Използване на сърдечна магнитно-резонансна томография за откриване на сърдечни промени

От Експерименталния и клиничен изследователски център на Медицинския факултет Charité Universitätsmedizin Berlin ДИСЕРТАЦИЯ Използване на сърдечно-магнитно-резонансна томография за откриване на сърдечни промени при затлъстяване с цел придобиване на академична степен Doctor medicinae (д-р мед.) Представено на Медицинския факултет Charité Universitätsmedizin Berlin от Julius Simon Traber от Хамбург

сърдечна

Рецензент: 1. проф. Д-р мед. Й. Шулц-Менгер 2. Проф. Д-р мед. М. Гутберлет 3-та прив.-доз. Д-р мед. П. Бернхард Дата на докторат: 30 ноември 2012 г. 2

Съдържание 1 Въведение. 5 1.1 Наднормено тегло, затлъстяване и сърце. 5 1.1.1 Определения. 5 1.1.2 Епидемиология и рискови фактори. 6 1.1.3 Етиопатогенеза. 7 1.1.4 Последици за метаболизма. 7 1.1.5 Влияние върху сърцето. 10 1.1.6 Миокардна стеатоза. 11 1.1.7 Диастолна функция на лявата камера. 12 1.1.8 Възможности за намеса за намаляване на телесното тегло. 17 1.2 Магнитно-резонансна томография (MRT). 20 1.2.1 Предимства на сърдечния ЯМР. 20 1.2.2 Основи на ЯМР. 21 1.2.3 Основи на магнитно-резонансната спектроскопия (MRS). 27 2 Задача/цел. 28 3 Методи. 28 3.1 Набиране на субект. 28 3.1.1 Дизайн на изследването B-SMART. 29 3.1.2 Дизайн на проучване AdipoHeart. 31 3.2 Работни хипотези. 32 3.3 Методология на апарата. 32 3.3.1 Сърдечен ЯМР: запис на сърдечната морфология и функция. 33 3.3.2 Количествено определяне на мастната тъкан. 42 3.3.3 1 H магнитно-резонансна спектроскопия (MRS). 43 3.3.4 Спироергометрия. 44 3.3.5 Лабораторни анализи. 45 3.3.6 Статистически анализи. 46 4 резултата. 47 4.1 Изходен анализ/анализ на напречното сечение. 47 4.1.1 Антропометрия и метаболизъм. 47 4.1.2 Сърдечна морфология и систолна функция на лявата камера. 52 4.1.3 Диастолна функция на лявата камера. 52 4.1.4 Мастни натрупвания и съдържание на миокарден триглицерид. 54 4.1.5 Корелационни и регресионни анализи. 55 3

4.2 Последващ/надлъжен анализ. 59 4.2.1 Антропометрия и метаболизъм. 61 4.2.2 Морфология на сърцето и систолна функция на лявата камера. 62 4.2.3 Диастолна функция на лявата камера. 63 4.2.4 Съдържание на миокарден триглицерид. 64 4.2.5 Корелационни и регресионни анализи. 65 5 Дискусия. 66 5.1 Дискусия на резултатите. 67 5.1.1 Антропометрия и метаболизъм. 67 5.1.2 Сърдечна морфология и систолна функция на лявата камера. 69 5.1.3 Диастолна функция на лявата камера. 71 5.1.4 Съдържание на миокарден триглицерид. 75 5.2 Методологични аспекти за регистриране на сърдечната функция. 77 5.3 Ограничения. 78 5.4 Заключение. 79 6 Резюме. 80 7 Библиография. 83 8 Автобиография. 94 9 публикации. 95 10 Декларация. 96 11 Благодарности. 97 4

Аритмия или интраваскуларни интервенции, ръководени от ЯМР. 130 Скоростта и дебитът могат да бъдат количествено определени чрез специални ехидни градиентни последователности с кодиране на скоростта във фазата на сигнала. Използвани са следните последователности: Балансирана (b-) ssfp последователност (сърдечна морфология и функция) Т1-претеглена TSE последователност (количествено определяне на мазнини) 1 H-единична вокселова спектроскопия (SVS) последователност (спектроскопия) 1.3 Схематично представяне на Спин ехо последователност (Фигура 1-12 от Cardiovascular Magnetic Resonance 2010 131, с разрешение от Elsevier Limited, Oxford, UK) 1.4 Схематично представяне на TSE последователността (Фигура 1-15 от Cardiovascular Magnetic Resonance 2010 131, с разрешение от Elsevier Limited, Оксфорд, Великобритания) 25

Център за клинични изследвания на Волхард или директно в учебния отдел на Центъра за клинични изследвания на Франц Волхард. Процедура B-SMART MR, метаболитната и лабораторната диагностика, както и спироергометрията се провеждат преди и след края на диетичната фаза. Освен това се провеждаха ежемесечни последващи посещения, при които бяха събрани както анамнестични, така и антропометрични данни. Таблица 3.1 предоставя общ преглед на курса на обучение. Посетете скрининг Изходно ниво V1 V2 V3 V4 V5 Месец на проследяване -0,5 0 1 2 3 4 5 6 Информация/съгласие X Критерии за включване/изключване X X Демографски данни; Издаване на въпросници X Съпътстващи заболявания? X X X X X X X X X Нови събития? XXXXXXX Физически статус XX Височина X Тегло, обиколка на талията XXXXXXXX Антропометрия XXX EKG XXX Измерване на кръвно налягане, сърдечен ритъм XXXXXXXX Изход на хранителен дневник XXXX Хранителен анализ и съвети XXXX Основна лаборатория XXX Специална лаборатория/Метаболитно профилиране XX Тест за устно глюкозно толеранс XX 24 h Измерване на кръвно налягане XX Spiroergometry B-SMART с един поглед: Изходното ниво и последващите посещения бяха от значение за събирането на данни 30

3.2 Придобиване на изображение на сърце (вижте текста за обяснения) 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: напречна равнина (основен локализатор) вертикална дълга ос (2CV локализатор) хоризонтална дълга ос (4CV локализатор) къса ос средна камера SAX локализатор) 2CV краен диастоличен (Cine) 4CV краен диастоличен (Cine) 3CV краен диастоличен (Cine) Къса ос среднокамерна (Cine) 35

За определяне на диастолната функция бяха определени различни релевантни параметри. Основата за това беше оценката на кинозаписите на 2CV, 3CV и 4CV. 3.4 4CV (вляво): дължина на LV (бяло) и контур на ендокарда (червено); LA дължина (жълто) и контур на ендокарда (кафяво); Дяснопредсърден ендокарден контур (виолетов) 3,5 2CV (вдясно): Последващата обработка и оценка на ендокардиалния контур на ЛН на външна работна станция. За оценка на изображението е използван QMass 7.1, Medis N.V., Лайден, Холандия. Тук контурите на ендокарда в 2CV и 4CV в диастолните фази (

15 ms) от сърдечния цикъл се изтегля полуавтоматично (вижте фигури 3.4, 3.5 и 3.6). Това беше направено за всяка фаза чрез ръчно маркиране на основата на НН и върха и последващо автоматично откриване на контур от софтуера за оценка. Това беше последвано от визуална проверка и, ако е необходимо, корекция на контурите. Софтуерът изчислява съответния обем на вентрикула, използвайки двупланов метод на дълга ос 142. 38

3.6 4CV в различни фази на диастола: Обемите на LV са записани чрез изчертаване на ендокардиалния контур (червен). За по-нататъшна математическа оценка данните за времевия обем са импортирани в OriginPro 8.0, OriginLab Corporation, Northampton, Massachusetts, USA и показани графично. Очевидно некоректните двойки данни са премахнати ръчно. След това кривата време-обем се изглажда с помощта на метода на Savitzky-Golay. Максималните скорости на пълнене по време на ранната диастола (PFRe) и контракцията на предсърдията (PFRa) бяха определени с помощта на свързания наклон на графиката. 39

110 100 90 Обем1 (ml) 80 70 60 50 40 300 400 500 600 700 800 900 1000 Време1 (ms) 3.7 Крива време-обем за диастолата на лявата камера: лилавият участък представлява PFRe, зеленият PFRa Um по аналогия с Ехокардиография, за да се получат съответните максимални скорости на потока (E или A), потокът се разделя на зоната на отваряне на митралната клапа (MOA). Това беше измерено в началото на диастолията, по време на максималното отваряне на митралната клапа, в равнината на рязане на късата сърдечна ос с визуално най-малкия отвор. За да се компенсира потокът, причинен от механизма за нивото на клапана, свързаният елемент време-обем беше премахнат. 3.8 Планиметрия на митралната клапа (червена) 40

Тогава LA обемът беше свързан с телесната повърхност (BSA) (LAVI). 146 3.3.2 Количествено определяне на мастната тъкан Перикардна мастна тъкан Първо, зоната от диафрагмата до белодробната бифуркация и от гръдната стена до низходящата аорта е извлечена от пакета с напречен слой. Впоследствие обемът на перикардната мазнина се определя количествено чрез сегментиране въз основа на граници на интензитета (MASS Research Version, Medis N.V., Leiden, Холандия). 3.10 Количествено определяне на обема на перикардната мастна коремна мастна тъкан A1 претеглена градиентна ехопоследователност с потискане на водата (TR 80 ms, TE 6.11 ms, 512 512 матрица, FOV 500 500 mm, дебелина на среза 10 mm, празнина 10 mm). По време на многократно задържане на дишането, от диафрагмата към симфизата бяха взети напречни резени. Количественото определяне на висцералната и подкожната мастна тъкан се извършва чрез полуавтоматично сегментиране на изображението, използвайки алгоритъм за разпознаване на контури (Vitom, Университет на Дуйсбург-Есен, Германия). 42

Възпроизводимостта на MTG между проучванията е 0,01% (95% доверителен интервал: - 0,05% - 0,06%). 148 3.12 Определяне на MTG: по-горе, позициониране на воксела (червен правоъгълник) в интервентрикуларната преграда за 1 Н липидна MR спектроскопия; под съответния спектър без (вляво) и с (вдясно) потискане на водата; стрелката сочи към сигнала на метиленовата група TGL (вж. 148) 3.3.4 Спироергометрия Тестваните лица са изпълнили поетапен тест за упражнения на велосипеден ергометър (VIAsprint 150P, Ergoline, Bitz, Германия), докато не бъде изпълнен поне един от критериите за упражнения, изброени по-долу или клинични Настъпиха условия за прекратяване. Експозицията се състоя в напълно климатизирана стая (при постоянни 21-22 C) два часа след приемане на стандартизирана закуска (