Systolic and diastolic myocardial deformation: reference values and impact of cardiovascular risk factors – results of the population-based STAAB cohort study

Kontraktion und Relaxation sind die beiden entscheidenden energieverbrauchenden Prozesse der Herzarbeit, die sich unter anderem mit modernen echokardiographischen Techniken, wie dem Strain Imaging, quantifizieren lassen. An 1818 Probanden (52% weibliche Probanden, mittleres Alter 54 ±12 Jahre) der populationsbasierten Würzburger STAAB Kohortenstudie leiteten wir unter Berücksichtigung von Alter und Geschlecht der Probanden Referenzwerte für globale und segmentale systolische und diastolische Deformationsparameter mittels 2D Speckle Echo-Tracking ab. Wir fanden, dass sich die myokardiale Suszeptibilität für klassische kardiovaskuläre Risikofaktoren bei Männern und Frauen unterscheidet. Insgesamt war die Auswertbarkeit gut (67% des globalen Strain, 82% der systolischen und frühdiastolischen Strain Rate und 83% der diastolischen Strain Rate). Arterieller Hypertonus und Dyslipidämie wirkten sich insbesondere auf das weibliche Myokard ungünstig aus, wohingegen der Risikofaktor Adipositas bei beiden Geschlechtern negativ mit systolischer und frühdiastolischer Deformation assoziiert war. Weder Diabetes mellitus noch Rauchen schienen die myokardiale Deformation zu beeinflussen. Die frühdiastolische Relaxation wurde durch Hypertonus negativ bei Frauen beeinflusst, obwohl die Prävalenz in der männlichen Gruppe höher war. Die systolische Strain Rate war zudem signifikant von arteriellem Hypertonus, Dyslipidämie und Adipositas bei Frauen beeinflusst. Diese Ergebnisse implizieren eine geschlechtsabhängige Sensitivität des Myokards auf individuelle Risikofaktoren. Die Vulnerabilität des weiblichen Myokards auf hypertone Blutdruckwerte mit konsekutiver Alteration der aktiven frühdiastolischen Relaxation stellt somit eine mögliche Erklärung für den größeren Anteil an Frauen mit HFpEF (heart failure with preserved ejection fraction) in der Allgemeinbevölkerung dar. Ein negativer Einfluss durch Nikotinkonsum war in unserem Ansatz hingegen nicht nachweisbar, in dem nicht das Ausmaß des Nikotinkonsums, sondern nur die Assoziation der binären Variable „Raucherstatus“ mit Strain-Parameternuntersucht wurde. Dahingehend ist eine dosisabhängige myokardiale Schädigung nicht auszuschließen. In der vorliegenden Studie wurde erstmalig der individuelle Effekt jedes Hauptrisikofaktors auf systolische und diastolische Strain-Parameter in einer populationsbasierten und nach Geschlecht und Alter stratifizierten Kohorte untersucht. Auf Basis der Studienergebnisse ist jetzt eine objektive Abschätzung von Effektgrößen und der Power für künftige Studienplanung möglich und es lassen sich Studien zur Einordnung der myokardialen Deformation in bestimmten Patientengruppen objektivierbar vergleichen. Unsere Ergebnisse unterstreichen zudem die Notwendigkeit von Studien bezüglich Primärprävention asymptomatischer kardiovaskulärer Risikopatienten mittels nichtinvasiver Methoden. Eine wichtige Rolle kommt dabei auch der Standardisierung von Softwaresystemen zu, die die Anwendung im klinischen Alltag und die globale Anwendung von Referenzwerten bzw. deren pathologischer Abweichung vereinfachen wird.Contraction and relaxation both are energy-consuming processes that can be assessed, among others, using myocardial deformation parameters. We derived age- and sex-stratified reference values for global and segmental myocardial systolic and diastolic deformation parameters with 2D speckle tracking echocardiography in 1818 subjects (52% female, median age 54 12 years) out of the STAAB population-based cohort located in Würzburg. We found a sex-specific susceptibility of the myocardium for cardiovascular risk factors. Feasibility of strain parameters was good in general (67% for global strain, 82% for systolic and early diastolic strain rate and 83% for late diastolic strain rate). Arterial hypertension and dyslipidemia showed a negative impact in women, whereas obesity negatively impacted on myocardial systolic and early diastolic deformation in both sexes. Neither diabetes mellitus nor smoking affected myocardial deformation parameters. Early diastolic relaxation had a negative association with hypertension in women, although the prevalence was higher in men. Systolic strain rate was significantly associated with arterial hypertension, dyslipidemia and obesity in women. These results imply that the myocardial sensitivity to cardiovascular risk factors depends on sex. We observed that participants with diastolic dysfunction were more often female, possibly due to a higher vulnerability of the female myocardium for hypertensive blood pressure values and the subsequent alteration of the early diastolic relaxation phase. By contrast, we found no negative impact of smoking in either sex. We examined not the extent of smoking but the association of the binary variable “smoking” with strain parameters. Hence a dose-related myocardial dysfunction cannot be excluded. To the best of our knowledge, the current study is first to show the individual effect of each cardiovascular risk factor on systolic and diastolic strain parameters in a population-based cohort stratified by gender and age. These data provide the basis for future observational and interventional studies. Effect size, power, as inter-study comparisons of deformation values in various patient groups can now be compared objectively. Our results underscore the necessity of studies regarding primary prevention of asymptomatic cardiovascular risk patients with noninvasive methods. We also emphasize the importance of a standardization of software systems allowing to simplify the global usage of reference values and their deviation in clinical routine