Cardiovascular magnetic resonance and computed tomography imaging for the assessment of cardiovascular complications of type 2 diabetes mellitus

Abstract

Diabetes mellitus is responsible for diverse cardiovascular complications such as increased atherosclerosis in large arteries (carotids, aorta, and femoral arteries) and increased coronary atherosclerosis. A number of noninvasive tests are now available to detect coronary atherosclerotic disease, myocardial dysfunction and myocardial ischemia. The potential of cardiovascular imaging for the assessment of cardiovascular complications of type 2 diabetic patients is an active field of research. The purpose of the present research is to study the role of novel cardiac imaging techniques in assessing cardiovascular disease in patients with type 2 diabetes mellitus. Chapter 1 provides an overview of the definition, classification, diagnosis and prevalence of diabetes mellitus. Moreover, are described the cardiovascular manifestations of diabetes mellitus and discussed the pathophysiological mechanisms responsible for diabetic cardiovascular disease. Chapter 2 provides an overview of the background of different noninvasive imaging modalities that are used for the evaluation of cardiovascular disease in diabetes mellitus. In Chapter 3 we discussed the issue of screening cardiovascular disease in asymptomatic diabetic patients. In Chapter 4, we studied the prevalence and gender differences in subclinical LV diastolic dysfunction, using MR imaging. We concluded that the prevalence of some diastolic dysfunction in apparently normal subjects is up to 25%, and this diastolic dysfunction is higher in men than in women. In Chapter 5, we prospectively assessed for the presence of left atrial function in asymptomatic patients with type 2 diabetes mellitus, using MR imaging. We concluded that left atrial function is altered in patients with type 2 diabetes mellitus, characterized by a reduction in reservoir and conduit functions, without a compromise of booster pump function. We have also demonstrated that type 2 diabetes mellitus was an independent determinant of left atrial reservoir function. These findings point out that left atrial dysfunction might be a component of the heart phenotype in type 2 diabetes mellitus. In Chapter 6, we compared MR-derived parameters of left ventricular diastolic function between asymptomatic diabetic subjects and normoglycemic controls. We also evaluated whether these parameters of LV diastolic function were related to coronary atherosclerosis. We concluded that type 2 diabetes mellitus decreases MR-derived parameters of left ventricular diastolic function, and this effect is related to coronary atherosclerosis. The purpose of the study in Chapter 7 was to evaluate the prevalence of coronary and carotid atherosclerosis in asymptomatic patients with type 2 diabetes mellitus. The major observations were as follows: First, CT could detect coronary calcified plaques in 70% of asymptomatic patients with type 2 diabetes. In addition, in 27% of patients a markedly elevated Agatston score (>400) was observed. Furthermore, we had a relatively large percentage (41%) of type 2 diabetes mellitus patients with Agatston score < 10. After correction for traditional risk factors, male gender and diabetes duration were found to be independent predictors of increasing coronary calcium score. Carotid atherosclerosis was not an independent predictor of coronary calcium scores. In this thesis, we evaluated several different cardiac imaging techniques for the assessment of complications in asymptomatic patients with type 2 diabetes mellitus. Left ventricular diastolic dysfunction seems to be a biomarker of asymptomatic type 2 diabetes mellitus, but may be present in a significative percentage of apparently normal subjects. Our study was one of the pioneers in using novel MRI imaging parameters to identify left atrial dysfunction in type 2 diabetes mellitus. We demonstrated that asymptomatic subjects with type 2 diabetes mellitus show a wide range of coronary calcium scores, and that disease duration is an independent predictor of increasing coronary calcifications. We also demonstrated that the presence of coronary calcification is related to left ventricular diastolic dysfunction. The relationship of these cardiac imaging biomarkers with other biological and genetical markers of target-organ damage will be addressed in future studies. The prognostic value of all these cardiac imaging biomarkers for risk stratification of asymptomatic patients with type 2 diabetes mellitus will be determined in future follow-up studies. The challenge is to identify those subjects at increased risk for cardiovascular morbidity and mortality, adequate treatment and improve the outcome of these patients.

A diabetes mellitus é responsável por diversas complicações cardiovasculares, incluindo aterosclerose em artérias de grande calibre (carótidas, aorta e artérias femorais) e nas artérias coronárias. Uma série de técnicas não-invasivas estão agora disponíveis para detectar doença coronária aterosclerótica, disfunção e isquémia miocárdica. O potencial da imagiologia cardíaca na avaliação das complicações cardiovasculares em pacientes com diabetes tipo 2 é um campo activo de pesquisa. O objectivo da presente investigação é estudar o papel de novos métodos de imagiologia cardíaca na avaliação de doença cardiovascular em pacientes com diabetes tipo 2. No capítulo 1, foi efectuada uma revisão da definição, classificação, diagnóstico e epidemiologia da diabetes mellitus. Além disso, são descritas as manifestações cardiovasculares da diabetes mellitus e discutidos os mecanismos fisiopatológicos responsáveis pela doença cardiovascular na diabetes. O capítulo 2 fornece uma visão geral das diferentes modalidades não-invasivas de imagem que são utilizadas para a avaliação da doença cardiovascular em pacientes com diabetes mellitus. O capítulo 3 discute a temática do rastreio da doença cardiovascular em diabéticos assintomáticos. O objectivo do trabalho apresentado no capítulo 4 foi avaliar a prevalência e diferenças de género na disfunção diastólica do ventrículo esquerdo em controlos assintomáticos, através de estudo de RM cardíaca. Concluiu-se que a prevalência de disfunção diastólica em indivíduos aparentemente normais é de até 25%, e esta disfunção diastólica é maior em homens do que em mulheres. No capítulo 5, estudámos a função da aurícula esquerda em diabéticos assintomáticos, através de RM. Concluiu-se que a função da aurícula esquerda está alterada em pacientes com diabetes mellitus tipo 2, caracterizado por uma redução nas funções de reservatório e conduto, sem um compromisso da contracção activa. Também demonstramos que a diabetes mellitus tipo 2 é um determinante independente da função de reservatório da aurícula esquerda. Estes resultados indicam que a disfunção da aurícula esquerda pode ser um componente do fenótipo cardíaco em pacientes com diabetes mellitus tipo 2 . No capítulo 6 comparámos parâmetros de disfunção diastólica entre diabéticos assintomáticos e controlos, utilizando a RM cardíaca. Além disso, avaliámos a relação entre marcadores de disfunção diastólica do ventrículo esquerdo e a arteriosclerose coronária. Concluiu-se que a diabetes mellitus tipo 2 associa-se a redução da função diastólica do ventrículo esquerdo, e que este efeito está relacionado com a aterosclerose coronária. O objectivo do estudo descrito no capítulo 7 foi avaliar a prevalência de aterosclerose coronária e carotídea em pacientes assintomáticos com diabetes mellitus tipo 2. As principais observações foram as seguintes: a TC detectou placas calcificadas coronárias em 70% dos pacientes assintomáticos com diabetes tipo 2. Além disso, em 27 % dos pacientes foi observada um score de cálcio marcadamente elevado ( > 400 ). Por fim, uma percentagem relativamente grande (41%) dos pacientes com diabetes mellitus tipo 2 tinha um score de cálcio <10. Após a correcção dos fatores de risco tradicionais, o género masculino e duração da diabetes demonstraram ser predictores independentes do aumento do score de cálcio. Não se verificou relação entre a arteriosclerose coronária e o score de cálcio nas artérias coronárias. Na presente tese, foram avaliadas diferentes técnicas de imagem para o estudo de complicações cardiovasculares em pacientes assintomáticos com diabetes mellitus tipo 2. A disfunção diastólica do ventrículo esquerdo parece ser um biomarcador de diabetes mellitus tipo 2 assintomática, mas pode também estar presente num número significativo de indivíduos aparentemente normais. O nosso estudo foi um dos pioneiros no uso de novos parâmetros de imagem de ressonância magnética para identificar disfunção da aurícula esquerda na diabetes mellitus tipo 2. Demonstramos que indivíduos assintomáticos com diabetes mellitus tipo 2 apresentam uma grande variabilidade de scores de cálcio coronário, e que a duração da doença é um predictor independente do aumento do grau de calcificação coronária. Demonstramos ainda que a presença de aterosclerose coronária está relacionada com a disfunção diastólica do ventrículo esquerdo. A relação desses biomarcadores de imagem cardíaca com outros marcadores biológicos e genéticos de lesão de órgão-alvo será abordada em estudos futuros. O valor prognóstico de todos esses biomarcadores de imagem cardíaca para estratificação do risco em pacientes assintomáticos com diabetes mellitus tipo 2 será determinada em estudos futuros. O desafio será identificar os indivíduos com maior risco de morbilidade e mortalidade cardiovascular, adequar o tratamento e melhorar o prognóstico destes pacientes.