Test-Retest-Reliabilität von zirkulierenden Endothelzellen und peripherer Pulsamplituden-Tonometrie zur Quantifizierung von endothelialer Dysfunktion

Abstract

Hintergrund: Die endotheliale Dysfunktion spielt eine entscheidende Rolle für Pathogenese und Progredienz kardiovaskulärer Erkrankungen wie arterielle Hypertonie, Herzinsuffizienz oder diabetische Nephropathie, die maßgeblich zur weltweiten Sterblichkeit beitragen. Um die pathophysiologischen Vorgänge noch besser verstehen und die Veränderungen der Endothelfunktion frühzeitig und möglichst präklinisch erkennen zu können, bedarf es praktikabler und verlässlicher Messmethoden. Hierbei gewinnen nicht-invasive Verfahren wie die Bestimmung zirkulierender Endothelzellen (CECs) und endothelialer Progenitorzellen (EPCs) und die Pulsamplituden-Tonometrie (PAT) an Bedeutung. Eine reliable Quantifizierungsmethode vorausgesetzt, haben diese Surrogatparameter das Potenzial, für Diagnostik und Monitoring der endothelialen Dysfunktion eingesetzt zu werden [1-3]. Methoden: In einem ersten Schritt wurde ein flowzytometrisches Protokoll zur Detektion und Quantifizierung von CECs und EPCs entwickelt und getestet [1]. In einem zweiten Schritt wurde die Test-Retest-Reliabilität dieses Messverfahrens sowie der PAT (mittels reaktive-Hyperämie-Index, RHI, und Augmentationsindex, AI) am selben Patientenkollektiv evaluiert. Untersucht wurden 4 Patientengruppen: Patienten mit Herzinsuffizienz und erhaltener Ejektionsfraktion (HFpEF), Patienten mit Herzinsuffizienz und reduzierter Ejektionsfraktion (HFrEF), Patienten mit diabetischer Nephropathie (DN) und Patienten mit arterieller Hypertonie (aHT) [2, 3]. Ergebnisse: Die durchflusszytometrische Quantifizierung für CECs und EPCs zeigte eine hohe Reproduzierbarkeit und hohe Spezifität von 90 % und eine Sensitivität von 70,4 %, 68,0 %, 66,7 % und 52 % für HFpEF, DN, aHT und HFrEF. Die ermittelten CEC-Werte bei Patienten mit DN und HFpEF waren signifikant erhöht im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen. Die EPC- und CEC-Werte der anderen Patientengruppen waren nicht erhöht [1]. Die Test-Retest-Reliabilität der CEC/EPC-Messung, ausgedrückt als Intra-Klassen- Korrelation (ICC) die im nächsten Schritt untersucht wurde, war für CECs in allen Patientengruppen schlecht (ICC = -0,031–0,294). Für EPCs war die Reliabilität in der HFrEF- (ICC = 0,946) und der DN-Gruppe (ICC = 0,946) exzellent und in der HFpEF- (ICC = 0,694) und der aHT-Gruppe (ICC = 0,668) moderat [2]. 5 Die Reliabilität der PAT-Messung war in der DN-Gruppe gut (ICC = 0,863), bei HFpEF (ICC = 0,557) und HFrEF (ICC = 0,576) moderat und bei Patienten mit aHT schlecht (ICC = 0,125) [3]. Fazit: Eine verlässliche Quantifizierung von CECs und EPCs mittels Durchflusszytometrie ist grundsätzlich möglich. Die Konzentration von CECs konnte insbesondere bei Patienten mit DN und bei Patienten mit HFpEF als diagnostischer Parameter herangezogen werden. Die PAT-Methode erfasst die Endothelfunktion bei HFpEF, HFrEF und DN zuverlässig [1-3].

Background: Endothelial dysfunction plays a major role in the pathogenesis and progression of cardiovascular diseases, including hypertension, congestive heart failure, and diabetic nephropathy, which contribute significantly to worldwide mortality. We are in need of practical and reliable measurement techniques of endothelial dysfunction to better understand the underlying pathophysiology. Such techniques could allow detection and monitoring of endothelial dysfunction even before it manifests clinically. Noninvasive techniques such as pulse amplitude tonometry (PAT) as well as circulating endothelial cells (CECs) and endothelial progenitor cells (EPCs) are gaining importance as surrogate parameters of endothelial dysfunction. The prerequisite to implementing these parameters in clinical practice is a reliable and accurate quantification technique [1-3]. Methods: In a first step, a flowcytometric protocol to quantify CECs and EPCs was developed and assessed [1]. In a second step, test-retest reliability of this protocol and of the PAT technique (via reactive hyperemia index, RHI, and augmentation index, AI) was evaluated in the same patient groups. The study cohort consisted of 4 patient groups: patients with heart failure and preserved ejection fraction (HFpEF), patients with heart failure and reduced ejection fraction (HFrEF), patients with diabetic nephropathy (DN), and patients with arterial hypertension (aHT) [2, 3]. Results: The flowcytometric quantification method showed good reproducibility with a diagnostic specificity of 90% and a sensitivity of 70.4 %, 68.0 %, 66.7 % and 52 % for DN, HFpEF, aHT, und HFrEF, respectively. CEC counts in patients with DN and HFpEF were significantly elevated compared to healthy controls. CEC counts in the remaining study groups and EPC counts were not elevated [1]. Test-retest reliability of CEC/EPC measurements, expressed as intra-class correlation (ICC) was poor for CECs across all patient groups (-0.031–0.294). For EPCs, reliability was excellent in patients with HFrEF (ICC = 0.946) and patients with DN (ICC = 0.946) and moderate in patients with HFpEF (ICC = 0.694) and patients with aHT (ICC = 0.668) [2]. Reliability of the PAT measurement was good in patients with DN (ICC = 0.863), moderate in patients with HFpEF (ICC = 0.557) and HFrEF (ICC = 0.576), and poor in patients with aHT (ICC = 0.125) [3]. Conclusion: Reliable quantification of CECs and EPCs using flow cytometry is possible. CECs have shown promising results as a diagnostic parameter, especially among patients with DN and HFpEF. PAT can reliably detect endothelial dysfunction in HFpEF, HFrEF, and DN [1-3].