Sammenhæng mellem tilstedeværelse af diabetes, graden af arteriestivhed og fibulin-1 hos hjerte- og karkirurgiske patienter Kort resumé: Tilstedeværelse af diabetes er hyppigt forekommende hos patienter med kardiovaskulære sygdomme,, og betyder at disse personer har en dårlig prognose,. Diabetes er ofte relateret til øget arteriestivhed og hypertension. Vores hypotese er at diabetes og dets forstadier er prævalente hos hjerte-karkirurgiske patienter og i et vist omfang underdiagnostiserede. Samtidig forestiller vi os at diabetes er tæt korreleret til graden af arteriestivhed og at dette mål er tæt associeret til en ny biokemisk markør, fibulin-1. Vores mål er at beskrive prævalensen af type 2 diabetes og dysmetaboliske tilstande hos patienter indlagt til kardiovaskulær kirurgi og desuden at undersøge om der er sammenhæng mellem graden af dysmetabolisme og udbredelsen af arteriesygdom, vurderet ved arteriestivhed, og ved måling af en ny biokemisk karmarkør, fibulin-1, som vores forskningsgruppe har identificeret for nylig. Resultaterne af projektet vil dels give os mål for størrelsesordenen af uerkendt diabetes hos karkirurgiske patienter, dels give os indblik i sammenhænge mellem en nyligt identificeret plasma arterie-markør, arteriestivhed og diabetes. Baggrund: Et nyligt hollandsk studie har vist at ca. 10 % af patienter indlagt med henblik på kardiovaskulær kirurgi har uerkendt type 2 diabetes. Specielt viste undersøgelsen at oral glukose tolerans test (OGTT), udført inden operationen, var anvendelig til at finde diabetestilfælde. Opfølgende undersøgelser har desuden vist at denne gruppe af 1
patienter med uerkendt diabetes har en knap 3 gange større risiko for at udvikle kardiovaskulære events i 3 år efter operationen end patienter med normal glukosemetabolisme. Størrelsesordenen af uerkendt diabetes er i det hollandske arbejde ikke så stort som det man ser hos patienter indlagt med et akut myokardieinfarkt, hvor prævalensen af uerkendt diabetes i Danmark blev fundet til ca. 20 %, mens 70 % af denne type af patienter faktisk har tegn på dysmetabolisme. Dette kan dels skyldes at AMI ofte opstår hos tilsyneladende, asymptomatiske personer, som ikke tidligere har været undersøgt, mens patienter indlagt til kirurgi oftest er grundigt udredt. Desuden kan det skyldes at undersøgelserne vedrørende AMI-patienter overestimerer graden af diabetes, idet OGTT erne bliver taget i det akutte forløb og dermed kan repræsentere forbigående stress-hyperglykæmi Hypertension, defineret ved blodtryk >140/90 mmhg, indgår som et af elementerne i det metaboliske syndrom sammen med glukose intolerans, fedme og dyslipidæmi (specielt hypertriglyceridæmi og nedsat HDL). Specielt systolisk hypertension, måske som en indikator for øget arteriestivhed, er tæt korreleret til diabetes. Netop graden af arteriestivhed har vist sig at være en god prædiktor af kardiovaskulære sygdomme. Hvor udbredt graden af generaliseret arteriesygdom, bedømt ved arteriestivhedsmål, er hos patienter med manifest atherosclerotisk sygdom, indlagt til karkirurgi, ikke kendt. Biokemiske markører for generel arteriesygdom er vigtige både til diagnostik, screening og monitorering. Specielt er det vigtigt for fremtidig mere individualiseret behandling at have gode værktøjer til udvælgelse af patienter til forskellige behandlingsforløb og til monitorering af behandlingseffekter. Vi har nyligt identificeret en ny biomarkør, fibulin-1 som synes at være af speciel interesse i relation til arteriesygdom ved diabetes (Cangemi, 2
C et al). Som det fremgår af vedlagte dataark angående fibulin-1 resultater, opnået af andre i vores forskergruppe, er markøren fundet ved at anvende global mrna-ekspressions analyse af arterievæv fra diabetespatienter. Herved har vi fundet at fibulin-1 akkumulerer i arterievæv og plasma hos patienter med diabetes. Desuden er observeret at plasma-fibulin-1 korrelerer til glykæmisk status og pseudomarkører for arteriestivhed, dvs blodtryk, pulstryk og carotis compliance, men ikke til plasma lipider og CRP. I eksperimentelle studier har vi desuden observeret at mus med genetisk fibulin-deficiens har lavt blodtryk og at behandling med angiotensin øger fibulin arterie-ekspression før blodtrykket. Vi har således indicier for at fibulin-1 afspejler arteriestivhed og måske er kausalt involveret i udvikling af hypertension. Vores hypotese er derfor at plasma fibulin-1 er relateret til arteriesystemets samlede stivhed. Guldstandardsmålingen for arteriestivhed er pulsbølgehastighed, hvorved pulsbølgens hastighed estimeres igennem arteriesystemet. Vi har endnu ikke haft mulighed for at undersøge for associationer mellem pulsbølgehastighed og den nye markør. Formål: Det overordnede formål er at karakterisere hjerte-karkirurgiske patienters grad af dysmetabolisme, herunder specielt at bestemme prævalensen af uerkendt diabetes. Herudover at undersøge relationerne mellem dysmetabolismen og patienternes generelle arterieskader, bedømt ved måling af arteriestivhed og analyse af en ny plasma-markør, fibulin-1. Konkret har projektet til formål at foretage følgende undersøgelser på alle patienter (både patienter med erkendt diabetes og uden diabetes) indlagt til coronar by-pass 3
operationer, carotis samt perifere atherectomier, femoral by-pass operationer, samt operation for abdominalt aorta aneurisme: Ph.d projekt Maria Lyck Hansen Karakteristik af glukose-metabolismen: faste-p-glucose og C-peptid dagen før operationen. Faste OGTT dagen før operationen Karakteristik af aktuelt blodtryk og perifer arteriesygdom: Blodtryk tages på arm, ankel og fod bilateralt under standardiserede omstændigheder, og ankel-arm indeks udregnes bilateralt. Yderligere foretages automatiseret tå-tryks måling via Systoe. Karakteristik af arteriestivhed ved måling af pulsbølgehastighed. Måling af carotistykkelse ved ultralydsundersøgelse, samt vurdering af evt. carotis plaque-morfologi. Klinisk karakteristik: tilstedeværelse af hypertension, anti-hypertensiv behandling. Anden medicinsk behandling. Rygning. Comorbiditet. Måling af plasma-fibulin-1 og OPG. Højde, vægt, talje, hofte mål. Lipidstatus Urin albumin/kreatinin ratio. Al overskydende arterievæv fra patienternes operation vil blive gemt og analyseret som led i andre af forskningsgruppens projekter. I disse projekter bedømmes for de hjerte-by pass opererede (a.mammaria) arteriestivheden målt med myograf in vitro. Patienter: Patienterne rekrutteres fra de patienter som elektivt henvises til Hjerte- lunge- karkirurgisk afd. T, OUH mhp. operation for coronar by-pass (CABG), femoral by-pass, A. 4
carotis samt perifere atherectomier og operation for abdominalt aorta aneurisme. På afd. T opereres årligt ca. 450 patienter elektivt med CABG, med en median alder på 63 år og ca. 24% er kvinder. Femoral by-pass foretages på ca. 70 patienter elektivt med en median alder på 70 år og 39% er kvinder. A. carotis atherectomier foretages på ca. 150 patienter med en median alder på 68 år og 26% er kvinder. Inklusionskriterier: informeret samtykke alder > 18 år planlagt karoperation jvf. ovenstående Eksklusionskriterier Patienter som ikke vil kunne forstå formålet Dårlig almen tilstand efter skøn Projektet forventes at forløbe i 3 år hvorved ca. 1400 patienter vil blive forsøgt inkluderet. Metoder: 1) Patienterne informeres af den forsøgsansvarlige på et hensigtsmæssigt tidspunkt inden operationen og efter betænkningstid indhentes skriftligt samtykke. 2) Der foretages rutine faste blod- og urinprøver før operationen ved projektlaborant (Hgb, L+D, trombocyttal, elektrolytter, CRP, HBA1c, lipidstatus, urin alb/crea ratio, samt plasma, serum og fuldblod til biobank). På disse prøver måles også projektprøver; plasma fibulin-1, OPG, p-insulin og C-peptid. Desuden foretages oral 5
3) glukose toleranstest (OGTT) før operationen. OGTT udføres ved at patienten over ca. 5 minutter indtager 75g glukose opløst i 250ml vand. Til tiden 0 og 120 min. foretages måling af blod-glukose. 4) Måling af blodtryk, pulsbølgehastighed og pulsbølgekvalitet ved applanationstonometri (Spygmocor). Blodtryk måles på arm, ankel og fod. Alle målinger foretages præoperativt ved den projektansvarlige. Yderligere foretages måling af A. carotis media tykkelse ved ultralydsundersøgelse af halskar ved den projektansvarlige ved indlæggelsen. Klinisk mål: Primære endepunkt er at undersøge frekvensen af dysmetabolisme, herunder specifikt forekomsten af diabetes og prædiabetes, hos karkirurgiske patienter indlagt til operation for hjerte- og karkirurgiske lidelser. Diabetes defineret i hht. WHO ved faste plasma glucose > 7mmol/l eller en 2h OGTT >11,1 mmol/l. Prædiabetes defineres som faste plasma glukose 6.0-7-0 mm (IFG) og/eller 2 timers PG efter OGTT på 7.7-11.1 mm (IGT). Sekundære endepunkter er at undersøge frekvensen af hypertension og dyslipidæmi hos patientgruppen. Derudover undersøges for evt. korrelation mellem graden af dysmetabolisme og karstivhed, a. carotis media tykkelse, plaque morfologi, plasma OPG, og fibulin-1. Praktiske muligheder for gennemførelse af projektet: Projektet vil forløbe som et samarbejde mellem hjerte-lunge-karkirurgisk afd. T, endokrinologisk afd. M samt afd. for biokemi og farmakologi KBF, OUH. Projektpatienter 6
vil blive rekvireret i forbindelse med indlæggelsen op til operation, alternativt allerede når patienterne ses i ambulatoriet og opskrives til operation. Rutineblodprøver og projektblodprøver vil blive foretaget af projektbioanalytiker og analyseres på KBF. Udstyr til måling af pulsbølgehastighed er ansøgt ved eksterne fonde og er indkøbt. Ultralydsmåler samt software til automatiseret måling af A. Carotis intima/ media tykkelse findes på afd. T, hvor undersøgelser og målinger på projektpatienter vil foregå. Oplæring i brug af ultralydsudstyr ved overlægerne afd. T er i gang og backup ved samme, såfremt en uerkendt betydende stenose måtte blive konstateret ved undersøgelsen, er aftalt. Pilotserie med ovenstående er foretaget august-oktober måned 2010 på 20 patienter. Statistik: Undersøgelser har som tidligere anført, vist at ca. 10% af en lignende patientgruppe som denne vil have uerkendt diabetes. Ud fra denne viden vurderes at inklusion af ca. 1400 patienter ville betyde at vi vil finde ca. 140 personer med uerkendt diabetes. En egentlig powerberegning med hensyn til sikkerhedsintervaller for prævalensmålet skønnes ikke relevant. Med henblik på vurdering af korrelationer mellem forskellige parametre og prediktion af graden af arteriestivhed og arteriosklerose (carotistykkelse) ud fra biokemiske og metaboliske data er det ikke let at udsige forudsætninger til powerberegninger. Det er imidlertid værd at nævne at en population over 1000 personer af denne type, karakteriseret både metabolisk og arterielt er svær at finde i den videnskabelige litteratur og til denne undersøgelse vil kunne danne grundlag for signifikante forskelle imellem de enkelte parametre. Yderligere vurderes et antal på 1400 deltagere som realistisk i henhold til tidsrammen for ph.d projektet. Med 7
hensyn til powerberegning i relation til associationsmål til den nye plasma markør er det ikke let at komme med estimater da vores kendskab til markørens variation er lavt. Projektstatus Indsamling af væv og indhentning af kliniske oplysninger på ovennævnte patientgrupper foregår allerede under to projektprotokoller, godkendt af lokal etisk komité. Protokollerne fokuserer særligt på indsamling af arterievævet til vores arterie-biobank. Vi har sammenskrevet disse protokoller til én. Indsamling af væv vil fortsat foregå, hvilket giver en meget stor fordel også for ovenstående projekt, idet der så er mulighed for at inddrage detaljerede kliniske oplysninger i undersøgelser af vævet og omvendt også at inddrage oplysninger om patienternes arterie histologi og biokemi i de skitserede kliniske studier. Kombination af ovennævnte kliniske karakteristik og opbygning af en arteriebank, med mulighed for applikation af moderne molekylære undersøgelser vil være unik. Tidsplan: 2011-2012: Indsamling af patientdata. 2013: Bearbejdelse af data, artikel og rapportudarbejdelse. Manuskript-planer: 1: Prevalence of type 2 diabetes and glucose intolerance in vascular surgery patients. Hansen, ML, Larsen, KE, Henriksen, JE Rasmussen, LM 2: Correlation between arterial stiffness and dysmetabolism in vascular surgery patients. Hansen, ML, Larsen, KE, Henriksen, JE Rasmussen, LM 8
3: Plasma OPG and plasma-fibulin-1 predict generalized arterial stiffness in patients undergoing vascular surgery. Hansen, ML, Larsen, KE, Rasmussen, LM Efter et par års opfølgning har vi planlagt artikler af typen: Predictors of 3 years outcome after vascular surgery. Hansen, ML, Larsen, KE, Rasmussen, LM Etik I forbindelse med undersøgelsen vil vi finde patienter med uerkendt diabetes. Dette vil blive meddelt patienterne med opfordring til at få afklaret eventuel behov for behandling. Projektet er godkendt af den lokale etiske komité i Region Syddanmark. Projektet er tilmeldt data-tilsynet. Medvirkende seniorforskere Hovedvejleder: Professor, overlæge, dr.med. Lars Melholt Rasmussen, Afdeling for Klinisk Biokemi og Farmakologi (KBF), Odense Universitetshospital. Medvejledere: Overlæge, Ph.D. Jan Erik Henriksen, Endokrinologisk Afdeling M, OUH Overlæge Karl-Egon Larsen, Hjerte- og karkirurgisk Afdeling, OUH. 9
1 Wilson PW, D'Agostino RB, Levy D, Belanger AM, Silbershatz H, Kannel WB. Prediction of coronary heart disease using risk factor categories. Circulation. 1998;97:1837 1847 2 Reaven GM. Insulin resistance and its consequences: non-insulin-dependent diabetes mellitus and coronary heart disease. In: LeRoith D, Taylor SI, Olefsky JM, eds. Diabetes Mellitus: A Fundamental and Clinical Text. Philadelphia, Pa: Lippincott-Raven Publishers; 1996:509 519 3 Peripheral Arterial Disease in People With Diabetes American Diabetes Association Clinical Diabetes October 2004 vol. 22 no. 4 181-189 4 Stone PH, Muller JE, Hartwell T, York BJ, Rutherford JD, Parker CB, Turi ZG, Strauss HW, Willerson JT, Robertson T, et al, the MILIS Study Group. The effect of diabetes mellitus on prognosis and serial left ventricular function after acute myocardial infarction: contribution of both coronary disease and diastolic left ventricular dysfunction to the adverse prognosis. J Am Coll Cardiol. 1989;14:49 57 5 Singer DE, Moulton AW, Nathan DM. Diabetic myocardial infarction: interaction of diabetes with other preinfarction risk factors. Diabetes. 1989;38:350 357 6 van Kuijk JP, Dunkelgrun M, Schreiner F, Flu WJ, Galal W, van Domburg RT, Hoeks SE, van Gestel YR, Bax JJ, Poldermans D. Preoperative oral glucose tolerance testing in vascular surgery patients: long-term cardiovascular outcome. Am Heart J. 2009 May;157(5):919-25 7 Michael Egstrup, Finn Lund Henriksen, Dan Eik Høfsten Brian Kloster Jensen, Jørgen Hangaard & Kenneth Egstrup. Forekomsten af patologisk glukosemetabolisme ved akut myokardieinfarkt på et dansk koronarafsnit. Ugeskr Læger 2008;170(11):942 8 Capes SE, Hunt D, Malmberg K, Gerstein HC. Stress hyperglycaemia and increased risk of death after myocardial infarction in patients with and without diabetes: a systematic overview. Lancet. 2000; 355: 773 778 9 Cardio.dk 10 Os I, Gudmundsdottir H, Kjeldsen SE, Oparil S. Treatment of isolated systolic hypertension in diabetes mellitus type 2. Diabetes Obes Metab. 2006 Jul;8(4):381-7. 11 Veikko Salomaa, MD, PhD; Ward Riley, PhD; Jeremy D. Kark, MD, PhD; Christopher Nardo, MPH; Aaron R. Folsom, MD. Non Insulin-Dependent Diabetes Mellitus and Fasting Glucose and Insulin Concentrations Are Associated With Arterial Stiffness Indexes. Circulation. 1995;91:1432-1443 10