzierten endothelialen und vaskulären Folgen besser zu verstehen, die endotheliale Dysfunktion bei Erkrankungen des Immunsystems wie dem systemischen Lupus erythematodes zu charakterisieren und zu untersuchen, ob endotheliale Schäden zu Bluthochdruck und kardiovaskulärem Risiko bei Hyperurikämie beitragen 32,33,34.
Darüber hinaus haben andere Studien die Auswirkungen von Änderungen des Lebensstils, wie z. B. Bewegung und Ernährungsumstellungen, auf die arterielle Steifigkeit, die Endothelfunktion und CIMT untersucht. Durch den Einsatz dieser Instrumente können Forscher die Wirksamkeit von Interventionen objektiv messen und Veränderungen der arteriellen Gesundheit im Laufe der Zeit überwachen35.
In der vorliegenden Studie wurden Marker verglichen, die die vaskuläre Alterung in Populationen mit kardiometabolischem Risiko widerspiegeln. Interessanterweise zeigte die Gruppe mit höherem kardiometabolischem Risiko eine signifikant beeinträchtigte Endothelfunktion, die durch die MKS- und NO-Spiegel bestimmt wurde, während laut CIMT kein Unterschied im Fortschreiten der Atherosklerose beobachtet wurde.
Hier stimmen die Ergebnisse der MKS mit den Ergebnissen anderer Studienüberein 36,37, was den Einfluss des metabolischen Risikos auf die Reaktion auf die Gefäßdilatation unterstützt. Die fehlende Assoziation zwischen MKS und CIMT kann auf die Zeitverzögerung zwischen der endothelialen Dysfunktion und der anschließenden Entwicklung vaskulärer Läsionen zurückgeführt werden. Darüber hinaus ist eine endotheliale Dysfunktion wahrscheinlich mit Entzündungsreaktionen verbunden, während morphologische Veränderungen in der Gefäßstruktur mit extrazellulärem Umbau in Verbindung gebracht werden können38. Dies deutet darauf hin, dass Personen mit metabolischem Syndrom unterschiedlich auf Therapien ansprechen können, die auf die Gefäßfunktion abzielen, während das Fortschreiten der Atherosklerose durch andere Faktoren beeinflusst werden kann. Dies unterstreicht, wie wichtig es ist, mehrere Biomarker zu verwenden, um die allgemeine Gefäßgesundheit umfassend zu bewerten.
Bei der Messung der arteriellen Steifigkeit, FMD und CIMT können einige Herausforderungen auftreten, wenn die Ausrüstung unzureichend ist oder die Umgebung nicht geeignet ist. Zur Validierung wird die Bewertung der Variabilität zwischen und innerhalb des Beobachters empfohlen. Ebenso sind einige Einschränkungen dieser Techniken: (1) Die erzielten Ergebnisse können auf bestimmte Gefäßfunktionen und anatomische Regionen angewendet werden und spiegeln somit nicht die allgemeine Gefäßgesundheit wider; (2) Die Genauigkeit der Messungen kann vom Bediener abhängen, und die Ergebnisse können innerhalb derselben Person im Laufe der Zeit aufgrund von Faktoren wie dem Hydratationsstatus, der Körperposition und den letzten Mahlzeiten variieren. (3) Während Tests auf das Vorhandensein von arterieller Steifigkeit, endothelialer Dysfunktion oder beschleunigter Atherogenese hinweisen können, geben sie möglicherweise keine Einblicke in die zugrunde liegenden Ursachen. Darüber hinaus ist die Gefäßgesundheit dynamisch und kann sich im Laufe der Zeit ändern, und Messungen erfassen möglicherweise nicht das vollständige kardiovaskuläre Risikoprofil einer Person. Laufende Forschungen verbessern unser Verständnis dieser Messungen, und die Verfeinerung der Messtechniken und der Interpretation wird noch weiterentwickelt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die hämodynamischen Parameter der Aorta, MKS und CIMT nützliche, nicht-invasive diagnostische Instrumente zur Beurteilung der kardiovaskulären Gesundheit und Erkrankung darstellen.
Offenlegungen
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Danksagungen
Die Autoren danken für die Unterstützung durch das Institutionelle Programm E015.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Gerät zur Messung der arteriellen Wellenreflexion und Pulswellenanalyse | ATCOR | SphygmoCor | Analyzer der Pulswelle für den Zentraldruck. Es enthält eine Armmanschette und eine Femurmanschette |
| Mikroplatten-Reader für die Absorption, Sunrise | Tecan | 30190079 | Erkennungsmodus: Absorption; Wellenlängenbereich: 340 nm - 750 nm; Filterwellenlänge: 405 nm, 450 nm, 492 nm, 620 nm; Plattenformat 96-Well-Platten |
| Stickstoffmonoxid-Assay-Kit | abcam | ab65328 | Stickstoffmonoxid-Assay-Kit, kolorimetrisch, Abcam Cat. ab65328 für 96-Well-Platten |
| Portatil-Ultraschall zur Messung von FMD | Sonolife | MED 36-13 | Ultraschall-Linearschallkopf |
| Software für FMD WirelessUSG | SonoStarMed Technologies | WirelessUSG v. 3.6.52 | Software zur Messung des Arteriendurchmessers für FMD |
| Software zur Berechnung von Gefäßparametern aus der Wellenform Analyse | ATCOR | SphygmoCor XCEL | Software zur Integration von Patientenprofilen, Wellenformanalyse, Berechnung von PWA, PWV und anderen vaskulären Parametern |
| Blutdruckmessgerät | Homecare | ANEROIDE 1000 | selbstverstellbares Armband aus 100 % Baumwolle mit Haken, Manschette für Arterienindikatoren für Erwachsene. |
| Ultraschall zur Messung von CIMT | Philips | EPIQ7L12-3 Breitband-Linear-Array-Wandler | Linearer Wandler (Breitband-Linear-Array-Wandler) |
Referenzen
- Csige, I., et al. The impact of obesity on the cardiovascular system. J Diabetes Res. 2018, 3407306(2018).
- McAloon, C. J., et al. The changing face of cardiovascular disease 2000-2012: An analysis of the World Health Organization Global Health Estimates data. Int J Cardiol. 224, 256-264 (2016).
- Virdis, A. Endothelial dysfunction in obesity: Role of inflammation. High Blood Press Cardiovasc Prev. 23 (2), 83-85 (2016).
- Medina-Leyte, D. J., et al. Endothelial dysfunction, inflammation and coronary artery disease: Potential biomarkers and promising therapeutical approaches. Int J Mol Sci. 22 (8), 3850(2021).
- Mikael, L. R., et al. Vascular aging and arterial stiffness. Arq Bras Cardiol. 109 (3), 253-258 (2017).
- Liang, Y., et al. The Mechanisms of the development of atherosclerosis in prediabetes. Arq Bras Cardiol. 22 (8), 4108(2021).
- Açar, B., et al. Association of prediabetes with higher coronary atherosclerotic burden among patients with first diagnosed acute coronary syndrome. Angiology. 70, 174-180 (2019).
- Amano, T., et al. Abnormal glucose regulation is associated with lipid-rich coronary plaque: Relationship to insulin resistance. JACC Cardiovasc Imaging. 1, 39-45 (2008).
- Fan, J., Watanabe, T. Atherosclerosis: Known and unknown. Pathol Int. 72 (3), 151-160 (2022).
- Coutinho, M. S. S. A. Abdominal adiposity and intima-media carotid thickness: An Association. Arq Bras Cardiol. 112 (3), 228-229 (2019).
- Zanoli, L., et al. Arterial stiffness in the heart disease of CKD. J Am Soc Nephrol. 30 (6), 918-928 (2019).
- Boutouyrie, P., et al. Arterial stiffness and cardiovascular risk in hypertension. Circ Res. 128 (7), 864-886 (2021).
- Ben-Shlomo, Y., et al. Aortic pulse wave velocity improves cardiovascular event prediction: An individual participant meta-analysis of prospective observational data from 17,635 subjects. J Am Coll Cardiol. 63 (7), 636-646 (2014).
- Butlin, M., Ahmad, Q. Large artery stiffness assessment using SphygmoCor technology. Pulse. 4 (4), 180-192 (2017).
- Choi, J., Kim, S. Y., Joo, S. J., Kim, K. S. Augmentation index is associated with coronary revascularization in patients with high Framingham risk scores: A hospital-based observational study. BMC Cardiovasc Disord. 19 (15), 131(2015).
- Doupis, J., Papanas, N., Cohen, A., McFarlan, L., Horton, E. Pulse wave analysis by applanation tonometry for the measurement of arterial stiffness. Open Cardiovasc Med J. 10, 188-195 (2016).
- Saugel, B., et al. Cardiac output estimation using pulse wave analysis-physiology, algorithms, and technologies: A narrative review. Br J Anaesth. 126 (1), 67-76 (2021).
- Grillo, A., et al. Short-term repeatability of non-invasive aortic pulse wave velocity assessment: comparison between methods and devices. Am J Hypertens. 31 (1), 80-88 (2017).
- Salvi, P., et al. Non-invasive estimation of aortic stiffness through different approaches. Hypertension. 74 (1), 117-129 (2019).
- Milan, A., et al. Current assessment of pulse wave velocity: Comprehensive review of validation studies. J Hypertens. 37 (8), 1547-1557 (2019).
- Thijssen, D. H., et al. Assessment of flow-mediated dilation in humans: A methodological and physiological guideline. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 300 (1), H2-H12 (2011).
- Costa Pereira, L. M., et al. Assessment of cardiometabolic risk factors, physical activity levels, and quality of life in stratified groups up to 10 years after bariatric surgery. Int J Environ Res Public Health. 16 (11), 1975(2019).
- Grundy, S. M., Hansen, B., Smith, S. C. Jr, Cleeman, J. I., Kahn, R. A. Clinical management of metabolic syndrome: Report of the American Heart Association/National Heart, Lung, and Blood Institute/American Diabetes Association conference on scientific issues related to management. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 24 (2), e19-e24 (2004).
- Williams, R. R., Wray, R. B., Tsagaris, T. J., Kuida, H. Computer estimation of stroke volume from aortic pulse contour in dogs and humans. Cardiology. 59 (6), 350-366 (1974).
- Kouchoukos, N. T., Sheppard, L. C., McDonald, D. A. Estimation of stroke volume in the dog by a pulse contour method. Circ Res. 26 (5), 611-623 (1970).
- Corretti, M. C., et al. Guidelines for the ultrasound assessment of endothelial-dependent flow-mediated vasodilation of the brachial artery: A report of the International Brachial Artery Reactivity Task Force. J Am Coll Cardiol. 39 (2), 257-265 (2002).
- Atkinson, G., Batterham, A. M. The percentage flow-mediated dilation index: A large-sample investigation of its appropriateness, potential for bias and causal nexus in vascular medicine. Vasc Med. 18 (6), 354-365 (2013).
- Touboul, P. J., et al. Mannheim carotid intima-media thickness consensus (2004-2006). An update on behalf of the Advisory Board of the 3rd and 4th Watching the Risk Symposium, 13th and 15th European Stroke Conferences, Mannheim, Germany, 2004, and Brussels, Belgium, 2006. Cerebrovasc Dis. 23, 75-80 (2007).
- Touboul, P. J., et al. Mannheim carotid intima-media thickness and plaque consensus (2004-2006-2011). An update on behalf of the advisory board of the 3rd, 4th, and 5th watching the risk symposia at the 13th, 15th and 20th European Stroke Conferences, Mannheim, Germany, 2004, Brussels, Belgium, 2006, and Hamburg, Germany, 2011. Cerebrovasc Dis. 34, 290-296 (2012).
- Thijssen, D. H. J., et al. Expert consensus and evidence-based recommendations for the assessment of flow-mediated dilation in humans. Eur Heart J. 40 (30), 2534-2547 (2019).
- Lucas-Herald, A. K., Christian, D. Carotid intima-media thickness is associated with obesity and hypertension in young people. Hypertension. 79 (6), 1177-1179 (2022).
- Mansiroglu, A. K., Seymen, H., Sincer, I., Gunes, Y. Evaluation of endothelial dysfunction in COVID-19 with flow-mediated dilatation. Arq Bras Cardiol. 119 (2), 319-325 (2022).
- Sincer, I., et al. Association between serum total antioxidant status and flow-mediated dilation in patients with systemic lupus erythematosus: an observational study. Anatol J Cardiol. 15 (11), 913-918 (2015).
- Sincer, I., et al. Significant correlation between uric acid levels and flow-mediated dilatation in patients with masked hypertension. Clin Exp Hypertens. 36 (5), 315-320 (2014).
- Nakanishi, K., et al. Carotid intima-media thickness and subclinical left heart dysfunction in the general population. Atherosclerosis. 305, 42-49 (2020).
- Klobučar, I., et al. Associations between endothelial lipase, high-density lipoprotein, and endothelial function differ in healthy volunteers and metabolic syndrome patients. Int J Mol Sci. 24 (3), 2073(2023).
- Sandoo, A., et al. The association between functional and morphological assessments of endothelial function in patients with rheumatoid arthritis: a cross-sectional study. Arthritis Res Ther. 15 (5), R107(2013).
- Toyoda, S., et al. Relationship between brachial flow-mediated dilation and carotid intima-media thickness in patients with coronary artery disease. Int Angiol. 39 (5), 433-442 (2020).
Nachdrucke und Genehmigungen
