Floran Sahiti

• 1 Summary Left ventricular (LV) ejection fraction (EF) and global longitudinal strain (GLS) are the most commonly used measures of LV function. Yet, they are highly dependent on loading conditions since higher afterload yields lower systolic deformation and thereby a lower LVEF and GLS – despite presumably unchanged LV myocardial contractile strength. Invasive pressure-volume loop measurements represent the reference standard to assess LV function, also considering loading conditions. However, this procedure cannot be used in serial1 Summary Left ventricular (LV) ejection fraction (EF) and global longitudinal strain (GLS) are the most commonly used measures of LV function. Yet, they are highly dependent on loading conditions since higher afterload yields lower systolic deformation and thereby a lower LVEF and GLS – despite presumably unchanged LV myocardial contractile strength. Invasive pressure-volume loop measurements represent the reference standard to assess LV function, also considering loading conditions. However, this procedure cannot be used in serial investigations or large sample populations due to its invasive nature. The novel concept of echocardiography-derived assessment of myocardial work (MyW) is based on LV pressure-strain loops, may be a valuable alternative to overcome these challenges, and may also be used with relative ease in large populations. As MyW also accounts for afterload, it is considered less load-dependent than LVEF and GLS. The current PhD work addresses the application and clinical characterization of MyW, an innovative echocardiographic tool. As the method is new, we focused on four main topics: (a) To establish reference values for MyW indices, i.e., Global Work Index (GWI), Global Constructive Work (GCW), Global Wasted Work (GWW), and Global Work Efficiency (GWE); we addressed a wide age range and evaluated the association of MyW indices with age, sex and other clinical and echocardiography parameters in apparently cardiovascular healthy individuals. (b) To investigate the impact of cardiovascular (CV) risk factors on MyW indices and characterize the severity of subclinical LV deterioration in the general population. (c) To assess the association of the LV geometry, i.e., LV mass and dimensions, with MyW indices. (d) To evaluate in-hospital dynamics of MyW indices in patients hospitalized for acute heart failure (AHF). For the PhD thesis, we could make use of two larger cohorts: The STAAB population-based cohort study prospectively recruited and phenotyped a representative sample (5,000 individuals) of the general population of the City of Würzburg, aged 30-79 years and free from symptomatic heart failure at the time of inclusion. We focused on the first half of the study sample (n=2473 individuals), which fulfilled the anticipated strata regarding age and sex. The Acute Heart Failure (AHF) Registry is a prospective clinical registry recruiting and phenotyping consecutive patients admitted for decompensated AHF to the Department of Medicine I, University Hospital Würzburg, and observing the natural course of the disease. The AHF Registry focuses on the pathophysiological understanding, particularly in relation to the early phase after cardiac decompensation, with the aim to improve diagnosis and better-tailored treatment of patients with AHF. For the current study, we concentrated on patients who provided pairs of echocardiograms acquired early after index hospital admission and prior to discharge. The main findings of the PhD thesis were: From the STAAB cohort study, we determined the feasibility of large-scale MyW derivation and the accuracy of the method. We established reference values for MyW indices based on 779 analyzable, apparently healthy participants (mean age 49 ± 10 years, 59% women), who were in sinus rhythm, free from CV risk factors or CV disease, and had no significant LV valve disease. Apart from GWI, there were no associations of other MyW indices with sex. Further, we found a disparate association with age, where MyW showed stable values until the age of 45 years, with an upward shift occurring beyond the age of 45. A higher age decade was associated with higher GWW and lower GWE, respectively. MyW indices only correlated weakly with common echocardiographic parameters, suggesting that MyW may add incremental information to clinically established parameters. Further analyses from the STAAB cohort study contributed to a better understanding of the impact of CV risk factors on MyW indices and the association of LV geometry with LV performance. We demonstrated that CV risk factors impacted selectively on GCW and GWW. Hypertension appears to profoundly compromise the work of the myocardium, in particular, by increasing both GCW and GWW. The LV in hypertension seems to operate at a higher energy level yet lower efficiency. Other classical CV risk factors (Diabetes mellitus, Obesity, Dyslipidemia, Smoking) – independent of blood pressure – impacted consistently and adversely on GCW but did not affect GWW. Further, all CV risk factors affected GWE adversely. We observed that any deviation from a normal LV geometric profile was associated with alterations on MyW. Of note, MyW was sensitive to early changes in LV mass and dimensions. Individuals with normal LV geometry yet established arterial hypertension exhibited a MyW pattern that is typically found in LV hypertrophy. Therefore, such a pattern might serve as an early sign of myocardial damage in hypertensive heart disease and might aid in risk stratification and primary prevention. From the AHF Registry, we selected individuals with serial in-hospital echocardiograms and described in-hospital changes in myocardial performance during recompensation. In patients presenting with a reduced ejection fraction (HFrEF), decreasing N-terminal pro-natriuretic peptide (NT-proBNP) levels as a surrogate of successful recompensation were associated with an improvement in GCW and GWI and consecutively in GWE. In contrast, in patients presenting with a preserved ejection fraction (HFpEF), there was no significant change in GCW and GWI. However, unsuccessful recompensation, i.e., no change or an increase in NT-proBNP levels, was associated with an increase in GWW. This suggests a differential myocardial response to de- and recompensation depending on the HF phenotype. Further, GWW as a surrogate of inappropriate LV energy consumption was elevated in all patients with AHF (compared to reference values) and was not associated with conventional markers as LVEF or NT-proBNP. In an exploratory analysis, GWW predicted the risk of death or rehospitalization within six months after discharge. Hence, GWW might carry incremental information beyond conventional markers of HF severity.…
• 2 Zusammenfassung Die linksventrikuläre (LV) Ejektionsfraktion (EF) und der Global Longitudinal Strain (GLS) sind die am häufigsten verwendeten Maße der LV-Funktion. Sie sind jedoch stark von den jeweiligen Belastungsbedingungen abhängig, da eine höhere Nachlast zu einer geringeren systolischen Deformation und somit zu einer niedrigeren LVEF und GLS führt, trotz einer vermutlich unveränderten myokardialen Kontraktionsstärke. Intrakardiale Druck-Volumen-Schleifenmessungen stellen den Referenzstandard zur Beurteilung der LV-Funktion dar, da2 Zusammenfassung Die linksventrikuläre (LV) Ejektionsfraktion (EF) und der Global Longitudinal Strain (GLS) sind die am häufigsten verwendeten Maße der LV-Funktion. Sie sind jedoch stark von den jeweiligen Belastungsbedingungen abhängig, da eine höhere Nachlast zu einer geringeren systolischen Deformation und somit zu einer niedrigeren LVEF und GLS führt, trotz einer vermutlich unveränderten myokardialen Kontraktionsstärke. Intrakardiale Druck-Volumen-Schleifenmessungen stellen den Referenzstandard zur Beurteilung der LV-Funktion dar, da hiermit auch die umfassende Berücksichtigung der Lastbedingungen (Vorlast, Nachlast) möglich ist. Dieses Verfahren lässt sich jedoch aufgrund des invasiven Charakters nur schwer in Follow-up Untersuchungen oder großen Studienpopulationen einsetzen. Angelehnt an die Prinzipien dieser invasiven Technik, wurde vor kurzem das neuartige Konzept der Echokardiographie-abgeleiteten Beurteilung der Myokardarbeit (MyW) entwickelt. Dieser Ansatz wertet Druck-Strain-Schleifen aus und berücksichtigt den Einfluss der Nachlast, so dass MyW als weniger lastabhängig gilt verglichen mit LVEF und GLS. Die Analyse von MyW könnte deshalb eine wertvolle Alternative sein, um den o.g. Herausforderungen zu begegnen. Die Methode lässt sich in großen Stichproben, ggf. auch wiederholt, einsetzen. Die hier vorgelegte Dissertation befasst sich mit der Anwendung und klinischen Charakterisierung von MyW, einer innovativen echokardiographischen Methode. Der Fokus lag auf vier Themenbereichen: (a) Festlegung von Referenzwerten für MyW-Indizes, d. h. Global Work Index (GWI), Global Constructive Work (GCW), Global Wasted Work (GWW) und Global Work Efficiency (GWE); wir adressierten einen breiten Altersbereich und quantifizierten die Assoziation der MyW-Indizes mit Alter, Geschlecht und weiteren klinischen und echokardiographischen Parametern bei kardiovaskulär gesunden Normalpersonen. (b) Untersuchung des Einflusses kardiovaskulärer Risikofaktoren auf die MyW-Indizes und die Charakterisierung einer subklinischen LV-Verschlechterung in der Allgemeinbevölkerung. (c) Bewertung der Assoziation der MyW-Indizes mit der LV-Geometrie, insbesondere der LV-Masse und der LV-Dimensionen. (d) Bewertung der Dynamik der MyW-Indizes im Krankenhaus bei Patienten, die wegen akuter Herzinsuffizienz (AHF) ins Krankenhaus aufgenommen wurden. Im Rahmen der hier vorgelegten Dissertation wurden die Daten zweier größerer Kohorten herangezogen: Die bevölkerungsbasierte STAAB-Kohortenstudie rekrutierte und phänotypisierte prospektiv eine repräsentative Stichprobe (5.000 Personen) der Allgemeinbevölkerung der Stadt Würzburg im Alter von 30-79 Jahren, die zum Zeitpunkt des Einschlusses keine vorbeschriebene Herzinsuffizienz hatten. Wir konzentrierten uns auf die erste Hälfte der Studienstichprobe (n=2473 Personen), welche die erwarteten Stratifizierung bezüglich Alter und Geschlecht erfüllten. Das Acute Heart Failure (AHF) Register ist ein klinisches Register zur Rekrutierung und Phänotypisierung von konsekutiven Patienten, die wegen akut dekompensierter Herzinsuffizienz in die Medizinische Klinik I des Universitätsklinikums Würzburg aufgenommen wurden. Ziel dieser Studie ist es, das pathophysiologische Verständnis insbesondere in Bezug auf die Frühphase nach einer kardialen Dekompensation zu verbessern und damit die gezielte Diagnostik und Therapie von Patienten mit AHF zu verbessern. Wir fokussierten hier auf Patienten, bei denen im Krankenhaus zwei Echokardiogramme durchgeführt wurden: früh nach Aufnahme ins Krankenhaus und kurz vor der Entlassung. Die wichtigsten Erkenntnisse der hier vorgelegten Dissertation sind: Aus den Daten der STAAB-Kohortenstudie wurden Referenzwerte für MyW-Indizes etabliert, die auf Auswertungen von insgesamt 779 gesunden Normalpersonen (mittleres Alter 49 ± 10 Jahre, 59% Frauen) mit Sinusrhythmus beruhen. Diese Probanden wiesen gemäß der Ergebnisse einer umfangreichen Eingangsuntersuchung keine kardiovaskulären Risikofaktoren oder Erkrankungen auf und zeigten echokardiographisch keinen Hinweis auf eine LV-Klappenerkrankung. Mit der Ausnahme von GWI fanden sich keine Assoziationen der MyW-Indizes mit dem Geschlecht. Darüber hinaus zeigte sich eine Altersabhängigkeit der MyW-Indizes. Bis zum Alter von 45 Jahren wies MyW stabile Werte auf, jenseits des 45. Lebensjahres jedoch eine Aufwärtsverschiebung: dabei war eine zunehmend höhere Altersdekade mit mehr GWW bzw. weniger GWE verbunden. Die MyW-Indizes korrelierten nur schwach mit üblichen echokardiographischen Parametern, was darauf hindeuten könnte, dass MyW zusätzliche Informationen jenseits klinisch etablierter Variablen beitragen kann. Weitere Analysen aus der STAAB-Kohortenstudie trugen zu einem besseren Verständnis des Einflusses kardiovaskulärer Risikofaktoren auf die MyW-Indizes und der Assoziation der LV-Geometrie mit der LV-Leistung bei. Wir zeigten, dass kardiovaskuläre Risikofaktoren sich selektiv auf GCW und GWW auswirken. Hypertonie beeinträchtigte die Arbeit des Myokards zutiefst, insbesondere durch die Erhöhung sowohl des GCW als auch des GWW. Der LV arbeitet demnach bei Hypertonie auf einem höheren Energieniveau – jedoch mit geringerer Effizienz. Andere klassische kardiovaskuläre Risikofaktoren (Diabetes mellitus, Adipositas, Dyslipidämie, Rauchen), wirkten sich unabhängig vom Blutdruck durchweg negativ auf GCW aus, zeigten jedoch keinen Einfluss auf GWW. Darüber hinaus wirkten sich alle kardiovaskulären Risikofaktoren nachteilig auf GWE aus. Jede Abweichung von einem normalen LV-Geometrie Profil war mit Änderungen der MyW verbunden. Bemerkenswert war, dass MyW empfindlich auf frühe Veränderungen der LV-Masse und -Dimensionen reagierte. Personen mit arterieller Hypertonie aber noch normaler LV-Geometrie zeigten ein myokardiales Arbeitsmuster, das ansonsten typischerweise bei LV-Hypertrophie zu finden ist. Somit könnte dieses Muster als frühes Zeichen einer Myokardschädigung bei hypertensiver Herzerkrankung dienen und bei der Risikostratifizierung und Primärprävention helfen. Aus dem AHF-Register wählten wir Personen mit seriellen Echokardiogrammen im Krankenhaus aus und beschrieben Veränderungen der myokardialen Leistung während der Rekompensationsphase beschrieben. Als Surrogat einer Rekompensation zogen wir während der Hospitalisierung sinkende Spiegel von N-terminalem pro-natriuretischem Peptid (NT-proBNP) heran. Bei Patienten mit reduzierter Ejektonfraktion (HFrEF) waren fallende NT-proBNP Werte (i. S. einer erfolgreichen Rekompensation) mit einer Verbesserung von GCW und GWI und konsekutiv auch von GWE verbunden. Im Gegensatz dazu gab es bei Patienten, die eine erhaltene Ejektonfraktionsfraktion aufwiesen (HFpEF), keine signifikante Veränderung von GCW und GWI. Eine erfolglose Rekompensation, d. h. keine Veränderung oder ein potenzieller Anstieg von NT-proBNP, war jedoch mit einem Anstieg von GWW verbunden. Wir interpretierten dies als unterschiedliche myokardiale Reaktion auf De- und Rekompensation in Abhängigkeit vom Herzinsuffizienz-Phänotyp. Darüber hinaus war GWW als Surrogat eines unangemessenen LV-Energieverbrauchs bei allen Patienten mit AHF erhöht (im Vergleich zu Referenzwerten) und korrelierte mit keinem der konventionellen Marker. In einer explorativen Analyse war GWW ein starker Prädiktor für das Risiko, im Verlauf der nächsten sechs Monaten nach Krankenhausentlassung zu sterben oder erneut hospitalisiert zu werden. Damit könnte die GWW zusätzliche Informationen enthalten, die über die konventionellen Marker für den Schweregrad der Herzinsuffizienz hinausgehen.…