Arterial stiffness, subendocardial perfusion and aging

Arterial stiffness is part of the vascular remodeling that occurs both in physiological aging and in overt pathological conditions. Several techniques can be applied to explore different perspectives of arterial stiffness; notably, differences and peculiarities of each assessment method should be considered in the choice of the appropriate technique for a specific population. This thesis explores and compares multiple measurements in different subsets of patients, enhancing age-associated potential specificities and tailoring the choice of arterial stiffness assessment method in clinical practice. In the first study carotid-femoral pulse wave velocity (PWVcf), Cardio-Ankle Vascular Index (CAVI) and CAVI0 (a mathematical elaboration of CAVI, less dependent on blood pressure) were performed in 183 subjects, with different comorbidity burdens (estimated by Charlson Comorbidity Index – CCI). Significant correlations were found between CAVI, CAVI0, PVWcf and both age (r 0.698, r 0.717, r 0.410, respectively p<0.001 for all) and CCI, (r 0.654; r 0.658; r 0.448 respectively and p<0.001 for all), still significant after adjustment for several factors. In a stepwise regression model, on top of several variables, CCI could predict PWVcf, CAVI and CAVI 0 levels; age resulted a good predictor of CAVI and CAVI 0. In conclusion, all arterial stiffness indexes are associated with CCI and aging, the latter correlation is more evident for CAVI and CAVI 0 than for PVWcf. The second study focused on the relationship between CAVI, CAVI0 and aging, looking at the differences between the two arterial stiffness indexes. Among 191 subjects aged over 40 years, it was observed that CAVI0 steeply raised in the older age strata, widening the gap between CAVI and CAVI0. An inverse relationship was evident between CAVI0 and diastolic blood pressure (DBP) in older patients, and CAVI0 was shown to be dependent on age, DBP and age-DBP interaction (R2 0.508). Age modified the effect of DBP on CAVI0, but not on CAVI. Thus, probably due to the dependence of CAVI0 on DBP (lower in the older adults), CAVI may be more accurate than CAVI0 to evaluate arterial stiffness among older individuals. In the third study, PWVcf, CAVI and CAVI0 were examined in 77 older adults with sarcopenia and sarcopenic obesity (SO). The highest CAVI (11.31±2.58) was found in sarcopenic patients. SO had the highest value of PWVcf (15.18±8.44m/s), even after adjustment for significant covariates. In multiple regressions, SO diagnosis resulted a significant predictor of PWVcf, (p 0.03, R2 0.20); sarcopenia diagnosis resulted predictor of CAVI (p 0.042, R20.12). The study described a positive correlation is found between sarcopenia, SO and arterial stiffness among older subjects. In particular, greater central arterial stiffness was associated to SO, outlining remarkable effect on the cardiovascular risk profile. The fourth study explored the role of arterial stiffness and subendocardial perfusion (represented by Subendocardial Viability Ratio, SEVR, estimated by pulse wave analysis) in ventricular remodeling and heart failure (HF) developement. Aim of the study was to evaluate arterial stiffness and subendocardial perfusion variation in older patients with HF after medical therapy, comparing possible differences between HF with preserved (HFpEF) or reduced (HFrEF) ejection fraction. Among 105 hospitalized older adults PWVcf, SEVR, SEVR-CaO2 (adjusted for arterial oxygen content) significantly improved (p<0.001 for each) from admission to discharge time. The subgroup with HFpEF was distinguished from HFrEF group, showing a larger increase in SEVR-CaO2 (p 0.038, adjusted model). In multiple regression analysis HFpEF category was significantly associated to SEVR-CaO2 variation (β 227.851, SE 0.9103, p 0.014). In conclusion, a consistent improvement in SEVR, SEVR-CaO2 and PWVcf was observed in HF patients, after medical treatment of volume and pressure overload. The underlying ventricular and vascular remodeling and coupling might contribute to a larger subendocardial perfusion improvement in HFpEF patients compared to HFrEF patients.

La rigidità arteriosa è parte del rimodellamento vascolare che caratterizza l'invecchiamento fisiologico e molteplici condizioni patologiche. Tra le metodiche di valutazione, alcuni aspetti peculiari permettono di esplorare diverse prospettive della rigidità arteriosa e devono essere considerati nella scelta della tecnica appropriata per una specifica popolazione. Questa tesi esplora e confronta differenti metodi di valutazione della rigidità arteriosa, in diverse popolazioni di pazienti ed in diversi contesti clinici, esaminando le potenziali specificità associate all'età. Nel primo studio, la velocità dell'onda di polso carotideo-femorale (PWVcf), Cardio-Ankle Vascular Index (CAVI) e CAVI0 (elaborazione matematica di CAVI, meno dipendente dalla pressione arteriosa) sono stati misurati su 183 soggetti, con diversi burden di comorbilità (stimati tramite Charlson Comorbidity Index - CCI). Sono state riscontrate correlazioni significative tra CAVI, CAVI0, PVWcf e sia età (r 0,698, r 0,717, r 0,410, rispettivamente, p<0,001) che CCI (r 0,654; r 0,658; r 0,448 rispettivamente e p<0,001), confermate e anche dopo aggiustamento per diversi fattori. In un modello di regression multipla, CCI è risultato associato a PWVcf, CAVI e CAVI0; l'età risulta significativamente associata a CAVI e CAVI0. In conclusione, tutti gli indici di rigidità arteriosa sono associati a CCI e all'invecchiamento, quest'ultima correlazione è più evidente per CAVI e CAVI0 che per PVWcf. Il secondo studio si è concentrato sulla relazione tra CAVI, CAVI0 e invecchiamento, analizzando le differenze tra i due indici. Tra 191 soggetti di età superiore a 40 anni, è stato osservato che CAVI0 aumenta più rapidamente nelle fasce d'età più avanzate, ampliando il divario tra CAVI e CAVI0. È stata riscontrata una relazione inversa tra CAVI0 e pressione diastolica (DBP) nei pazienti anziani, e CAVI0 è risultato dipendente da età, DBP e interazione età-DBP (R2 0,508). L'età modifica l'effetto della DBP su CAVI0, ma non su CAVI. Pertanto, probabilmente a causa della dipendenza di CAVI0 dalla DBP (inferiore negli anziani), CAVI potrebbe essere più accurato di CAVI0 nella valutazione della rigidità arteriosa nel soggetto anziano. Nel terzo studio, PWVcf, CAVI e CAVI0 sono stati esaminati in 77 anziani con sarcopenia e obesità sarcopenica (SO). Il valore di CAVI più elevato (11,31±2,58) è stato riscontrato in pazienti sarcopenici. Tra i soggetti con SO si evidenzia il valore più elevato di PWVcf (15,18±8,44 m/s), anche dopo aggiustamento per covariate significative. Nelle regressioni multiple, la diagnosi di SO è risultata significativamente associata a PWVcf (p 0,03, R2 0,20); la diagnosi di sarcopenia è risultata significativamente associata CAVI (p 0,042, R2 0,12). Lo studio ha descritto una correlazione positiva tra sarcopenia, SO e rigidità arteriosa nei soggetti anziani. In particolare, una maggiore rigidità arteriosa centrale è risultata associata a SO, evidenziando un notevole effetto sul profilo di rischio cardiovascolare. Il quarto studio ha esaminato il ruolo della rigidità arteriosa e della perfusione subendocardica (rappresentata da Subendocardial Viability Ratio, SEVR, stimato mediante analisi dell'onda di polso) nel rimodellamento ventricolare e nello sviluppo dello scompenso cardiaco. Scopo dello studio era valutare la variazione della rigidità arteriosa e della perfusione subendocardica in pazienti anziani con scompenso dopo terapia medica, confrontando le possibili differenze tra sottogruppi con frazione di eiezione preservata (HFpEF) o ridotta (HFrEF). Tra 105 pazienti anziani ospedalizzati, PWVcf, SEVR e SEVR-CaO2 (aggiustato per il contenuto di ossigeno arterioso) sono migliorati significativamente (p<0,001) dal momento del ricovero alla dimissione. Il sottogruppo con HFpEF si è distinto dal gruppo con HFrEF, mostrando un aumento maggiore di SEVR-CaO2 (p 0,038, modello aggiustato). Nell'analisi di regressione multipla, la categoria HFpEF è risultata significativamente associata alla variazione di SEVR-CaO2 (β 227,851, SE 0,9103, p 0,014). In conclusione, è stato osservato un miglioramento di SEVR, SEVR-CaO2 e PWVcf in pazienti con scompenso cardiaco, dopo trattamento medico del sovraccarico di volume e pressione. Il rimodellamento ventricolare e vascolare sottostante e l'accoppiamento potrebbero contribuire a un maggiore miglioramento della perfusione subendocardica nei pazienti con HFpEF rispetto ai pazienti con HFrEF.