Multiscale phenotyping in Heart Failure

Abstract

Introduction Chronic heart failure (CHF) is not an independent disease but rather a range of clinical syndromes resulting from cardiac structural and functional abnormalities and represents the terminal stage of various cardiovascular diseases [1]. Managing patients with CHF remains one of the most fundamental and challenging issues in the field of cardiovascular diseases. Due to the aging of the world’s population, advances in the treatment of cardiovascular diseases, and effective secondary prevention, CHF has become increasingly prevalent. Therefore, it is crucial to accurately assess and effectively manage CHF to achieve remission. A large number of examination methods have been proposed and adopted in clinical practice to assess patients with CHF. However, some approaches are difficult and risky to perform for patients with CHF or require specialized technicians, which are also costly and complicated, limiting their clinical application to some extent [2, 3]. Therefore, it is always useful and necessary to search for comprehensive approaches to assess CHF and stratify the risk, especially non-invasive, safe, economical, and repeatable methods. Baseline characteristics and medications, the 6-minute walking test (6MWT), laboratory tests, and electrocardiogram (ECG) are among the most commonly used methods for clinically assessing and monitoring patients with CHF. However, they are often undervalued and underutilized in routine clinical work and deserve further investigation. Aim The aim of my dissertation was to identify previously overlooked trends in these four areas among healthy controls and patients with CHF. The underlying goal is to make better and more thorough use of these non-invasive, safe, economical, and repeatable tests in routine clinical work. In order to make better and more comprehensive use of these aspects, they are chosen to study further and identify valuable areas that may have been overlooked before. Methods and results A total of 108 participants were included in our study (healthy controls: n=15, patients with CHF: n=93). The mean age was 59.24 ± 11.78 years and 77.8% of the participants were male. Patients with CHF were classified into two different categories based on NYHA classification, including NYHA I to III (NYHA I: n=16, NYHA II: n=43, NYHA III: n=34), and the two myocardiopathies, including ICM and DCM (ICM: n=37, DCM: n=56). Regarding the first part, baseline characteristics and medications, significant differences were observed among the control groups and CHF groups. The age of the control group was significantly younger than that of NYHA I to III groups (p=0.030, p<0.001, P<0.001, respectively), and that of ICM and DCM groups (p<0.001 and p=0.002, respectively). The age of the NYHA I group was significantly younger than that of NYHA II and III groups (p=0.013 and p=0.017, respectively), and the age of the DCM group was younger that of ICM group (p<0.001). The prevalence of atrial fibrillation in the control group was significantly lower than that in NYHA I to III groups (p=0.007, 0.003, and p=0.002, respectively) and ICM and DCM groups (p=0.001 and p=0.002, respectively). The proportion of participants with hypertension in the control group was significantly lower than that in NYHA II and III groups (p=0.011 and P=0.001, respectively) and ICM and DCM groups (p<0.001 and p=0.024, respectively), and it in DCM group was significantly lower than it in ICM group (p=0.027). CHF symptoms correlated closely with NYHA classification, and no significant differences were observed between ICM and DCM groups. ACE inhibitors and/or AT1 antagonists were frequently used in patients with CHF, particularly in mild to moderate groups. Beta-blockers and aldosterone antagonists were commonly prescribed for patients with CHF, and no distinct differences were noted among different NYHA class groups and between ICM and DCM groups. Loop diuretics, sacubitril/valsartan, and amiodarone were more frequently administered to patients with advanced CHF, and few differences observed between ICM and DCM groups. Statins, aspirin, and P2Y12 inhibitors were more commonly prescribed in the ICM group. SGLT2 inhibitors were primarily used by patients in the NYHA III group and both ICM and DCM groups. In the second part, focusing on the 6MWT, submaximal exercise capacity was closely associated with NYHA stages of CHF rather than the etiology of CHF (ICM and DCM). Although the SBP and DBP in the control group were significantly higher than those in CHF groups, no obvious differences were observed in SBP, DBP, and HR among patients with CHF, including among NYHA I to III groups, and between ICM and DCM groups before and after 6MWT. When comparing the differences in SBP, DBP, and HR of each group before and after 6MWT separately, SBP, DBP, and HR after 6MWT were almost all significantly higher than those before 6MWT, except for SBP in the NYHA III group and DBP in the control group. The third part, focusing on laboratory tests, demonstrated that these tests can effectively evaluate the condition of patients with CHF and are closely related to NYHA classification, 6MWD, and NT-proBNP. These laboratory tests have often been frequently overlooked and can serve as a valuable supplement to other parameters reflecting cardiac function when comprehensively predicting and assessing patients with CHF. The fourth part, focusing on ECG, indicated that ECG indices possess diagnostic value for CHF, and ECG is a non-invasive and irreplaceable approach to assessing patients with CHF. Notably, QTc duration was most closely associated with NYHA classification, 6MWD, and NT-proBNP. Utilizing or combining ECG indices is beneficial for the diagnosis of CHF. Conclusions In our study, we observed some intriguing and previously overlooked trends across these four parts for healthy controls and patients with CHF. We can make better and more thorough use of these non-invasive, safe, economical, and repeatable tests in routine clinical practice.

Einführung Chronisches Herzversagen (CHF) ist keine eigenständige Krankheit, sondern eine Reihe klinischer Syndrome, die auf strukturellen und funktionellen Abnormalitäten des Herzens beruhen und das Endstadium verschiedener Herz-Kreislauf-Erkrankungen darstellen [1].Die Behandlung von Patienten mit CHF bleibt eine der grundlegendsten und herausforderndsten Aufgaben auf dem Gebiet der kardiovaskulären Erkrankungen. Aufgrund der zunehmenden Alterung der Weltbevölkerung, Fortschritten bei der Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und wirksamer sekundärer Prävention hat sich CHF zunehmend verbreitet. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, CHF genau zu bewerten und effektiv zu behandeln, um Remission zu erreichen. Eine Vielzahl von Untersuchungsmethoden wurde vorgeschlagen und in der klinischen Praxis zur Bewertung von Patienten mit CHF angewendet. Einige Ansätze sind jedoch schwierig und riskant für Patienten mit CHF oder erfordern spezialisierte Techniker, was ihre klinische Anwendung in gewissem Maße einschränkt [2, 3]. Daher ist es immer nützlich und notwendig, umfassende Ansätze zur Bewertung von CHF zu suchen und das Risiko zu stratifizieren, insbesondere nichtinvasive, sichere, kostengünstige und wiederholbare Methoden. Baseline-Charakteristika und Medikamente, der 6-Minuten-Gehtest (6MWT), Laboruntersuchungen und Elektrokardiogramm (EKG) gehören zu den am häufigsten verwendeten Methoden zur klinischen Bewertung und Überwachung von Patienten mit CHF. Sie werden jedoch oft in der Routine klinischer Arbeit unterbewertet und untergenutzt und verdienen weitere Untersuchungen [3, 4]. Ziel Das Ziel meiner Dissertation war es, zuvor übersehene Trends in diesen vier Bereichen bei gesunden Kontrollpersonen und Patienten mit CHF zu identifizieren. Das zugrunde liegende Ziel besteht darin, diese nichtinvasiven, sicheren, kostengünstigen und wiederholbaren Tests in der Routine klinischer Arbeit besser und umfassender zu nutzen. Um diese Aspekte besser und umfassender nutzen zu können, wurden sie ausgewählt, um sie weiter zu untersuchen und wertvolle Bereiche zu identifizieren, die zuvor übersehen wurden. Methoden und Ergebnisse In unserer Studie wurden insgesamt 108 Teilnehmer eingeschlossen (gesunde Kontrollpersonen: n=15, Patienten mit CHF: n=93). Das Durchschnittsalter betrug 59,24 ± 11,78 Jahre und 77,8% der Teilnehmer waren männlich. Patienten mit CHF wurden basierend auf der NYHA-Klassifikation in zwei verschiedene Kategorien eingeteilt, einschließlich NYHA I bis III (NYHA I: n=16, NYHA II: n=43, NYHA III: n=34) und den beiden Myokardiopathien, einschließlich ICM und DCM (ICM: n=37, DCM: n=56). In Bezug auf den ersten Teil, die Baseline-Charakteristika und Medikamente, wurden signifikante Unterschiede zwischen den Kontrollgruppen und den CHF-Gruppen festgestellt. Das Alter der Kontrollgruppe war signifikant jünger als das der NYHA I bis III-Gruppen (p=0,030, p<0,001, P<0,001) und das der ICM- und DCM-Gruppen (p<0,001 bzw. p=0,002). Die Prävalenz von Vorhofflimmern in der Kontrollgruppe war signifikant niedriger als in den NYHA I bis III-Gruppen (p=0,007, 0,003 bzw. p=0,002) und den ICM- und DCM-Gruppen (p=0,001 bzw. p=0,002). Der Anteil der Teilnehmer mit Hypertonie in der Kontrollgruppe war signifikant niedriger als in den NYHA II und III-Gruppen (p=0,011 bzw. P=0,001) und in den ICM- und DCM-Gruppen (p<0,001 bzw. p=0,024), und in der DCM-Gruppe war er signifikant niedriger als in der ICM-Gruppe (p=0,027). CHF-Symptome korrelierten eng mit der NYHA-Klassifikation, und es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den ICM- und DCM-Gruppen festgestellt. ACE-Hemmer und/oder AT1-Antagonisten wurden häufig bei Patienten mit CHF verwendet, insbesondere bei milden bis mittelschweren Gruppen. Betablocker und Aldosteronantagonisten wurden häufig bei Patienten mit CHF verschrieben, und es wurden keine deutlichen Unterschiede zwischen den verschiedenen NYHA-Klassen und zwischen den ICM- und DCM-Gruppen festgestellt. Schleifendiuretika, Sacubitril/Valsartan und Amiodaron wurden häufiger bei Patienten mit fortgeschrittenem CHF verabreicht, und es wurden nur wenige Unterschiede zwischen den ICM- und DCM-Gruppen festgestellt. Statine, Aspirin und P2Y12-Inhibitoren wurden häufiger in der ICM-Gruppe verschrieben. SGLT2-Inhibitoren wurden hauptsächlich von Patienten in der NYHA III-Gruppe und sowohl in der ICM- als auch in der DCM-Gruppe verwendet. Im zweiten Teil, der sich auf den 6-Minuten-Gehtest (6MWT) konzentriert, war die submaximale körperliche Leistungsfähigkeit eng mit den NYHA-Stadien von CHF und nicht mit der Ätiologie von CHF (ICM und DCM) verbunden. Obwohl der systolische und diastolische Blutdruck in der Kontrollgruppe signifikant höher waren als in den CHF-Gruppen, wurden keine offensichtlichen Unterschiede im systolischen Blutdruck, diastolischen Blutdruck und Herzfrequenz zwischen den Patienten mit CHF festgestellt, einschließlich zwischen den NYHA I bis III-Gruppen und den ICM- und DCM-Gruppen vor und nach dem 6MWT. Beim Vergleich der Unterschiede im systolischen Blutdruck, diastolischen Blutdruck und Herzfrequenz jeder Gruppe vor und nach dem 6MWT wurden der systolische Blutdruck, diastolische Blutdruck und Herzfrequenz nach dem 6MWT fast alle signifikant höher als vor dem 6MWT, mit Ausnahme des systolischen Blutdrucks in der NYHA III-Gruppe und des diastolischen Blutdrucks in der Kontrollgruppe. Der dritte Teil, der sich auf Laboruntersuchungen konzentriert, zeigte, dass diese Tests den Zustand von Patienten mit CHF effektiv bewerten können und eng mit der NYHA-Klassifikation, der 6-Minuten-Gehstrecke (6MWD) und NT-proBNP zusammenhängen. Diese Laboruntersuchungen werden oft übersehen und können eine wertvolle Ergänzung zu anderen Parametern sein, die die Herzfunktion widerspiegeln, wenn Patienten mit CHF umfassend vorhergesagt und bewertet werden. Der vierte Teil, der sich auf das Elektrokardiogramm (EKG) konzentriert, zeigte, dass EKG-Indizes einen diagnostischen Wert für CHF haben und dass das EKG ein nichtinvasiver und unersetzlicher Ansatz zur Bewertung von Patienten mit CHF ist. Besonders die QTc-Dauer stand in engem Zusammenhang mit der NYHA-Klassifikation, der 6-Minuten-Gehstrecke (6MWD) und NT-proBNP. Die Verwendung oder Kombination von EKG-Indizes ist vorteilhaft für die Diagnose von CHF. Schlussfolgerungen In unserer Studie haben wir einige interessante und zuvor übersehene Trends in diesen vier Teilen bei gesunden Kontrollpersonen und Patienten mit CHF festgestellt. Wir können diese nichtinvasiven, sicheren, kostengünstigen und wiederholbaren Tests in der Routine klinischer Praxis besser und umfassender nutzen.