メタボリックシンドローム集団の心血管リスクを評価するための脈波速度、流れ媒介拡張、および頸動脈内膜中膜の厚さ

内皮/血管の老化とアテローム発生は、心血管疾患の発症を促進する重要なメカニズムです。本プロトコールは、関連する危険因子を持つ患者における動脈硬化、内皮機能障害、およびアテローム発生を評価する方法を説明しています。

脈波速度 (PWV)、血流媒介拡張 (FMD)、および頸動脈内膜厚 (CIMT) は、動脈硬化、内皮機能、および無症候性アテローム発生を評価するために研究および臨床現場で使用される確立された方法です。これらの測定値は、有害な心血管イベントの主な原因である血管疾患とアテローム性動脈硬化症の進行を反映している可能性があります。これらの方法は、糖尿病、高血圧、その他の代謝機能障害関連疾患など、さまざまな危険因子を持つ集団の心血管機能障害を決定するのに特に価値があります。これらは、臨床診療を補完する非侵襲的で信頼性の高い情報源を提供します。心血管疾患に関する早期発見、リスク評価、治療上の決定を達成することができ、最終的には患者の転帰の改善に貢献します。心血管疾患を評価するための従来のツールでは、メタボリックシンドロームが肥満患者の早期無症候性心血管疾患に影響を与えるかどうかは明らかにされていません。最近の研究では、動脈硬化と内皮機能を包括的な心血管評価に含めることの重要性が強調されています。したがって、本研究の目的は、初期の無症候性血管老化、内皮機能障害、およびアテローム発生性疾患に関する情報を提供する方法を説明することであり、肥満および異なる代謝プロファイルを持つ集団間で血管標的リスク層別化を可能にする。

肥満は、高血圧、脂質異常症、肝疾患、アテローム性動脈硬化症、インスリン抵抗性、2型糖尿病(T2DM)などの合併症や、心血管疾患(CVD^{)のリスク}増加などにより、世界的に大きな健康問題となっています1。

メタボリックシンドローム(MS)と呼ばれるこれらの疾患の集合体は、世界の全死亡者の最大30%を占める主要な死因の1つであるCVDの発症の主な原因であると報告されています²。肥満の人は、血液供給需要の増加により、全身の酸素と栄養素の必要性が高くなり、血行動態に大きな変化が生じます。これらの変化は、一酸化窒素(NO)の利用可能性の低下、酸化ストレスの増加、および血管内皮機能障害を引き起こす可能性があります^3,4,5。

アテローム性動脈硬化症は主要な心血管疾患であり、世界中の主要な死因を占めています。これは、遺伝的要因や環境的要因など、複数の可能性のある要因の臨床症状です⁶。インスリン抵抗性や前糖尿病などの代謝異常のある人は、健康な人よりも冠動脈アテローム性動脈硬化症の有病率と発生率が有意に高いことが示されています。さらに、代謝機能障害の臨床症状が現れる前でさえ、高脂質プラークを伴ううっ血した血管が発見されています7,8,9,10。

動脈硬化、内皮機能障害、およびアテローム発生は、心血管疾患の発症における重要な要因として説明されています。これらのプロセスは、冠動脈、頸動脈、四肢動脈などの重要な血管における血管の老化とアテローム発生性プラーク形成に関連しています。トランスレーショナルリサーチは、動脈硬化、内皮機能障害、およびアテローム発生が、慢性炎症、NO産生の低下、および酸化ストレスによって引き起こされる一般的な血管損傷に関連していることを証明しています^11,12。

頸動脈-大腿脈波速度(cfPWV)の測定は、動脈硬化を測定するためのゴールドスタンダードな方法です。cfPWVは、頸動脈眼圧計とレッグカフを同時に使用して測定し、頸動脈および大腿部の血圧波形を捕捉することができます。次に、ソフトウェアは、D/Δt(Dは頸動脈と大腿骨の脈拍部位間の通過距離、Δtは頸動脈と大腿骨の波形との間の対応する圧力波形のピークECG R波から足元までの時間遅延)を計算することにより速度計算を実行できます。大動脈のような中心動脈の硬直が増加すると、左心室から動脈を通じて放出されるパルスの速度が速くなり、反射圧力の戻りが速くなり、その結果、左心室排出時の圧力が上昇し、冠状動脈の灌流が減少する可能性があります。したがって、cfPWVは、冠状動脈疾患、脳卒中、および心血管疾患のマーカーとして有用である可能性がある^13,14。

同様に、脈波解析 (PWA) は、大動脈収縮期血圧と拡張期血圧が主な変数である中心圧力波特性を評価する非侵襲的な血管パラメーターです。動脈硬化と弾性コンプライアンスを測定することにより、PWAは心血管リスクと密接に関連している動脈の伸展性を反映しています。この方法では、心血管疾患や冠動脈疾患の重症度を予測する能力を持つAugmentation Indexなどのパラメータを測定することができます。増強指数は次のように説明できます:左心室駆出後に初期入射動脈波が生成され、その後の反射波が周辺から発生します。これらの波の速度は動脈の硬化に応じて増加し、反射波が早期に大動脈中央に到達すると、大動脈収縮期血圧が上昇します。これはAugmented Pressure(AP)と呼ばれ、Pulse Pressureに対する割合はAugmentation Indexと呼ばれます。PWAは、上腕動脈をわずかに圧迫して経壁圧がゼロになるようにするアプラネーション眼圧測定法で測定できます。この時点で、平均動脈圧を測定できます。動脈圧波形をスケーリングした後、AP波形の収縮期部分が分析され、生体認証データと人口統計データ15,16,17も考慮されます。特に、圧平眼圧法 (SphygmoCor) は、許容可能な再現性と、大動脈 PWV の決定における侵襲的大動脈カテーテル法との有意な相関を示しており、動脈学会ガイドライン 18,19,20 と良好に一致しています。

血流媒介拡張(FMD)や頸動脈内膜中膜厚(CIMT)などの他の血管検査は、線形トランスデューサーを使用した超音波検査によって実行される非侵襲的技術を表しています。これらの評価手順は、血管の健康、特に内皮機能障害と無症候性アテローム発生をそれぞれ評価するのに役立ちます。どちらも心血管イベントの予後予測能力を示しています。口蹄疫は一般に、主に一酸化窒素によって媒介される内皮依存性の動脈機能の反映と考えられています。これは、血管の健康の代理マーカーとして機能し、被験者グループを比較し、個人に対する介入の効果を評価するために非侵襲的に利用されてきました²¹。

本研究の目的は、初期の無症候性血管老化、内皮機能障害、およびアテローム発生性疾患を反映するマーカーの決定をもたらす方法の使用を説明することです。このような情報により、肥満や代謝プロファイルが異なる集団間のリスク層別化が可能になります。これらの方法は、心血管の損傷と予後を決定するだけでなく、特に代謝リスク因子を持つ集団において、薬理学的および非薬理学的介入に対する血管およびアテローム発生反応を評価するのに役立つ可能性があります。

国立医療センター「20 de Noviembre」ISSSTEの機関研究倫理委員会は、このプロトコルを承認しました(ID番号386.2013)。登録されたすべての患者は、書面によるインフォームドコンセントを提供しました。この調査で使用した機器とソフトウェアの詳細は、 資料の表に記載されています。

患者の包含/除外基準:
適格な患者は 18 歳以上で、病的肥満 (ボディマス指数 [BMI] >40 kg/m² または BMI >35 kg/m²) と診断され、糖尿病、高血圧、閉塞性睡眠時無呼吸/低呼吸などの肥満関連の健康状態があり、肥満手術の候補でした。登録前の 6 か月間に減量療法を使用した場合、重大な炎症性疾患、重度の腎疾患および/または肝疾患、活動性の悪性腫瘍、妊娠、または心血管疾患の証拠がある場合 (自己申告または虚血性心疾患、冠状動脈疾患、心筋構造異常、心臓インターベンションと診断された、またはこれらの状態のいずれかの治療を受けている)。

1. 心血管代謝プロファイルの評価

注:この実験に使用された研究サンプルは、メタボリックシンドロームの有無によってそれぞれ決定される21人の代謝性健康な肥満(MHO)および25人の代謝性不健康な肥満(MUO)患者で構成されていました。参加者は43歳から9歳±、BMIは45±7.8kg/m²で、78%が女性でした。最も一般的な併存疾患は、2型糖尿病、全身性動脈性高血圧症、および/または脂質異常症でした。.サンプルは年齢を一致させることを意図していました。

1. 心血管代謝プロファイルの評価
   1. 年齢、性別、身長、体重、慢性疾患(t2DM、高血圧など)、消費した薬などの人口統計学的および人体測定学的特性を取得します。体重を身長の2乗で割ってBMIを計算します。最後の肋骨の下端と腸骨稜の間を測定して、胴囲を取得します。
   2. グルコース、インスリン、肝機能検査、脂質プロファイル²²などの日常的な臨床生化学検査を実施します。
   3. メタボリックシンドロームの有無によってそれぞれ決定される患者をMUOまたはMHOとして指定します。
      注: メタボリック シンドロームは、NCEP/ATP III 基準²³ に従って診断されます。メタボリックシンドロームと診断されるのは、次の5つの危険因子のうち少なくとも3つが当てはまる場合です。
   4. 腹部肥満(胴囲>男性で102cm、女性で>88cm)。(2) 血清中性脂肪レベル≥150 mg/dL (1.7 mmol/L)(3)HDLコレステロール値<男性40mg/dL(1.0mmol/L)、女性<50mg/dL(1.3mmol/L)の数値。(4) 収縮期血圧≥130mmHgまたは拡張期血圧≥85mmHg)(5) 空腹時血糖値≥100mg/dL(5.6mmol/L)

2. 血管の老化(動脈硬化)

注:血管の老化は、中心大動脈脈圧と頸動脈-大腿脈波速度(cfPWV)によって決定される大動脈硬化の観点から評価することができます。今日では、cfPWVは動脈硬化を決定するためのゴールドスタンダードです¹³。

1. 大動脈圧評価
   注:大動脈圧評価は、動脈波反射を測定するための装置と、中心大動脈圧波形パラメータが決定される脈波分析(PWA)を使用して行われます。
   1. デバイスソフトウェアで患者のプロファイルを作成し、患者ID、名前、生年月日、性別、身長などのデータを紹介します。
   2. 評価を開始する前に、患者を少なくとも5分間仰臥位に置きます。
   3. 上腕カフを装着し、上腕動脈を中心に患者の腕の周りに固定し、カフの中心と心臓が同じ高さになるようにします。
   4. デバイスは自動的に PWA を実行します。 スタート ボタンを押します。カフは初めて自動的に膨らみ、上腕収縮期血圧と拡張期血圧を決定します。次に、カフが収縮して再び膨張し、PWA波形をキャプチャします。
   5. 圧平眼圧測定によりPWAを取得し、末梢パルスの記録と中心大動脈圧波形の生成を可能にします。圧平眼圧測定の周辺位置には、上腕動脈または橈骨動脈が含まれます。
   6. 動脈圧波形をスケーリングした後、波形の収縮期部分を分析し、生体認証データと人口統計データも考慮します。
      注:ソフトウェアは、式K·プサ·(1 + Ts / Td)、ここで、Psaは拡張末期血圧を超える曲線の収縮期部分の下の面積、TsとTdはそれぞれ収縮期と拡張期の持続時間であり、Kは脳卒中容積^24,25に関連する定数です。
   7. 以下の注に従って、増強指数を計算します。
      注:左心室駆出後に早期に入射する動脈波が生成され、その後、周辺部から反射波が発生します。これらの波の速度は動脈の硬化に応じて増加し、反射波が早期に大動脈中央に到達すると、大動脈収縮期血圧が上昇します。これはAugmented Pressureとして知られていますが、Pulse Pressureに対するそのパーセンテージはAugmentation Index(Aix)として知られています。
   8. 平均中心圧波形を含む大動脈パラメータを含むテストの自動レポートを取得します:SP(大動脈収縮期血圧)、DP(大動脈拡張期血圧)、PP(大動脈脈圧)、MAP(平均動脈圧)、およびHR(心拍数)。棒グラフで表される臨床パラメータ。Aixと同様に。
2. アプラネーション眼圧測定法(SphygmoCor)によるcfPWV測定の実施
   1. 大腿骨カフを患者の大腿部の周りにできるだけ高く配置し、チューブが脚の上部の中央にくるようにします。
   2. 顎の下の患者の首の頸動脈脈拍を見つけます。患者に頭を少し脇に回転させるように依頼します。必要に応じて、首の下に枕を置いてサポートします。頸動脈脈拍が最も強く知覚される部位で見つかったら、患者の皮膚にインジケーターマークを付けます。
   3. 3 つの測定値を取得します。まず、頸動脈脈拍と胸骨上ノッチとの間の距離。次に、胸骨上ノッチと大腿骨カフの間の距離。そして最後に、患者の鼠径部の脈拍と大腿骨カフを触診することによる大腿動脈との間の距離。
      注:すべての距離は直線で(患者の体の曲線を避けて)行い、ミリメートル単位で提出する必要があります。
      1. 次に、cfPWVソフトウェアに3つの距離の情報を導入します。
   4. 眼圧計の先端を、頸動脈脈拍が以前に位置していた場所に置きます。次に、 START ボタンを押します。センサーは頸動脈脈拍を自動的に検出し、規則的なパターンが登録されると脈拍の形状を記録します。このデバイスは、両方のパルス(頸動脈と大腿骨)を同期して波パルスを決定し、cfPWVとパルストランジット時間を推定します(図1)。
   5. D/Δt(Dは頸動脈と大腿骨のパルス部位間の通過距離、Δtは頸動脈と大腿骨の波形の間の対応する圧力波形のピークECG R波から足元までの時間遅延)を計算して、ソフトウェアが速度計算を自動的に実行することを確認します。
   6. デバイスによって報告された品質管理テストを評価して、測定値が許容できるかどうかを判断します。
      注意: 眼圧計の先端を鉛筆のように持って、最大限の安定性を確保します。眼圧計の圧力と位置の調整は、正確な測定値を得るために繊細で柔らかくなければならない、これは画面と波形上の上の線の緑または黄色の色で示されます。そうしないと、色が赤に変わり、眼圧計の圧力を下げる必要があることを示します(圧力レベルの指標が上がる場合)または眼圧計の圧力を上げる(指標が下がる場合)。オペレーターは、頸動脈波形に明確に定義されたアップストロークがあることを確認する必要があります。これは、cfPWVを決定するために使用される重要な特徴であるためです。コンピューターの画面を、オペレーターが表示しやすい場所に配置することが重要です。オペレーターが見づらいと感じる場所に画面があると、データキャプチャが困難になる可能性があります。このデバイスには、頸動脈と大腿骨のパルスの一貫した同時波形が最低 10 秒必要であり、波形が自動的にキャプチャされます。ただし、状況によっては、オペレーターが手動でパルス波を捕捉する必要があります(図2)。

3. 内皮機能障害(血流媒介性拡張[FMD])

注:Flow Mediated Dilation(FMD)テストは、血管の健康状態を評価するための非侵襲的な手法です。これは、内皮機能の評価に特に有用であり、将来の心血管イベントを予測するための有用なツールとして説明されています²¹。これは、リニアトランスデューサーを備えた超音波検査を使用して実行されます。

1. 国際的な推奨事項に従ってFMDプロトコルを実行します²⁶。血圧計を使用して、カフを右前腕の周りに配置します。
2. 高分解能リニアトランスデューサーをBモードで配置し、互換性のある分析ソフトウェアと組み合わせて上腕動脈に配置します。
3. 肘から縦5〜10cm上にスキャンします。前部および後部の内膜界面の最も鮮明なBモード画像を取得し、ベースライン動脈径を決定します。
4. 探触子を同じ位置に保持して、測定部位の一貫性を確保します。
5. 血圧カフを使用して5分間閉塞し、決定された収縮期血圧より30〜50mmHg高い圧力に達します。
6. カフの収縮後、上腕動脈の縦方向の画像の連続記録を3分間行い、再度直径を決定します。
7. FMDは、カフインフレーション前の血管径に対する変化率として、次のように計算します:(peakdiameter − baselinediameter)/baselinediameter(ピーク直径 − ベースライン直径)/ベースライン直径(peakdiameter − baselinediameter)/baselinediameter x 100(図3)。FMD%は、反応性充血(フロー媒介性)²⁷の間に、動脈が内皮一酸化窒素放出に応答する能力を測定する。
8. 酵素結合免疫吸着アッセイによって測定された血漿NO(一酸化窒素アッセイキット、市販)を決定することにより、内皮機能障害をさらに評価します。
   1. 標準曲線とサンプルを調製し、アッセイプレートのウェルに添加します。
   2. 硝酸レダクターゼと酵素補因子を添加し、室温で60分間インキュベートして硝酸塩を亜硝酸塩に変換します。
   3. エンハンサーとグリース試薬を追加します。その後、室温で10分間現像し、亜硝酸塩が濃い紫色のアゾクロモフォア化合物に変化し、NO量を正確に反映します。
   4. マイクロプレートリーダーで540nmの光学密度で測定することにより、分析します。

4. 無症候性アテローム発生(頸動脈内膜-中膜厚[CIMT])

注:患者は、頭を回転させて頸静脈と頸動脈を露出させ、快適に仰臥位に置かなければなりません。首の下に丸めたタオルまたは枕を使用して、頸動脈をよりよく露出させることができます。

1. 次のように専門家のコンセンサス^28,29に従って頸動脈内膜中膜厚(CIMT)測定プロトコルを実行します:4.0 MHz超音波プローブを適用して、頸動脈や頸静脈などの頸部血管構造、甲状腺を首の付け根で横向きに識別します。
2. トランスデューサーの横方向を使用して右頸動脈を特定し、頸動脈球と内頸動脈と外部頸動脈の分岐部が特定されるまで頭側に移動します。次に、トランスデューサーを90°回転させて、頸動脈球の縦方向図を実現します。
3. 頸動脈球から遠位1cmの範囲で内腔と中膜外膜界面の間の距離を測定することにより、頸動脈内膜-中膜の厚さを決定します(図4)。
   注:プロトコルには、フォローアップ、投薬、または介入は含まれていません。

被験者は、心血管代謝プロファイルに基づいてMHOとMUOに分類されました。MUO群は、全身性動脈性高血圧症、2型糖尿病(t2DM)、脂質異常症などの慢性疾患の有病率が高いことを示しました。同様に、MUO表現型は、グルコースとHbA1cのレベルの上昇、ならびにトリグリセリドと総コレステロールの違いを示しました(表1)。

次に、動脈硬化と内皮機能障害を反映して血管の老化を評価し、それぞれ大動脈血行動態パラメーター、FMD、および一酸化窒素(NO)を通じて決定されました。さらに、無症候性アテローム性動脈硬化症はCIMT測定によって評価されました(表2)。

MUOグループはFMDの値が低いことを示しました(4.87%±1.80%対7.32% ±2.90%、 p = 0.001; 表2)および血漿NO (154.3 μM/L ± 6.15 μM/L vs. 170.6 μM/L ± 4.97 μM/L, p = 0.04; 表2 、 図5)をMHOグループと比較した結果です。しかし、大動脈血行動態パラメータとCIMTに統計的な差は見られませんでした。

図1:頸動脈-大腿骨脈波速度評価の概略図。 この図は、動脈硬化と心血管の健康の重要な尺度である頸動脈-大腿脈波速度(PWV)を評価するための方法論を示しています。頸動脈眼圧測定と大腿骨脈拍測定は、動脈PWV測定システムの不可欠なステップとして描かれています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:頸動脈-大腿骨脈波速度を評価するために決定された頸動脈および大腿骨の脈波波形。 波形の時間(x軸)と振幅(y軸)が表示されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:フローを介した拡張(FMD)。 上腕動脈の直径評価 (A) 動脈閉塞前または (B) 後のいずれかで、拡張の計算を通じて内皮機能を決定します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:内膜中膜厚(CIMT)を決定するための頸動脈超音波検査。 前方、横方向、および後方の角度から3つの測定を行うことが重要です。CIMT測定は、患者の首の両側で行われます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:内皮機能検査。 MHO患者とMUO患者間の血流媒介拡張(FMD、左)と血漿一酸化窒素(NO、右)の比較。メタボリックシンドロームは、NOバイオアベイラビリティを大幅に低下させます。したがって、これらの患者の動脈は、FMDテスト中にストレスがかかると拡張する能力が低下します。*p < 0.05。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

表1:患者のベースライン特性。 この表は、MUO(代謝的に不健康な肥満)とMHO(代謝的に健康な肥満)の被験者間のベースライン特性を比較しています。

表2:心血管リスク評価。 この表は、MUO(代謝的に不健康な肥満)とMHO(代謝的に健康な肥満)の被験者間の心血管危険因子を比較しています。

血管の健康に対処し、心血管リスクを理解し、管理することは、心血管疾患の予防、早期介入、および世界的な負担の軽減に不可欠です。この点で、動脈壁の弾力性とコンプライアンスを評価する方法(大動脈血行動態パラメータ、動脈硬化のcfPWV、増強指数を含む)、内皮一酸化窒素産生、およびアテローム性動脈硬化症を評価する方法を組み合わせて使用することで、より包括的な評価が可能になります。これらの方法は、トランスレーショナル研究、心血管リスク因子の特性評価、および臨床試験における心血管評価に非常に有用であり、それによって血管の健康と心血管疾患および冠動脈疾患の進行についての理解を深めます^30,31。

例えば、COVID-19によって誘発される内皮および血管への影響をよりよく理解し、全身性エリテマトーデスなどの免疫系障害における内皮機能障害を特徴付け、内皮損傷が高尿酸血症における高血圧および心血管リスクに寄与するかどうかを調査するために、血流媒介性拡張(FMD)が採用されてきた32,33,34。

さらに、他の研究では、運動や食事の変更などのライフスタイルの変更が動脈硬化、内皮機能、およびCIMTに与える影響を調査しています。これらのツールを利用することにより、研究者は介入の有効性を客観的に測定し、時間の経過に伴う動脈の健康状態の変化を監視できます³⁵。

本研究では、心血管代謝リスクのある集団における血管の老化を反映するマーカーを比較しました。興味深いことに、心血管代謝リスクが高かったグループは、FMDとNOレベルによって決定されるように、内皮機能の有意な障害を示しましたが、CIMTによると、アテローム性動脈硬化症の進行に差は観察されませんでした。

ここで、口蹄疫の結果は他の研究^36,37の結果と一致しており、血管拡張反応に対する代謝リスクの影響を支持しています。FMDとCIMTとの関連の欠如は、内皮機能障害とその後の血管病変の発症との間のタイムラグに起因する可能性があります。さらに、内皮機能障害は炎症反応と関連している可能性が高く、血管構造の形態学的変化は細胞外リモデリングに関連している可能性があります³⁸。このことから、メタボリックシンドロームの患者さんは、血管機能を標的とした治療に対して異なる反応を示すことや、アテローム性動脈硬化症の進行は他の要因の影響を受けやすいことが示唆されています。このことは、血管全体の健康状態を包括的に評価するために、複数のバイオマーカーを使用することの重要性を強調しています。

動脈硬化、FMD、およびCIMTの測定中に、機器が不十分であったり、環境が適切でない場合、いくつかの課題が発生する可能性があります。検証には、オブザーバー間およびオブザーバー内の変動性を評価することをお勧めします。同様に、これらの技術にはいくつかの制限が含まれます:(1)得られた結果は特定の血管機能および解剖学的領域に適用される可能性があるため、全体的な血管の健康を反映していません。(2)測定の精度はオペレーターによって異なり、水分補給の状態、体の位置、最近の食事などの要因により、結果は時間の経過とともに同じ個人内で異なる場合があります。(3)検査では、動脈硬化、内皮機能障害、またはアテローム発生の加速の存在を示すことができますが、根本的な原因についての洞察が得られない場合があります。さらに、血管の健康は動的であり、時間の経過とともに変化する可能性があり、測定値は個人の心血管リスクプロファイルを完全に捉えることができない場合があります。現在進行中の研究により、これらの測定に対する理解が深まっており、測定技術と解釈の改良はまだ続いています。

結論として、大動脈血行動態パラメータ、FMD、およびCIMTは、心血管の健康と疾患を評価するための有用な非侵襲的診断ツールを表しています。

著者は何も開示していません。

著者は、インスティテューショナルプログラムE015の支援に感謝します。