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Despite important advances in diagnosis and treatment, heart failure (HF) remains a syndrome with substantial morbidity and dismal prognosis. Although implementation and optimization of existing technologies and drugs may lead to better management of HF, new or alternative strategies are desirable. In this regard, basic science is expected to give fundamental inputs, by expanding the knowledge of the pathways underlying HF development and progression, identifying approaches that may improve HF detection and prognostic stratification, and finding novel treatments. Here, we discuss recent basic science insights that encompass major areas of translational research in HF and have high potential clinical impact.
Aims
Heart failure (HF) leads to repeat hospitalisations and reduces the duration and quality of life. Pulmonary artery pressure (PAP)‐guided HF management using the CardioMEMS™ HF system was shown to be safe and reduce HF hospitalisation (HFH) rates in New York Heart Association (NYHA) class III patients. However, these findings have not been replicated in health systems outside the United States. Therefore, the CardioMEMS European Monitoring Study for Heart Failure (MEMS‐HF) evaluated the safety, feasibility, and performance of this device in Germany, The Netherlands, and Ireland.
Methods and results
A total of 234 NYHA class III patients (68 ± 11 years, 22% female, ≥1 HFH in the preceding year) from 31 centres were implanted with a CardioMEMS sensor and underwent PAP‐guided HF management. One‐year rates of freedom from device‐ or system‐related complications and from sensor failure (co‐primary outcomes) were 98.3% [95% confidence interval (CI) 95.8–100.0] and 99.6% (95% CI 97.6–100.0), respectively. Survival rate was 86.2%. For the 12 months post‐ vs. pre‐implant, HFHs decreased by 62% (0.60 vs. 1.55 events/patient‐year; hazard ratio 0.38, 95% CI 0.31–0.48; P < 0.0001). After 12 months, mean PAP decreased by 5.1 ± 7.4 mmHg, Kansas City Cardiomyopathy Questionnaire (KCCQ) overall/clinical summary scores increased from 47.0 ± 24.0/51.2 ± 24.8 to 60.5 ± 24.3/62.4 ± 24.1 (P < 0.0001), and the 9‐item Patient Health Questionnaire sum score improved from 8.7 ± 5.9 to 6.3 ± 5.1 (P < 0.0001).
Conclusion
Haemodynamic‐guided HF management proved feasible and safe in the health systems of Germany, The Netherlands, and Ireland. Physician‐directed treatment modifications based on remotely obtained PAP values were associated with fewer HFH, sustainable PAP decreases, marked KCCQ improvements, and remission of depressive symptoms.
Although heart failure following myocardial infarction (MI) represents a major health burden, underlying microstructural and functional changes remain incompletely understood. Here, we report on a case of unexpected MI after treatment with the catecholamine isoproterenol in an experimental imaging study in mice using different state-of-the-art imaging modalities. The decline in cardiac function was documented by ultrahigh-frequency echocardiography and speckle-tracking analyses. Myocardial microstructure was studied ex vivo at a spatial resolution of 100 × 100 × 100 μm\(^{3}\) using diffusion tensor magnetic resonance imaging (DT-MRI) and histopathologic analyses. Two weeks after ISO treatment, the animal showed an apical aneurysm accompanied by reduced radial strain in corresponding segments and impaired global systolic function. DT-MRI revealed a loss of contractile fiber tracts together with a disarray of remaining fibers as corresponding microstructural correlates. This preclinical case report provides valuable insights into pathophysiology and morphologic–functional relations of heart failure following MI using emerging imaging technologies.
Despite recent therapeutic advances the prognosis of heart failure remains poor. Recent research suggests that heart failure is a heterogeneous syndrome and that many patients have stimulating auto-antibodies directed against the second extracellular loop of the \(β_1\) adrenergic receptor \((β_1EC2)\). In a human-analogous rat model such antibodies cause myocyte damage and heart failure. Here we used this model to test a novel antibody-directed strategy aiming to prevent and/or treat antibody-induced cardiomyopathy. To generate heart failure, we immunised n = 76/114 rats with a fusion protein containing the human β1EC2 (amino-acids 195–225) every 4 weeks; n = 38/114 rats were control-injected with 0.9% NaCl. Intravenous application of a novel cyclic peptide mimicking \(β_1EC2\) (\(β_1EC2-CP\), 1.0 mg/kg every 4 weeks) or administration of the \(β_1-blocker\) bisoprolol (15 mg/kg/day orally) was initiated either 6 weeks (cardiac function still normal, prevention-study, n = 24 (16 treated vs. 8 untreated)) or 8.5 months after the 1st immunisation (onset of cardiomyopathy, therapy-study, n = 52 (40 treated vs. 12 untreated)); n = 8/52 rats from the therapy-study received \(β_1EC2-CP/bisoprolol\) co-treatment. We found that \(β_1EC2-CP\) prevented and (alone or as add-on drug) treated antibody-induced cardiac damage in the rat, and that its efficacy was superior to mono-treatment with bisoprolol, a standard drug in heart failure. While bisoprolol mono-therapy was able to stop disease-progression, \(β_1EC2-CP\) mono-therapy -or as an add-on to bisoprolol- almost fully reversed antibody-induced cardiac damage. The cyclo¬peptide acted both by scavenging free \(anti-β_1EC2-antibodies\) and by targeting \(β_1EC2\)-specific memory B-cells involved in antibody-production. Our model provides the basis for the clinical translation of a novel double-acting therapeutic strategy that scavenges harmful \(anti-β_1EC2-antibodies\) and also selectively depletes memory B-cells involved in the production of such antibodies. Treatment with immuno-modulating cyclopeptides alone or as an add-on to \(β_1\)-blockade represents a promising new therapeutic option in immune-mediated heart failure.
Herzinsuffizienz ist eine sehr häufige Erkrankung vor allem des höheren Lebensalters. Biomarker wie NT-proBNP, BNP, hsCRP haben neben ihrer Bedeutung für die Diagnose einer akuten Herzinsuffizienz einen großen Stellenwert in der Abschätzung der Prognose eines Patienten. Die prognostische Relevanz dieser Marker konnte auch bei nicht herzinsuffizienten, anderweitig kranken Patienten gezeigt werden. Unklar und wenig erforscht ist die Aussagekraft von Biomarkern in einem Kollektiv nicht akut dekompensierter Patienten, welche sich ambulant bei ihrem Hausarzt vorstellen. Die Handheld-BNP-Studie untersuchte im primärärztlichen Bereich das diagnostische Potential von BNP und der miniaturisierten Echokardiographie. Die vorliegende Follow-up-Studie untersucht die prognostische Relevanz von BNP sowie vergleichend den prognostischen Wert von NT-proBNP und der Kardiologendiagnose. Auch die prognostische Aussagekraft der inflammatorischen Marker hsCRP und TNF-ɑ, ebenso wie die Frage, ob durch eine Kombination der Marker die prognostische Abschätzung weiter gesteigerter werden kann, ist Gegenstand dieser Arbeit. Zuletzt wurde eine multivariate Regressionsanalyse durchgeführt, um den unabhängigen prognostischen Wert der Biomarker zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass bei diagnostisch naiven Patienten mit dem klinisch-anamnestischen Verdacht auf das Vorliegen einer Herzinsuffizienz das kardiale wie auch das nicht-kardiale Mortalitätsrisiko sowie die Rate an Hospitalisierungen gegenüber der Allgemeinbevölkerung gleichen Alters erhöht sind, unabhängig vom Vorliegen einer Herzinsuffizienz. Eine Bestimmung der Biomarker BNP, NT-proBNP, hsCRP und TNF-ɑ erwies sich in diesem Kollektiv als hilfreich, diejenigen mit erhöhtem Risiko zu erkennen.
Die Deletion des AT2-Rezeptors (AT2-KO) führt zu erhöhter Blutdruckempfindlichkeit und vaskulärer Hypertrophie durch Aktivitätszunahhme der P70S6-Kinase. Die Vasodilatation von Blutgefäßen wird maßgeblich durch beta1-adrenerge Rezeptoren vermittelt. Die Deletion von alpha2-adrenergen Rezeptoren (alpha2-KO) führt zur Entwicklung einer Herzinsuffizienz nach Aortenstenose. Der Mortalitätanstieg ist mit erhöhten Plasmanoradrenalin-Spiegeln (a2A-KO), bzw. Plasmaadrenalin-Spiegeln (a2C-KO) assoziiert.
Die Na+ /K+ -ATPase (NKA) ist maßgeblich an der Regulation der kardialen Na+ -Homöostase beteilligt. Im Myokard werden hauptsächlich zwei Isoformen exprimiert: die α1 (NKA-α1) und die α2-Isoform (NKA-α2). Diese beiden Isoformen unterscheiden sich sowohl in ihrer Lokalisation als auch in ihrer zellulären Funktion. So ist die NKA-α1 recht homogen entlang des Sarkolemms zu finden und ist verantwortlich für die Regulation der globalen intrazellulären Na+ -Konzentration ([Na+ ]i). Die NKA-α2 hingegen konzentriert sich hauptsächlich in den T-Tubuli und beeinflusst über Veränderung der lokalen [Na+ ]i die Ca2+ -Transienten und die Kontraktilität. Im Rahmen einer Herzinsuffizienz wurde eine verminderte Expression und Aktivität der NKA beobachtet. Gleichzeitig werden Inhibitoren der NKA, sogenannte Digitalisglykoside, in fortgeschrittenen Herzinsuffizienz-Stadien eingesetzt. Die Studienlage über den Einsatz dieser Therapeutika ist recht uneinheitlich und reicht von einer verringerten Hospitalisierung bis hin zu einer erhöhten Mortalität. Ziel dieser Arbeit war es die Folgen einer NKA-α2 Aktivierung während einer Herzinsuffizienz mit Hilfe eines murinen Überexpressionsmodells zu analysieren. 11-Wochen alte Mäuse mit einer kardialen NKA-α2 Überexpression (NKA-α2) und Wildtyp (WT) Versuchstiere wurden einem 8-wöchigen Myokardinfarkt (MI) unterzogen. NKA-α2 Versuchstiere waren vor einem pathologischem Remodeling und einer kardialen Dysfunktion geschützt. NKA-α2 Kardiomyozyten zeigten eine erhöhte Na+ /Ca2+ -Austauscher (NCX) Aktivität, die zu niedrigeren diastolischen und systolischen Ca2+ -Spiegeln führte und einer Ca2+ -Desensitisierung der Myofibrillen entgegenwirkte. WT Versuchstiere zeigten nach chronischem MI eine sarkoplasmatische Ca2+ -Akkumulation, die in NKA-α2 Kardiomyozyten ausblieb. Gleichzeitig konnte in der NKA-α2 MI Kohorte im Vergleich zu den WT MI Versuchstieren eine erhöhte Expression von β1-adrenergen Rezeptoren (β1AR) beobachtet werden, die eine verbesserte Ansprechbarkeit gegenüber β-adrenergen Stimuli bewirkte. Zudem konnte in unbehandelten Versuchstieren eine Interaktion zwischen NKA-α2 und dem β1AR nachgewiesen werden, welche in der WT Kohorte größer ausfiel als in der NKA-α2 Versuchsgruppe. Gleichzeitig zeigten unbehandelte NKA-α2 Kardiomyozyten eine erhöhte Sensitivität gegenüber β-adrenerger Stimulation auf, welche nicht mit einer erhöhten Arrhythmie-Neigung oder vermehrten Bildung reaktiver Sauerstoffspezies einherging. Diese Untersuchungen zeigen, dass eine NKA-α2 Überexpression vor pathologischem Remodeling und einer kardialen Funktionbeeinträchtigung schützt, indem eine systolische, diastolische und sarkoplasmatische Ca2+ -Akkumulation verhindert wird. Gleichzeitig wird die β1AR Expression stabilisert, wodurch es zu einer verminderten neurohumoralen Aktivierung und einer Durchbrechung des Circulus vitiosus kommen könnte. Insgesamt scheint eine Aktivierung der NKA-α2 durchaus ein vielversprechendes Target in der Herzinsuffizienz Therapie darzustellen.
Therapie darzustellen.
Heart failure is one of the growing causes of death especially in developed countries due to longer life expectancy. Although many pharmacological and instrumental therapeutic approaches have been introduced for prevention and treatment of heart failure, there are still limitations and challenges. Nuclear cardiology has experienced rapid growth in the last few decades, in particular the application of single photon emission computed tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET), which allow non-invasive functional assessment of cardiac condition including neurohormonal systems involved in heart failure; its application has dramatically improved the capacity for fundamental research and clinical diagnosis. In this article, we review the current status of applying radionuclide technology in non-invasive imaging of neurohormonal system in the heart, especially focusing on the tracers that are currently available. A short discussion about disadvantages and perspectives is also included.
Background: \(^{18}\)F-N-[3-bromo-4-(3-fluoro-propoxy)-benzyl]-guanidine (\(^{18}\)F-LMI1195) is a new class of PET tracer designed for sympathetic nervous imaging of the heart. The favorable image quality with high and specific neural uptake has been previously demonstrated in animals and humans, but intracellular behavior is not yet fully understood. The aim of the present study is to verify whether it is taken up in storage vesicles and released in company with vesicle turnover.
Results: Both vesicle-rich (PC12) and vesicle-poor (SK-N-SH) norepinephrine-expressing cell lines were used for in vitro tracer uptake studies. After 2 h of \(^{18}\)F-LMI1195 preloading into both cell lines, effects of stimulants for storage vesicle turnover (high concentration KCl (100 mM) or reserpine treatment) were measured at 10, 20, and 30 min. \(^{131}\)I-meta-iodobenzylguanidine (\(^{131}\)I-MIBG) served as a reference. Both high concentration KCl and reserpine enhanced \(^{18}\)F-LMI1195 washout from PC12 cells, while tracer retention remained stable in the SK-N-SH cells. After 30 min of treatment, 18F-LMI1195 releasing index (percentage of tracer released from cells) from vesicle-rich PC12 cells achieved significant differences compared to cells without treatment condition. In contrast, such effect could not be observed using vesicle-poor SK-N-SH cell lines. Similar tracer kinetics after KCl or reserpine treatment were also observed using 131I-MIBG. In case of KCl exposure, Ca\(^{2+}\)-free buffer with the calcium chelator, ethylenediaminetetracetic acid (EDTA), could suppress the tracer washout from PC12 cells. This finding is consistent with the tracer release being mediated by Ca\(^{2+}\) influx resulting from membrane depolarization.
Conclusions: Analogous to \(^{131}\)I-MIBG, the current in vitro tracer uptake study confirmed that \(^{131}\)F-LMI1195 is also stored in vesicles in PC12 cells and released along with vesicle turnover. Understanding the basic kinetics of \(^{18}\)FLMI1195 at a subcellular level is important for the design of clinical imaging protocols and imaging interpretation.
Background: Homoarginine is an amino acid derivative mainly synthesized in the kidney. It is suggested to increase nitric oxide availability, enhance endothelial function and to protect against cardiovascular diseases. We aimed to investigate the relation between homoarginine, kidney function and progression of chronic kidney disease (CKD).
Methods: We measured plasma homoarginine concentrations in baseline samples of the Mild to Moderate Kidney Disease (MMKD) Study, a prospective cohort study of 227 patients with CKD in Europe. Homoarginine concentrations were available in 182 of the baseline samples and in 139 of the prospectively-followed patients. We correlated homoarginine concentrations to parameters of kidney function. The association between homoarginine and progression of CKD was assessed during a follow-up of up to seven years (median 4.45 years, interquartile range 2.54-5.19) using Cox regression analysis. Progression of CKD was defined as doubling of baseline serum creatinine and/or end-stage renal disease.
Results: Study participants were at baseline on average 47 \(\pm\)13 years old and 65% were male. Mean \(\pm\) standard deviation of homoarginine concentrations were \(2.5 \pm 1.1 \mu mol/L\) and concentrations were incrementally lower at lower levels of GFR with mean concentrations of \(2.90 \pm 1.02 \mu mol/L\) (GFR. 90 ml/min), \(2.64 \pm 1.06 \mu mol/L\) (GFR 60-90 ml/min), \(2.52 \pm 1.24 \mu mol/L\) (GFR 30-60 ml/min) and \(2.05 \pm 0.78 \mu mol/L\) (GFR, 30 ml/min), respectively (p = 0.002). The age-and sex-adjusted risk to reach the renal endpoint was significantly higher by 62% with each decrease by one standard deviation (\(1.1 \mu mol/L\)) of homoarginine (HR 1.62, 95% CI 1.16-2.27, p = 0.005). This association was independent of proteinuria (HR 1.56, 95% CI 1.11-2.20, p = 0.01), and was slightly attenuated when adjusting for GFR (HR 1.40 (95% CI 0.98-1.98, p = 0.06).
Conclusions: Homoarginine concentrations are directly correlated with kidney function and are significantly associated with the progression of CKD. Low homoarginine concentrations might be an early indicator of kidney failure and a potential target for the prevention of disease progression which needs further investigations.
OBJECTIVES: This study evaluated the tolerability and feasibility of titration of 2 distinctly acting beta-blockers (BB) in elderly heart failure patients with preserved (HFpEF) and reduced (HFrEF) left ventricular ejection fraction.
BACKGROUND: Broad evidence supports the use of BB in HFrEF, whereas the evidence for beta blockade in HFpEF is uncertain.
METHODS: In the CIBIS-ELD (Cardiac Insufficiency Bisoprolol Study in Elderly) trial, patients >65 years of age with HFrEF (n = 626) or HFpEF (n = 250) were randomized to bisoprolol or carvedilol. Both BB were up-titrated to the target or maximum tolerated dose. Follow-up was performed after 12 weeks. HFrEF and HFpEF patients were compared regarding tolerability and clinical effects (heart rate, blood pressure, systolic and diastolic functions, New York Heart Association functional class, 6-minute-walk distance, quality of life, and N-terminal pro-B-type natriuretic peptide).
RESULTS: For both of the BBs, tolerability and daily dose at 12 weeks were similar. HFpEF patients demonstrated higher rates of dose escalation delays and treatment-related side effects. Similar HR reductions were observed in both groups (HFpEF: 6.6 beats/min; HFrEF: 6.9 beats/min, p = NS), whereas greater improvement in NYHA functional class was observed in HFrEF (HFpEF: 23% vs. HFrEF: 34%, p < 0.001). Mean E/e' and left atrial volume index did not change in either group, although E/A increased in HFpEF. CONCLUSIONS: BB tolerability was comparable between HFrEF and HFpEF. Relevant reductions of HR and blood pressure occurred in both groups. However, only HFrEF patients experienced considerable improvements in clinical parameters and Left ventricular function. Interestingly, beta-blockade had no effect on established and prognostic markers of diastolic function in either group. Long-term studies using modern diagnostic criteria for HFpEF are urgently needed to establish whether BB therapy exerts significant clinical benefit in HFpEF. (Comparison of Bisoprolol and Carvedilol in Elderly Heart Failure HF] Patients: A Randomised, Double-Blind Multicentre Study CIBIS-ELD]; ISRCTN34827306).
Aims
Inhibition of neprilysin and angiotensin II receptor by sacubitril/valsartan (Val) (LCZ696) reduces mortality in heart failure (HF) patients compared with sole inhibition of renin–angiotensin system. Beneficial effects of increased natriuretic peptide levels upon neprilysin inhibition have been proposed, whereas direct effects of sacubitrilat (Sac) (LBQ657) on myocardial Ca\(^{2+}\) cycling remain elusive.
Methods and results
Confocal microscopy (Fluo‐4 AM) was used to investigate pro‐arrhythmogenic sarcoplasmic reticulum (SR) Ca\(^{2+}\) leak in freshly isolated murine and human ventricular cardiomyocytes (CMs) upon Sac (40 μmol/L)/Val (13 μmol/L) treatment. The concentrations of Sac and Val equalled plasma concentrations of LCZ696 treatment used in PARADIGM‐HF trial. Epifluorescence microscopy measurements (Fura‐2 AM) were performed to investigate effects on systolic Ca\(^{2+}\) release, SR Ca\(^{2+}\) load, and Ca\(^{2+}\)‐transient kinetics in freshly isolated murine ventricular CMs. The impact of Sac on myocardial contractility was evaluated using in toto‐isolated, isometrically twitching ventricular trabeculae from human hearts with end‐stage HF. Under basal conditions, the combination of Sac/Val did not influence diastolic Ca\(^{2+}\)‐spark frequency (CaSpF) nor pro‐arrhythmogenic SR Ca\(^{2}\) leak in isolated murine ventricular CMs (n CMs/hearts = 80/7 vs. 100/7, P = 0.91/0.99). In contrast, Sac/Val treatment reduced CaSpF by 35 ± 9% and SR Ca\(^{2+}\) leak by 45 ± 9% in CMs put under catecholaminergic stress (isoproterenol 30 nmol/L, n = 81/7 vs. 62/7, P < 0.001 each). This could be attributed to Sac, as sole Sac treatment also reduced both parameters by similar degrees (reduction of CaSpF by 57 ± 7% and SR Ca2+ leak by 76 ± 5%; n = 101/4 vs. 108/4, P < 0.01 each), whereas sole Val treatment did not. Systolic Ca2+ release, SR Ca\(^{2+}\) load, and Ca\(^{2+}\)‐transient kinetics including SERCA activity (k\(_{SERCA}\)) were not compromised by Sac in isolated murine CMs (n = 41/6 vs. 39/6). Importantly, the combination of Sac/Val and Sac alone also reduced diastolic CaSpF and SR Ca\(^{2+}\) leak (reduction by 74 ± 7%) in human left ventricular CMs from patients with end‐stage HF (n = 71/8 vs. 78/8, P < 0.05 each). Myocardial contractility of human ventricular trabeculae was not acutely affected by Sac treatment as the developed force remained unchanged over a time course of 30 min (n trabeculae/hearts = 3/3 vs. 4/3).
Conclusion
This study demonstrates that neprilysin inhibitor Sac directly improves Ca\(^{2+}\) homeostasis in human end‐stage HF by reducing pro‐arrhythmogenic SR Ca\(^{2+}\) leak without acutely affecting systolic Ca\(^{2+}\) release and inotropy. These effects might contribute to the mortality benefits observed in the PARADIGM‐HF trial.
Background: International disease management guidelines recommend the regular assessment of depression and anxiety in heart failure patients. Currently there is little data on the effect of screening for depression and anxiety on the quality of life and the prognosis of heart failure (HF). We will investigate the association between the recognition of current depression/anxiety by the general practitioner (GP) and the quality of life and the patients' prognosis.
Methods/Design: In this multicenter, prospective, observational study 3,950 patients with HF are recruited by general practices in Germany. The patients fill out questionnaires at baseline and 12-month follow-up. At baseline the GPs are interviewed regarding the somatic and psychological comorbidities of their patients. During the follow-up assessment, data on hospitalization and mortality are provided by the general practice. Based on baseline data, the patients are allocated into three observation groups: HF patients with depression and/or anxiety recognized by their GP (P+/+), those with depression and/or anxiety not recognized (P+/-) and patients without depression and/or anxiety (P-/-). We will perform multivariate regression models to investigate the influence of the recognition of depression and/or anxiety on quality of life at 12 month follow-up, as well as its influences on the prognosis (hospital admission, mortality).
Discussion: We will display the frequency of GP-acknowledged depression and anxiety and the frequency of installed therapeutic strategies. We will also describe the frequency of depression and anxiety missed by the GP and the resulting treatment gap. Effects of correctly acknowledged and missed depression/anxiety on outcome, also in comparison to the outcome of subjects without depression/anxiety will be addressed. In case results suggest a treatment gap of depression/anxiety in patients with HF, the results of this study will provide methodological advice for the efficient planning of further interventional research.
Transgene Mausmodelle zur Charakterisierung der Funktion kardialer beta-adrenerger Rezeptoren
(2001)
In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion kardialer beta-adrenerger Rezeptoren mit Hilfe einer Kombination aus transgenen Mausmodellen und physiologischen und molekularbiologischen Methoden untersucht. Durch gezielte Überexpression des humanen beta1-adrenergen Rezeptors im Herzen transgener Mäuse konnte gezeigt werden, daß die chronische Aktivierung dieses Rezeptors eine trophische Wirkung auf die Herzmuskelzellen hat. Über einen Zeitraum von mehreren Monaten führte dies zur Entwicklung einer Herzinsuffizienz. In der menschlichen Herzinsuffizienz kommt es zu einem ähnlichen Phänomen: Durch deutlich erhöhte Freisetzung von endogenen Katecholaminen kommt es zu einer chronischen Dauerstimulation kardialer beta1-adrenerger Rezeptoren. Daß diese schädlich ist belegen das hier beschriebene Mausmodell und zudem einige neuere klinische Studien, die zeigen daß eine pharmakologische Blockade beta-adrenerger Rezeptoren zu einer Verminderung der Herzinsuffizienzmortalität führt. Dieses Mausmodell erlaubte es erstmals den beta1-adrenergen Rezeptor hinsichtlich seiner spontanen Rezeptoraktivität in einem physiologischen Modell zu untersuchen. Dabei zeigte sich, daß der humane beta1-adrenerge Rezeptor spontane Aktivität aufweist, jedoch in einem deutlich geringeren Ausmaß als der beta2-adrenerge Rezeptor. Dies könnte klinisch relevant sein, da klinisch verwendete beta-Rezeptor-Antagonisten die spontane Aktivität des beta1-adrenergen Rezeptors in unserem Modell unterschiedlich stark unterdrückten. In der vorliegenden Arbeit wurde zudem untersucht, ob sich die beiden kardial exprimierten Beta-Rezeptor-Subtypen Beta1 und Beta2 hinsichtlich ihrer Signaltransduktion unterscheiden. Ausgehend von dem Befund, daß die chronische Aktivierung der beiden Subtypen in transgenen Mausmodellen zu deutlich unterschiedlichen Phänotypen führt, wurden verschiedene intrazelluläre Signalwege auf ihre Aktivierung hin überprüft. Abweichend von publizierten, in vitro nach kurzzeitiger Rezeptorstimulation erhobenen Daten zeigte sich, daß die chronische Aktivierung der Rezeptorsubtypen zu einer unterschiedlichen Aktivierung der kardialen MAP-kinasen (ERK) führt. Die beta1-spezifische Aktivierung dieser Kinasen könnte die beobachtete unterschiedliche Hypertrophieentwicklung in diesen beiden Mausmodellen erklären. Einen weiteren Schwerpunkt bei der Aufklärung des Mechanismus beta-adrenerg induzierter Hypertrophie bildete die Untersuchung der zellulären Calcium-homöostase. Als früheste funktionelle Veränderung in der Entwicklung einer beta-adrenerg induzierten Herzhypertrophie und -insuffizienz trat dabei eine Störung des intrazellulären Calciumtransienten auf. Als möglicher Mechanismus für die Störung des Calciumhaushalts konnte eine zeitgleich auftretende veränderte Expression des Calcium-regulierenden Proteins Junctin beschrieben werden. Einen neuen therapeutischen Ansatz für die Therapie der Herzinsuffizienz könnten schließlich vielleicht die Untersuchungen zum kardialen Na/H-austauscher ergeben: Es konnte erstmals gezeigt werden, daß der kardiale Na/H-Austauscher maßgeblich an der beta-adrenerg induzierten Herzhypertrophie- und Fibrose-entstehung beteiligt ist und daß die pharmakologische Inhibition dieses Proteins sowohl Hypertrophie als auch die Fibrose wirksam unterdrücken kann.
Die Prävalenz der chronisch obstruktiven pulmonalen Erkrankung (COPD) bei der systolischen Herzinsuffizienz (HF) wird in der Literatur mit bis zu 20-30% angegeben. Die meisten Publikationen leiteten die Diagnose einer COPD aus anamnestischen Angaben ab, die tatsächliche Prävalenz der spirometrisch bestätigten COPD bei komorbider Herzinsuffizienz war bislang unklar. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Anteile der Patienten mit anamnestischer COPD sowie mit spirometrisch verifizierter Obstruktiver Ventilationsstörung (OVS) bei einer großen Kohorte von Patienten mit systolischer Herzinsuffizienz zu ermitteln, Charakteristika beider Patientengruppen miteinander zu vergleichen und geschlechtsspezifische Unterschiede aufzudecken. Im Rahmen einer retrospektiven Substudie der INH (Interdisziplinäres Netzwerk Herzinsuffizienz) - Studie wurden Lungenfunktionsanalysen, echokardiographische und anamnestische Befunde von insgesamt 632 Patienten ausgewertet. Die Patienten stellten sich hierzu 6 Monate nach stationärer Behandlung, die aufgrund einer kardialen Dekompensation erfolgt war, in der Herzinsuffizienzambulanz der Universitätsklinik vor. Die Prävalenz der anamnestischen COPD lag in unserem Kollektiv bei 24%. Spirometrisch liess sich eine Obstruktion aber nur bei 16% aller Patienten (98/632) bestätigen. Der positiv prädiktive Wert der anamnestischen COPD zur Vorhersage der spirometrisch bestätigen Atemwegsobstruktion lag mit 0,32 noch unterhalb der zufälligen Ratewahrscheinlichkeit von 0,5. Damit war die anamnestische COPD in 68% der Fälle nicht zutreffend diagnostiziert. Eine COPD konnte zudem bei mehr als der Hälfte aller Patienten mit anamnestischer COPD (83/151, entsprechend 55%), spirometrisch ausgeschlossen werden. Bei Patientinnen mit anamestischer COPD war eine häufigere Einnahme von Schleifendiuretika bei vermehrtem Auftreten klinischer Stauungszeichen zu verzeichnen. Ferner erhielten Frauen (72 vs. 89%, P<0,01), nicht jedoch Männer mit OVS weniger häufig einen Betablocker, was sowohl als Ursache als auch als Konsequenz einer häufigeren (subklinischen) kardialen Dekompensation angesehen werden könnte. Weitere Hinweise darauf, dass v.a. bei Frauen oft keine „echte“, auf Nikotinabusus zurückzuführende COPD vorlag, finden sich bei der Betrachtung des Nichtraucheranteils bei der geschlechtsvergleichenden Analyse Frauen vs. Männer (66,7 vs. 26,5; P<0,01) bzw. bei der Subgruppenanalyse Frauen mit vs. ohne OVS (72,7 vs. 73,5; P=0,57). Die Komorbidität von OVS und Herzinsuffzienz hatte hingegen bei Männern besonders auf die physische Komponente der Lebensqualität negative Auswirkungen (SF 36 Physische Funktion Männer mit vs. ohne OVS 50 vs. 62, P<0,01). In einer Subgruppenanalyse von 278 Patienten, die aufgrund einer kardialen Dekompensation stationär behandelt wurden, und von denen bei 52 denen während des Aufenthaltes spirometrisch eine OVS festgestellt wurde, war die Obstruktion 6 Monate nach Entlassung bei der Hälfte der Patienten nicht mehr nachweisbar. In der multivariaten logistischen Regression waren nur bodyplethysmographischen Parameter wie das Residualvolumen (RLV), das Intrathorakale Gasvolumen (ITGV) und die Totale Lungenkapazität (TLC), nicht jedoch die spirometrischen Messparameter FEV1, FVC und FEV1/FVC prädiktiv für die Persistenz der OVS 6 Monate nach Entlassung. Unsere Daten belegen, dass bei Herzinsuffizienz die anamnestische COPD nur unzureichend mit der spirometrisch nachgewiesenen Obstruktion korreliert. Die COPD bei Herzinsuffizienz wird häufig überschätzt und somit ohne Indikation mit inhalativen Antiobstruktiva therapiert. Auch kommen Betablocker entgegen den Empfehlungen der Leitlinien bei Vorhandensein einer obstruktiven Ventilationsstörung sowie einer Herzinsuffizienz bei Frauen seltener zum Einsatz. Oft ist eine kardiale Stauung und nicht die COPD Ursache einer nachweisbaren Obstruktion. Zur korrekten Diagnose bei OVS und vermuteter kardialer Stauung sind Parameter der Bodyplethysmographie wie das RLV oder ITGV, die bei Erhöhung einen verlässlichen Hinweis auf eine zugrunde liegende COPD liefern, hilfreich. Nach diesen Daten erscheint bei Herzinsuffizienzpatienten mit Verdacht auf eine obstruktive Lungenerkrankung nach bestmöglicher Rekompensation und vor Beginn einer medikamentösen anti-obstruktiven Therapie die Durchführung einer Lungenfunktionsuntersuchung mit Spirometrie und Bodyplethysmographie grundsätzlich indiziert.
Background
The importance of chronic kidney disease (CKD) and anaemia has not been comprehensively studied in asymptomatic patients at risk for heart failure (HF) versus those with symptomatic HF. We analysed the prevalence, characteristics and prognostic impact of both conditions across American College of Cardiology/American Heart Association (ACC/AHA) precursor and HF stages A–D.
Methods and results
2496 participants from three non-pharmacological German Competence Network HF studies were categorized by ACC/AHA stage; stage C patients were subdivided into C1 and C2 (corresponding to NYHA classes I/II and III, respectively). Overall, patient distribution was 8.1%/35.3%/32.9% and 23.7% in ACC/AHA stages A/B/C1 and C2/D, respectively. These subgroups were stratified by the absence ( – ) or presence ( +) of CKD (estimated glomerular filtration rate [eGFR] < 60 mL/min/1.73m2) and anaemia (haemoglobin in women/men < 12/ < 13 g/dL). The primary outcome was all-cause mortality at 5-year follow-up. Prevalence increased across stages A/B/C1 and C2/D (CKD: 22.3%/23.6%/31.6%/54.7%; anaemia: 3.0%/7.9%/21.7%/33.2%, respectively), with concordant decreases in median eGFR and haemoglobin (all p < 0.001). Across all stages, hazard ratios [95% confidence intervals] for all-cause mortality were 2.1 [1.8–2.6] for CKD + , 1.7 [1.4–2.0] for anaemia, and 3.6 [2.9–4.6] for CKD + /anaemia + (all p < 0.001). Population attributable fractions (PAFs) for 5-year mortality related to CKD and/or anaemia were similar across stages A/B, C1 and C2/D (up to 33.4%, 30.8% and 34.7%, respectively).
Conclusions
Prevalence and severity of CKD and anaemia increased across ACC/AHA stages. Both conditions were individually and additively associated with increased 5-year mortality risk, with similar PAFs in asymptomatic patients and those with symptomatic HF.
Herzinfarkt und seine Folgen, insbesondere die Herzhypertrophie und die daraus resultierende Herzinsuffizienz stellen trotz großer Fortschritte in der Therapie immer noch die Haupttodesursache in den Industrieländern dar. Man hat in den letzten Jahren viele Pathomechanismen der Entstehung der Hypertrophie entdeckt. Seitdem es möglich ist, die molekularen Vorgänge einzelner Zellen zu erforschen, hat sich ein Augenmerk der Zellforschung auf enzymatische Signalwege in Zellen gelegt. Man konnte feststellen, dass das Wachstum einer Zelle auf der Induktion verschiedenster Enzymkaskaden unter Beteiligung mannigfaltiger Kinasen und Proteine beruht. Die einzelnen Schritte sind weitestgehend ungeklärt und vor allem die Kooperation und das Zusammenwirken einzelner Auslöser und Schlüsselenzyme sind bisher nur in groben Zügen bekannt. Eines der Schlüsselproteine im Zellwachstum und in der Übermittlung von Informationen von Zelle zu Zelle und Zellumgebung in das Zellinnere und umgekehrt stellt die Gruppe der Integrine dar. Die Beteiligung dieser bei verschiedensten physiologischen Prozessen wie Organwachstum, Angiogenese und Adaption an neue Anforderungen an den Körper wurde nachgewiesen. Sie stehen in enger Kooperation mit anderen intrazellulären und extrazellulären Proteinen und leiten Signale über Kinasen wie beispielsweise die Tyrosinkinasen FAK und Src weiter und stellen somit eine Schaltzentrale zellulärer Adaption dar. Dies trifft auch auf zahlreiche pathologische Prozesse zu,so zum Beispiel Neoplasien und eben Herzhypertrophie. Man hat in zahlreichen Forschungsprojekten den Zusammenhang von Integrinen und ihren Subtypen mit der Entstehung von Herzhypertrophie festgestellt. Dies betraf bisher vor allem die Integrine β1 und β3. In dieser Arbeit nun konnte ein enger Zusammenhang von Herzhypertrophie im Rahmen von Herzinfarkt am Mausmodel und dem Integrin αv festgestellt werden. Dies konnte durch direkte Untersuchungen in vivo mittels Herzecho als auch in vitro mittels Histologie am Gewebe gezeigt werden, da eine Hypertrophie nur bei den Tieren vorkam, die keinen Integrin-αv-Antagonisten verabreicht bekommen hatten. Die Gruppe ohne funktionsfähiges Integrin αv dagegen entwickelte keine Adaption an die veränderten pathologischen Verhältnisse und hypertrophierte nicht. Weiterhin konnte man die molekularen Veränderungen und die intrazelluläre Signalverarbeitung im Western Blot und an Gefrierschnitten darstellen und zeigen, dass die Aktivierung von Src, FAK und ERK-1/2-Kinase bei integrin-αvβ5-inhibierten Tieren ausbleibt. Da gleichzeitig bei den Tieren mit funktionstüchtigem Integrin β5 eine Zunahme phosphorylierter Kinasen nachgewiesen werden konnte, muss man von einer entscheidenden Rolle dieses Integrins an der Weiterleitung von Signalen im hypertrophierenden Herz ausgehen. Integrin αv hat nach diesen Ergebnissen einen mitentscheidenden Einfluss auf die Entstehung von Herzhypertrophie nach Myokardinfarkt. Dies bietet neue Chancen und Alternativen in der Therapie von Folgeschäden nach Myokardinfarkt. Das Ausschalten von αv führte zu einer erhöhten Mortalität der Tiere mit Infarkt. Allerdings war das zu erwarten, da jedwede Kompensierung im kranken Herzen ausblieb. Eine gewisse konsekutive Herzwandverdickung jedoch ist erwünscht (LaPlace) und für das Überleben notwendig. Ebenso konnte man erkennen, dass die Substanz bei gesunden Mäusen keinen Schaden anrichtet. Sie scheint sogar einen positiven Effekt auf die Pumpleistung des Herzens zu haben. Als neue Untersuchung wäre es daher empfehlenswert, den Tieren die Substanz erst zu verabreichen, wenn die Akutphase des Myokardinfarktes überstanden ist und ein gewisser Hypertrophieprozess eingetreten ist. Es ist durchaus plausibel, davon auszugehen, dass die zu einem späteren Zeitpunkt verabreichte Substanz in der Lage sein könnte, eine übermäßige Hypertrophie zu vermeiden. Dies würde bedeuten, dass man eine neuartige Medikation entwickeln könnte, die einen wichtigen Basispfeiler zur Vermeidung von chronischem Herzversagen nach Herzinfarkt darstellen könnte. Mit gezielter Hemmung einzelner Wachstumsstimulatoren von Zellen wäre man in der Lage, Zellwachstum gezielt zu regulieren, und somit eine physiologische Adaption an pathologische Prozesse zu erreichen
Establishing a cardiac training group for patients with heart failure: the "HIP-in-Würzburg" study
(2022)
Background
Exercise training in heart failure (HF) is recommended but not routinely offered, because of logistic and safety-related reasons. In 2020, the German Society for Prevention&Rehabilitation and the German Society for Cardiology requested establishing dedicated ""HF training groups."" Here, we aimed to implement and evaluate the feasibility and safety of one of the first HF training groups in Germany.
Methods
Twelve patients (three women) with symptomatic HF (NYHA class II/III) and an ejection fraction ≤ 45% participated and were offered weekly, physician-supervised exercise training for 1 year. Patients received a wrist-worn pedometer (M430 Polar) and underwent the following assessments at baseline and after 4, 8 and 12 months: cardiopulmonary exercise test, 6-min walk test, echocardiography (blinded reading), and quality of life assessment (Kansas City Cardiomyopathy Questionnaire, KCCQ).
Results
All patients (median age [quartiles] 64 [49; 64] years) completed the study and participated in 76% of the offered 36 training sessions. The pedometer was worn ≥ 1000 min per day over 86% of the time. No cardiovascular events occurred during training. Across 12 months, NT-proBNP dropped from 986 pg/ml [455; 1937] to 483 pg/ml [247; 2322], and LVEF increased from 36% [29;41] to 41% [32;46]%, (p for trend = 0.01). We observed no changes in exercise capacity except for a subtle increase in peak VO2% predicted, from 66.5 [49; 77] to 67 [52; 78]; p for trend = 0.03. The physical function and social limitation domains of the KCCQ improved from 60 [54; 82] to 71 [58; 95, and from 63 [39; 83] to 78 [64; 92]; p for trend = 0.04 and = 0.01, respectively. Positive trends were further seen for the clinical and overall summary scores.
Conclusion
This pilot study showed that the implementation of a supervised HF-exercise program is feasible, safe, and has the potential to improve both quality of life and surrogate markers of HF severity. This first exercise experiment should facilitate the design of risk-adopted training programs for patients with HF.
Aims
There is an ongoing discussion whether the categorization of patients with heart failure according to left ventricular ejection fraction (LVEF) is scientifically justified and clinically relevant. Major efforts are directed towards the identification of appropriate cut-off values to correctly allocate heart failure-specific pharmacotherapy. Alternatively, an LVEF continuum without definite subgroups is discussed. This study aimed to evaluate the natural distribution of LVEF in patients presenting with acutely decompensated heart failure and to identify potential subgroups of LVEF in male and female patients.
Methods and results
We identified 470 patients (mean age 75 ± 11 years, n = 137 female) hospitalized for acute heart failure in whom LVEF could be quantified by Simpson's method in an in-hospital echocardiogram. Non-parametric modelling revealed a bimodal shape of the LVEF distribution. Parametric modelling identified two clusters suggesting two LVEF peaks with mean (variance) of 61% (9%) and 31% (10%), respectively. Sub-differentiation by sex revealed a sex-specific bimodal clustering of LVEF. The respective threshold differentiating between ‘high’ and ‘low’ LVEF was 45% in men and 52% in women.
Conclusions
In patients presenting with acute heart failure, LVEF clustered in two subgroups and exhibited profound sex-specific distributional differences. These findings might enrich the scientific process to identify distinct subgroups of heart failure patients, which might each benefit from respectively tailored (pharmaco)therapies.
Die Pathophysiologie der chronischen Herzinsuffizienz nach Myokardinfarkt ist bestimmt durch neurohumorale Aktivierung und durch Umbauprozesse sowohl in der Infarktregion als auch im überlebenden Myokard, dem sog. ventrikulären Remodeling. Dieses ist charakterisiert durch Myokardhypertrophie, reaktive Fibrose und linksventrikuläre Dysfunktion und Dilatation. Welche Rolle hierbei einer verminderten Bioverfügbarkeit von Stickstoffmonoxid (NO) und einer veränderten Expression der NO-Synthasen (NOS) zukommt, ist Gegenstand intensiver Forschung. Man unterscheidet drei Isoformen der NO-Synthasen, wobei der eNOS im kardiovaskulären System vermutlich die größte Bedeutung zukommt. Das neu entwickelte Medikament AVE9488 steigert die eNOS-Transkription. Die vorliegende Arbeit sollte folgende Fragen beantworten: Kann durch die Behandlung mit AVE9488 eine Verbesserung von linksventrikulärem Remodeling und Dysfunktion nach Myokardinfarkt bei Ratten erzielt werden, und wie verändern sich eNOS-Expression und -Aktivität? Männliche Wistar-Ratten wurden ab dem siebten Tag nach Koronarligatur oder Scheinoperation mit AVE9488 oder Placebo behandelt. Nach neun Wochen wurden hämodynamische Messungen durchgeführt und anschließend das Herz entnommen. Nach Myokardinfarkt fanden sich Zeichen einer ausgeprägten linksventrikulären Dysfunktion und charakteristische Veränderungen der linksventrikulären Morphologie im Sinne einer Hypertrophie und Fibrose. Darüber hinaus zeigte sich eine erhöhte Genexpression von ANP und BNP als Marker einer Herzinsuffizienz. Signifikant reduziert war hingegen die Expression der phosphorylierten und damit aktivierten Form der eNOS nach Myokardinfarkt, ebenso wurde eine verminderte NOS-Aktivität gemessen. Im Vergleich zur Placebo-Gruppe verbesserte die Behandlung mit AVE9488 zahlreiche Parameter der linksventrikulären Funktion, reduzierte das linksventrikuläre endsystolische ebenso wie das enddiastolische Volumen und verringerte die rechtsventrikuläre Hypertrophie. Des Weiteren fanden sich eine reduzierte ANP- und BNP-Expression sowie eine verminderte Kollagenmenge im linken Ventrikel. Insgesamt ließ sich somit eine deutliche Verbesserung von linksventrikulärem Remodeling und Dysfunktion feststellen. Die Behandlung mit AVE9488 erhöhte die Gen- und Proteinexpression der eNOS. Zudem besserte sie die nach Myokardinfarkt reduzierte eNOS-Phosphorylierung und die NOS-Aktivität. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass AVE9488 durch Beeinflussung von Expression, Phosphorylierung und Aktivität der eNOS positive Effekte am erkrankten Herzen nach Myokardinfarkt hervorrufen kann. Dies steht im Einklang mit der in zahlreichen Arbeiten beschriebenen kardioprotektiven Wirkung von eNOS-generiertem NO.