Indices to represent cross-sectional non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) and longitudinal NAFLD development during lifestyle interventions

Abstract

Introduction: Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is closely associated with metabolic syndrome and type 2 diabetes mellitus and contributes to serious long-term complications. Current diagnostic methods have some disadvantages and are limited in practical clinical application. Liver fat scores are non-invasive and inexpensive screening tools that predict the cross-sectional risk of NAFLD but are inadequate for quantifying and reflecting changes in liver fat after lifestyle interventions. This study is aimed at developing a new index that is capable of quantifying liver fat content at baseline and after lifestyle interventions. Methods: For index development, data of 271 subjects with prediabetes with (n = 140) and without (n = 131) the presence of NAFLD were retrospectively analysed. Magnetic resonance spectroscopy-based liver fat content (IHL), as well as simple blood and anthropometric parameters, were measured before the start of the dietary intervention (low-fat or low-carb), after three weeks, and after one year. Using several stepwise backward regressions, potential predictors of IHL and their changes were analysed at the time of measurement and divided into diet groups. After selection of the best predictors, index equations for a cross-sectional liver fat index (XDEX) and a longitudinal liver fat index (LDEX) were generated by linear regression analyses. Validation of the two indices using Spearman correlation analysis was performed internally and externally using two additional study populations with diabetes and prediabetes. Results: The strongest parameters predicting liver fat content in the cross section (XDEX) were 2h-glucose, AST/ALT, BMI, and triglycerides. In the longitudinal section (LDEX), changes in body weight, AST, 1h-glucose, and triglycerides reflected changes in liver fat. The XDEX provided an adequate estimate of liver fat both internally (r = 0.59, 0.53, and 0.62) and in external validation with subjects with diabetes (r = 0.49, 0.46, and 0.68) and prediabetes (r = 0.62 and 0.57) with moderate to high correlation. The LDEX estimated changes in liver fat internally between baseline and one year (r = 0.64) better than between baseline and three weeks (r = 0.43). In external validation, the LDEX could only partially reflected changes in liver fat for the diabetes group (r = 0.44 and 0.40), but with higher correlation for the prediabetes group (r = 0.59). Conclusion: The two indices can be calculated in clinical practice from simple blood parameters, both for screening NAFLD and for quantification of liver fat content and follow-up after lifestyle interventions. Before applying the indices for this purpose, they should be validated for additional groups.

Einleitung: Die nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD) ist stark mit dem metabolischen Syndrom und Typ 2 Diabetes mellitus assoziiert und trägt zu schwerwiegenden Langzeitkomplikationen bei. Derzeit angewandte Diagnoseverfahren haben einige Nachteile und sind in der klinischen Praxis limitiert. Leberfettscores sind nicht-invasive und kostengünstige Screening-Instrumente, die das Risiko einer NAFLD im Querschnitt vorhersagen, jedoch ungeeignet für die Quantifizierung und die Abbildung von Veränderungen des Leberfetts nach Lebensstilinterventionen sind. Ziel dieser Studie war es, einen neuen Index zu entwickeln, der den Leberfettgehalt bei Studienbeginn und nach Lebensstilinterventionen quantifiziert. Methoden: Für die Indexentwicklung wurden Daten von 271 Individuen mit Prädiabetes mit (n = 140) und ohne (n = 131) das Vorliegen der NAFLD retrospektiv ausgewertet. Das mit der Magnetresonanzspektroskopie gemessene Leberfett, sowie einfache Blut- und anthropometrische Parameter wurden vor Beginn der Diätintervention (low-fat oder low-carb), nach drei Wochen und nach einem Jahr gemessen. Potenzielle Prädiktoren für den Leberfettgehalt und deren Veränderungen wurden zu den Messzeitpunkten und aufgeteilt in Diätgruppen in mehreren schrittweisen Rückwärtsregressionen analysiert. Nach Auswahl der besten Prädiktoren wurden die Indexgleichungen für einen Index zur Abschätzung des Leberfetts im Querschnitt (XDEX) und einen Index für Veränderungen im Leberfett (LDEX) durch lineare Regressionsanalysen erstellt. Die Validierung der beiden Indizes mittels Spearman Korrelationsanalyse erfolgte intern und extern in zwei weiteren Studienpopulationen mit Diabetes und Prädiabetes. Ergebnisse: Die stärksten Parameter für die Prädiktion des Leberfettgehalts im Querschnitt (XDEX) waren die 2h-Glucose, AST/ALT, BMI und Triglyceride. Im Längsschnitt (LDEX) konnten Veränderungen des Körpergewichts, AST, 1h-Glucose und Triglyceride Veränderungen des Leberfetts am besten abbilden. Der XDEX konnte das Leberfett sowohl intern (r = 0.59, 0.53 und 0.62), als auch in der externen Validierung mit Individuen mit Diabetes (r = 0.49, 0.46 und 0.68) und Prädiabetes (r = 0.62 und 0.57) mit moderater bis hoher Korrelation abschätzen. Der LDEX schätzte Veränderungen des Leberfetts intern zwischen dem Ausgangspunkt und einem Jahr (r = 0.64) besser ab als zwischen dem Ausgangspunkt und drei Wochen (r = 0.43). In der externen Validierung konnte der LDEX Veränderungen des Leberfetts in der Diabetesgruppe nur zum Teil abbilden (r = 0.44 und 0.40), jedoch mit höherer Korrelation in der Prädiabetesgruppe (r = 0.59). Schlussfolgerung: Die beiden Indizes können in der klinischen Praxis aus einfachen Blutparametern, sowohl zum Screening der NAFLD als auch zur Quantifizierung des Leberfettgehalts und zum follow-up nach Lebensstilinterventionen berechnet werden. Bevor die Indizes zu diesem Zweck verwendet werden sollten sie in weiteren Gruppen validiert werden.