A study of microcirculation and endothelial function in patients with essential arterial hypertension

INTRODUCTION: Essential hypertension (EH) is inextricably associated with the development of structural and functional alterations of micro- and macrovasculature. The study of microvascular alterations has contributed significantly to the investigation of the pathophysiology of hypertension and classification of cardiovascular risk. In EH, endothelial dysfunction is among the earliest mechanisms holding a central role in the pathogenesis of microvascular damage. Endothelial microvesicles (EMVs) represent an established marker of endothelial damage while platelet microvesicles (PMVs) are also activated in the thromboinflammatory environment of endothelial dysfunction. Up to now, limited data exist regarding EMVs and PMVs in the field of hypertension, whereas no study exists in masked hypertension (MH) which is a hypertensive phenotype of enhanced cardiovascular risk. Skin microcirculation is a very accessible vascular bed that is commonly regarded as a window mirroring generalized microvascular function, since its alterations have been correlated with alterations in other vascular beds. Laser speckle contrast imaging (LSCI) is a dynamic technique that allows for the evaluation of skin microvascular function in real time. Up to now, it has not been used in studies of newly diagnosed hypertensive patients including masked hypertensives. ΑΙΜ: Therefore, the present study aimed to investigate skin microcirculation and endothelial function in newly diagnosed patients with EH including masked hypertensives. METHODS: The study included patients with newly diagnosed EH that did not receive antihypertensive medication (HTs) and otherwise healthy normotensive individuals (NTs). For all participants anthropometric data were recorded along with measurement of blood pressure (BP) (office, 24h ambulatory peripheral and central) and standard blood analysis (complete blood count, biochemical profile). Based on office and ambulatory BP monitoring (ABPM) profiles, hypertensive patients were further stratified into patients with sustained hypertension (SHTs) and masked hypertension (MHTs). Skin microcirculation was evaluated at the level of the forearm of each participant by using the LSCI technique combined with post-occlusive reactive hyperemia (PORH) method. Endothelial function was evaluated by measuring levels of EMVs by flow cytometry in a smaller subpopulation of HTs and NTs. In addition, plasma levels of PMVs were measured. RESULTS: We studied 130 individuals of whom 90 HTs (aged 49.7 ± 8.8 years) and 40 ΝΤs (aged 48.5 ± 8.5 years) matched for age, sex, body mass index (BMI) and smoking. As expected, HTs had higher BP (systolic BP [SBP] and diastolic BP [DBP]) compared to NTs, including office BP (p<0.001) and ambulatory 24h, day and night peripheral and central BP (p<0.001). Baseline characteristics and laboratory parameters did not differ between groups. Compared to NTs, ΗΤs presented impaired skin microvascular function as depicted by several skin microvascular function parameters including peak time (p=0.005), peak flux (p=0.046), baseline to peak flux (p<0.001), baseline CVC (p=0.024), peak CVC (p<0.001) and PORH amplitude (p<0.001). On the contrary, baseline and occlusion flux did not differ between groups. In further analysis according to hypertension phenotypes, HTs were divided in two groups, namely 70 SHTs and 20 MHΤs. As expected, SHTs presented higher office BP compared to MHTs and NTs (p<0.001). In addition, SHTs presented higher ambulatory peripheral and central BP of 24h, day and night compared to MHTs and NTs (p<0.001). In addition, MHTs presented higher ambulatory 24h, day and night peripheral and central BP compared to NTs (p<0.001, p=0.016 for peripheral night SBP) except peripheral night DBP and central night SBP and DBP. Baseline characteristics and laboratory parameters did not differ between groups except HDL which was lower in SHTs compared to MHTs (p=0.015). SHTs presented lower peak time compared to MHTs and NTs (p=0.002). In addition, SHTs presented lower baseline to peak flux (p<0.001), baseline CVC (p=0.01), peak CVC (p<0.001) and PORH amplitude (p<0.001) compared to NTs and lower baseline CVC (p=0.028) and peak CVC (p=0.015) compared to MHTs. Finally, MHTs presented lower baseline to peak flux (p=0.013) and PORH amplitude (p=0.022) compared to NTs. On the contrary, baseline flux, occlusion flux και peak flux did not differ between groups.Baseline to peak flux was negatively associated with smoking (r=-0.264, p=0.002), total cholesterol (r=-0.287, p=0.001), triglycerides (r=-0.210, p=0.016) and LDL (r=-0.279, p=0.001). PORH amplitude was negatively associated with smoking (r=-0.282, p=0.001) and total cholesterol (r=-0.190, p=0.030). Both parameters were negatively associated with all BP values, including office BP, ambulatory peripheral and central 24h, day and night BP (r=-0.376 to r=-0.242 for baseline to peak flux, p<0.001; p=0.005 for office BP; p=0.002 for ambulatory central 24h-day SBP; p=0.004 for ambulatory central night SBP/ r=-0.516 to r=-0.424 for PORH amplitude, p<0.001). In multivariate analysis, hypertension (Beta: -0.318, p<0.001 for baseline to peak flux; Beta: -0.422, p<0.001 for PORH amplitude) remained the major independent factor predicting impaired skin microvascular function.ΕΜVs και PMVs were measured in a subpopulation of 59 HTs and 27 NTs. Levels of EMVs were higher in HTs compared to NTs (181.5 [155.1 – 238.3] vs 152.2 [117.6 – 194.8], p=0.004). On the contrary, levels of PMVs did not differ between groups. In further analysis according to hypertension phenotypes, plasma levels of EMVs and PMVs were compared between 44 SHTs, 15 MHTs and 27 NTs. EMVs were higher in SHTs (174.5 [152.8 – 235.6] vs 152.2 [117.6 – 194.8], p≤0.05) and MHTs (201.7 [175.0 – 259.8] vs 152.2 [117.6 – 194.8], p ≤0.05) compared to NTs. Contrariwise, EMVs did not differ between SHTs and MHTs. In addition, plasma levels of PMVs did not differ between groups. Levels of EMVs were positively associated with all ambulatory peripheral BP values (r=0.214 to r=0.284, p<0.05; p<0.01 for day SBP) except night DBP. Furthermore, EMVs were positively associated with ambulatory central 24h DBP (r=0.262, p<0.05), central day DBP (r=0.251, p<0.05) and central night DBP (r=0.247, p<0.05). Notably, levels of EMVs did not associate with any skin microvascular function parameter.CONCLUSIONS: It was shown for the first time that ΗΤs present impaired skin microvascular function compared to NTs, when evaluated with LSCI combined with PORH. In addition, it was shown for the first time that ΜΗΤs, which consist of a phenotype of particularly increased cardiovascular risk, present impaired skin microvascular function compared to NTs but not compared to SHTs. These findings highlight the potential utility of the LSCI technique as a non-interventional tool for the assessment of skin microvascular bed, already from the early stages of hypertension as well as for the detection of early, subclinical, microvascular damage in MH. In addition, a negative association was demonstrated between skin microvascular function and all BP values (office, ambulatory peripheral and central). Notably, hypertension remained the single most important independent predictor of impaired skin microvascular function. These findings confirm for the first time the inextricable relationship between high BP and skin microvascular damage and suggest that impaired skin microvascular function could reflect the severity of hypertension in untreated hypertensive patients. At the same time, they highlight the potential to expand the existing role of skin microcirculation from being a mirror of generalized microvascular function towards a broader, surrogate vascular biomarker. Moreover, significantly higher plasma levels of EMVs were found in HTs compared to NTs, a finding that confirms the existence of endothelial damage from the very early stages of hypertension. Likewise, significantly higher levels of plasma EMVs were found in MHTs compared to ΝΤs but not compared to SHTs. This finding suggests that endothelial damage pre-exists in MH, and it is of the same magnitude as in sustained hypertension, further supporting a novel mechanism in the pathophysiology of increased cardiovascular risk that accompanies this phenotype. Μoreover, plasma levels of EMVs were positively associated with ambulatory peripheral and central BP, a finding suggesting that high BP has a direct impact on EMVs. Finally, skin microvascular function does not associate with levels of EMVs.EΙΣΑΓΩΓΗ: Η αρτηριακή υπέρταση (ΑΥ) συνδέεται άρρηκτα με την εμφάνιση δομικών και λειτουργικών διαταραχών στα αγγεία της μακρο- και μικροκυκλοφορίας. Η μελέτη των διαταραχών της μικροκυκλοφορίας έχει συμβάλλει σημαντικά στη διερεύνηση της παθοφυσιολογίας της ΑΥ και τη σταδιοποίηση του καρδιαγγειακού κινδύνου. Μεταξύ των πρωιμότερων μηχανισμών που διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στην παθογένεση της μικροαγγειακής βλάβης στην ΑΥ είναι η ενδοθηλιακή δυσλειτουργία. Τα ενδοθηλιακά μικροσωματίδια (EMVs) αποτελούν ένα εδραιωμένο δείκτη ενδοθηλιακής βλάβης ενώ και τα αιμοπεταλιακά μικροσωματίδια (PMVs) ενεργοποιούνται στο θρομβωφλεγμονώδες περιβάλλον της ενδοθηλιακής δυσλειτουργίας. Επί του παρόντος, υπάρχουν περιορισμένα δεδομένα για τα EMVs και PMVs στο πεδίο της υπέρτασης και καμία μελέτη στη συγκεκαλυμμένη υπέρταση που αποτελεί έναν φαινότυπο ιδιαίτερα αυξημένου καρδιαγγειακού κινδύνου. Η δερματική μικροκυκλοφορία είναι μία εξαιρετικά προσβάσιμη αγγειακή κοίτη που θεωρείται συχνά ως ένα παράθυρο γενικευμένης μικροαγγειακής λειτουργίας, καθώς οι βλάβες της έχουν συσχετιστεί με βλάβες σε άλλες αγγειακές κοίτες. Η τεχνική της απεικόνισης κοκκιώδους αντίθεσης με laser (LSCI) είναι μια δυναμική τεχνική που επιτρέπει την εκτίμηση της δερματικής μικροαγγειακής λειτουργίας σε αληθινό χρόνο. Επί του παρόντος, δεν έχει χρησιμοποιηθεί σε νεοδιαγνωσθέντες υπερτασικούς ασθενείς και ασθενείς με συγκεκαλυμμένη υπέρταση.ΣΚΟΠΟΣ: Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση της δερματικής μικροκυκλοφορίας και της ενδοθηλιακής λειτουργίας σε νεοδιαγνωσθέντες ασθενείς με ιδιοπαθή ΑΥ συμπεριλαμβανομένων ασθενών με συγκεκαλυμμένη υπέρταση.ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ: Μελετήθηκαν ασθενείς με πρώτη διάγνωση ΑΥ οι οποίοι δεν ελάμβαναν αντιυπερτασική αγωγή (HTs) και υγιείς, νορμοτασικοί εθελοντές (NTs). Σε όλους τους συμμετέχοντες έγινε καταγραφή σωματομετρικών στοιχείων, μέτρηση της αρτηριακής πίεσης (ΑΠ) (ιατρείου, 24ωρης περιπατητικής περιφερικής και κεντρικής) καθώς και λήψη αίματος για προσδιορισμό βασικών αιματολογικών παραμέτρων (γενική αίματος, βιοχημικό προφίλ). Με βάση το φαινότυπο υπέρτασης, όπως αυτός προέκυψε από τις μετρήσεις ΑΠ ιατρείου και από την 24ωρη περιπατητική καταγραφή της αρτηριακής πίεσης, οι HTs κατηγοριοποιήθηκαν περαιτέρω σε δύο ομάδες, τους ασθενείς με αληθή υπέρταση (SHTs) και συγκεκαλυμμένη υπέρταση (MHΤs). Η δερματική μικροκυκλοφορία εκτιμήθηκε στον πήχυ κάθε συμμετέχοντος με την τεχνική LSCI σε συνδυασμό με τη μέθοδο της μετα-αποφρακτικής αντιδραστικής υπεραιμίας (PORH). Η ενδοθηλιακή λειτουργία εκτιμήθηκε με τον προσδιορισμό των επιπέδων των EMVs με πρωτόκολλο κυτταρομετρίας ροής σε έναν μικρότερο υποπληθυσμό υπερτασικών και μαρτύρων. Επιπρόσθετα, προσδιορίστηκαν τα επίπεδα των PMVs.ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Συνολικά μελετήθηκαν 130 άτομα, εκ των οποίων 90 HTs (μέση ηλικία 49,7 ± 8,8 έτη) και 40 ΝΤs (μέση ηλικία 48,5 ± 8,5 έτη) συνταιριασμένοι ως προς την ηλικία, το φύλο, το δείκτη μάζας σώματος και το κάπνισμα. Όπως αναμενόταν, οι HTs παρουσίασαν σημαντικά υψηλότερες τιμές ΑΠ (συστολική ΑΠ [ΣΑΠ] και διαστολική ΑΠ [ΔΑΠ]) έναντι των NTs, συμπεριλαμβανομένης της ΑΠ ιατρείου (p<0,001) και της περιπατητικής περιφερικής και κεντρικής ΑΠ 24ώρου, ημέρας και νύχτας (p<0,001). Δεν παρατηρήθηκαν διαφορές μεταξύ των δύο ομάδων ως προς τα βασικά δημογραφικά χαρακτηριστικά και τις εργαστηριακές παραμέτρους. Οι ΗΤs παρουσίασαν σημαντικά χαμηλότερες τιμές των ακόλουθων παραμέτρων της δερματικής μικροαγγειακής λειτουργίας σε σχέση με τους ΝΤs: peak time (p=0,005), peak flux (p=0,046), baseline to peak flux (p<0,001), baseline CVC (p=0,024), peak CVC (p<0,001) και PORH amplitude (p<0,001). Αντιθέτως, δεν παρουσιάστηκαν διαφορές στις παραμέτρους baseline flux και occlusion flux. Στη συνέχεια της ανάλυσης και με βάση τον φαινότυπο υπέρτασης, οι HTs διαχωρίστηκαν σε 70 SHTs και 20 MHΤs. Όπως αναμενόταν, οι SHTs παρουσίασαν υψηλότερες τιμές ΑΠ ιατρείου έναντι των MHTs και των NTs (p<0,001). Επίσης, οι SHTs παρουσίασαν υψηλότερες τιμές περιπατητικής περιφερικής και κεντρικής ΑΠ 24ώρου, ημέρας και νύχτας έναντι των MHTs και NTs (p<0,001). Τέλος, οι MHTs παρουσίασαν υψηλότερες τιμές περιπατητικής περιφερικής και κεντρικής ΑΠ 24ώρου, ημέρας και νύχτας έναντι των NTs (p<0,001, p=0,016 για την περιφερική ΣΑΠ νύχτας) με εξαίρεση την περιφερική ΔΑΠ νύχτας και την κεντρική ΣΑΠ και ΔΑΠ νύχτας. Οι τρείς ομάδες δεν εμφάνισαν διαφορές όσον αφορά τα βασικά δημογραφικά χαρακτηριστικά και τις εργαστηριακές παραμέτρους, εκτός από την HDL που βρέθηκε χαμηλότερη στην ομάδα των SHTs έναντι των MHTs (p=0,015). Οι SHTs παρουσίασαν χαμηλότερη τιμή peak time έναντι των MHTs και των NTs (p=0,002). Επίσης, οι SHTs παρουσίασαν χαμηλότερες τιμές baseline to peak flux (p<0,001), baseline CVC (p=0,01), peak CVC (p<0,001) και PORH amplitude (p<0,001) σε σχέση με τους NTs καθώς και χαμηλότερες τιμές baseline CVC (p=0,028) και peak CVC (p=0,015) σε σχέση με τους MHTs. Τέλος, οι MHTs παρουσίασαν χαμηλότερες τιμές baseline to peak flux (p=0,013) και PORH amplitude (p=0,022) έναντι των NTs. Aντιθέτως, δεν παρουσιάστηκαν διαφορές στις παραμέτρους baseline flux, occlusion flux και peak flux μεταξύ των τριών ομάδων.H παράμετρος baseline to peak flux παρουσίασε αρνητική συσχέτιση με το κάπνισμα (r=-0,264, p=0,002), την ολική χοληστερόλη (r=-0,287, p=0,001), τα τριγλυκερίδια (r=-0,210, p=0,016) και την LDL (r=-0,279, p=0,001). H παράμετρος PORH amplitude παρουσίασε αρνητική συσχέτιση με το κάπνισμα (r=-0,282, p=0,001) και την ολική χοληστερόλη (r=-0,190, p=0,030). Αμφότερες οι παράμετροι παρουσίασαν αρνητική συσχέτιση με όλες τιμές της ΑΠ, συμπεριλαμβανομένης της ΑΠ ιατρείου, της περιπατητικής περιφερικής και της κεντρικής ΑΠ 24ώρου, ημέρας και νύχτας (r=-0,376 έως r=-0,242 για baseline to peak flux, p<0,001; p=0,005 για ΑΠ ιατρείου; p=0,002 για κεντρική ΣΑΠ 24ώρου-ημέρας; p=0,004 για κεντρική ΣΑΠ νύχτας/ r=-0,516 έως r=-0,424 για PORH amplitude, p<0,001). Στην πολυπαραγοντική ανάλυση, η ύπαρξη υπέρτασης (Beta: -0.318, p<0,001 για base to peak flux; Beta: -0.422, p<0,001 για PORH amplitude) αποτέλεσε τον κυριότερο ανεξάρτητο παράγοντα που προβλέπει την ελαττωμένη δερματική μικροαγγειακή λειτουργία.Ο προσδιορισμός των ΕΜVs και PMVs έγινε σε ένα υποσύνολο 59 HTs και 27 NTs. Tα επίπεδα των EMVs ήταν υψηλότερα στους HTs έναντι των NTs (181,5 [155,1 – 238,3] vs 152,2 [117,6 – 194,8], p=0,004). Αντιθέτως, τα επίπεδα των PMVs δεν διέφεραν μεταξύ των δύο ομάδων. Aκολούθως και σύμφωνα με τους φαινότυπους υπέρτασης, συγκρίθηκαν τα επίπεδα EMVs και PMVs σε 44 SHTs και 15 MHTs έναντι 27 NTs. Tα επίπεδα των EMVs ήταν υψηλότερα στους SHTs (174,5 [152,8 – 235,6] vs 152,2 [117,6 – 194,8], p≤0,05) και στους MHTs (201,7 [175,0 – 259,8] vs 152,2 [117,6 – 194,8], p ≤0,05) έναντι των NTs. Αντιθέτως, τα επίπεδα των EMVs δεν διέφεραν μεταξύ των SHTs και MHTs. Ακόμη, τα επίπεδα των PMVs δεν διέφεραν μεταξύ των τριών ομάδων.Τα EMVs παρουσίασαν θετική συσχέτιση με όλες τιμές της περιπατητικής περιφερικής ΑΠ (r=0,214 έως r=0,284, p<0,05; p<0,01 για ΣΑΠ ημέρας) πλην της ΔΑΠ νύχτας. Επίσης, τα EMVs παρουσίασαν θετική συσχέτιση με την περιπατητική κεντρική ΔΑΠ 24ώρου (r=0,262, p<0,05), κεντρική ΔΑΠ ημέρας (r=0,251, p<0,05) και κεντρική ΔΑΠ νύχτας (r=0,247, p