Nicht-invasive MRT-Diagnostik von Gefäßwand- und Gewebeeigenschaften in zwei Risikopopulationen mit arterieller Hypertonie

Einführung: Die elastische Dehnbarkeit der arteriellen Gefäßwände hat sich als ein relevanter Marker zur Verlaufsbeurteilung der arteriellen Hypertonie herausgestellt. Die elastischen Eigenschaften der Arterien können durch die Distensibilität beschrieben werden, welche als die relative Änderung der Querschnittsfläche bezogen auf eine gegebene Druckänderung definiert ist. Dabei sind eine langjährig bestehende arterielle Hypertonie sowie eine erhöhte Natriumaufnahme mit einer verringerten Distensibilität der großen arteriellen Gefäße assoziiert, die langfristig die kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität erhöht. Ziel der vorliegenden Dissertation war die Untersuchung der Distensibilität der Aorta beziehungsweise die Messung des Gewebenatriums in zwei kardiovaskulär gefährdeten Patient*innenpopulationen mit begleitender arterieller Hypertonie anhand nicht-invasiver MRT-Methoden, die in die klinische Routine integriert werden könnten. Methodik: Für die Untersuchung der Messmethodik zur Erhebung der Distensibilität der Aorta anhand nicht-invasiver kardiovaskulärer MRT erfolgte zunächst eine systematische Analyse der Reproduzierbarkeit (Inter- und Intraobserver-Reliabilität) (Publikation 1). An einer Kohorte von 121 Patient*innen mit Aortenisthmusstenose wurde mittels der MRT-Methodik die Auswirkung der arteriellen Hypertonie auf die Lokalisation und den Schweregrad einer Einschränkung der aortalen Distensibilität untersucht (Publikation 2). Die Querschnittsdurchmesser der Aorta ascendens und Aorta descendens wurden in der axialen Schnittebene erhoben, um die Distensibilität der Aorta zu berechnen. Die Ergebnisse wurden mit altersspezifischen Referenzwerten verglichen. Die Messung des Gewebenatriums wurde an einer Kohorte von 32 Jugendlichen, bestehend aus normotensiv- und hypertensiv-adipösen Patient*innen und altersgleichen normalgewichtigen Kontrollen, mittels 23Na-MRT durchgeführt (Publikation 3). Ergebnisse: Hinsichtlich der Methodik zur Messung der aortalen Distensibilität zeigte sich eine hohe Inter- und Intraobserver-Reliabilität (mittlerer ICC = 0,92 und 0,95). Patient*innen mit einer Aortenisthmusstenose (>10 Jahre) wiesen bei bestehender arterieller Hypertonie signifikant niedrigere Distensibilitätswerte der Aorta descendens als normotensive Patient*innen (p=0,020) auf. Eine antihypertensive Behandlung war mit einer verbesserten Distensibilität der Aorta assoziiert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass adipöse Jugendliche mit arterieller Hypertonie einen niedrigeren Natriumgehalt des Musculus triceps surae und einen niedrigeren Gesamtquerschnittsgehalt an Natrium aufwiesen als diejenigen ohne Hypertonie (p=0,043 und 0,045) oder normotensive Kontrollen (p=0,012 und 0,005). Schlussfolgerung: Die angewandte Methodik zur Messung der Distensibilität bietet eine reproduzierbare, nicht-invasive Möglichkeit zur Erhebung elastischer Eigenschaften der Aorta und kann mit wenig Aufwand in die klinische Routine integriert werden. Die arterielle Hypertonie geht schon ab der frühen Adoleszenz mit einer Beeinträchtigung der aortalen Distensibilität und einer veränderten Natrium-Homöostase und -Speicherung einher. Die Erhebung der Distensibilität großer arterieller Gefäße und des Gewebenatriums anhand der durchgeführten MRT-Methoden bietet eine nicht-invasive Möglichkeit zur Verlaufsbeurteilung einer arteriellen Hypertonie und Identifizierung von kardiovaskulären Risikopatient*innen.Background: The elasticity of arterial vessel walls has become a relevant marker for assessing the course of arterial hypertension. Elastic properties of the arteries can be described by the distensibility, which is defined as the relative change in cross-sectional area for a given change in pressure. Long-standing arterial hypertension and increased sodium intake are associated with reduced distensibility of the large arterial vessels, increasing cardiovascular morbidity and mortality in the long term. The aim of the present dissertation was to investigate the distensibility of the aorta, respectively tissue sodium content in two patient populations with increased cardiovascular risk and concomitant arterial hypertension using non-invasive MRI-methods that could be integrated into clinical routine. Methods: To investigate the measurement methodology for determining the distensibility of the aorta by non-invasive cardiovascular MRI, a systematic analysis of the reproducibility (inter- and intraobserver reliability) was performed (publication 1). In a cohort of 121 patients with aortic coarctation, effects of arterial hypertension on the location and severity of aortic distensibility impairment were investigated using the MRI-method (publication 2). The cross-sectional diameters of the ascending and descending aorta were assessed in the axial plane to calculate distensibility of the aorta. The results were compared with age-specific reference values. Tissue sodium content was determined in a cohort of 32 adolescents, consisting of normotensive and hypertensive obese patients and age-matched normal-weight controls by means of 23Na-MRI (publication 3). Results: The measurement of aortic distensibility using cardiac MRI showed high inter- and intraobserver reliability (mean ICC=0.92 and 0.95). Aortic coarctation patients (>10 years) with arterial hypertension showed significantly lower distensibility values of the descending aorta than normotensive patients (p=0.020). Antihypertensive treatment was associated with improved distensibility of the aortic vessel wall. Furthermore, obese adolescents with arterial hypertension had lower sodium content of the triceps surae muscle and lower total cross-sectional sodium content than those without hypertension (p=0.043 and 0.045) or normotensive controls (p=0.012 and 0.005). Conclusion: The applied methodology for measuring the distensibility offers a reproducible, non-invasive way to assess elastic properties of the aorta and can easily be integrated into clinical routine. Arterial hypertension is associated with impairment of aortic distensibility and altered tissue sodium homeostasis and storage from early adolescence onwards. The assessment of the distensibility of large arterial vessels and tissue sodium using the performed MRI-methods offers a non-invasive possibility to evaluate the course of arterial hypertension and to identify patients at cardiovascular risk

Tissue Sodium Content and Arterial Hypertension in Obese Adolescents

Early-onset obesity is known to culminate in type 2 diabetes, arterial hypertension and subsequent cardiovascular disease. The role of sodium (Na+) homeostasis in this process is incompletely understood, yet correlations between Na+ accumulation and hypertension have been observed in adults. We aimed to investigate these associations in adolescents. A cohort of 32 adolescents (13-17 years), comprising 20 obese patients, of whom 11 were hypertensive, as well as 12 age-matched controls, underwent 23Na-MRI of the left lower leg with a standard clinical 3T scanner. Median triceps surae muscle Na+ content in hypertensive obese (11.95 mmol/L [interquartile range 11.62-13.66]) was significantly lower than in normotensive obese (13.63 mmol/L [12.97-17.64]; p = 0.043) or controls (15.37 mmol/L [14.12-16.08]; p = 0.012). No significant differences were found between normotensive obese and controls. Skin Na+ content in hypertensive obese (13.33 mmol/L [11.53-14.22] did not differ to normotensive obese (14.12 mmol/L [13.15-15.83]) or controls (11.48 mmol/L [10.48-12.80]), whereas normotensive obese had higher values compared to controls (p = 0.004). Arterial hypertension in obese adolescents is associated with low muscle Na+ content. These findings suggest an early dysregulation of Na+ homeostasis in cardiometabolic disease. Further research is needed to determine whether this association is causal and how it evolves in the transition to adulthood