Coronary artery calcium in the population-based ImaLife study
Xia, Congying
DOI:
10.33612/diss.136415357
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date: 2020
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Xia, C. (2020). Coronary artery calcium in the population-based ImaLife study: relation to cardiovascular risk factors and cognitive function. University of Groningen. https://doi.org/10.33612/diss.136415357
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Chapter 9
SUMMARY
Risk assessment is the core of primary prevention of coronary artery disease (CAD). The coronary artery calcium (CAC) score, a surrogate for coronary athero-sclerosis, is a promising imaging biomarker that can improve cardiovascular risk prediction.
The aim of this thesis is to investigate CAC score distribution in a general Dutch population, in relation to cardiovascular risk factors and cognitive function. The studies described in this thesis were performed in the framework of the ImaLife (Imaging in Lifelines) study, which is embedded in the Lifelines cohort in the north-ern part of the Netherlands.
Part 1: Calcium scoring in a population-based study for the Big-3
The first part of this thesis focuses on CAC scoring in a population-based study for the big-three (Big-3) diseases: CAD, lung cancer, and chronic obstructive pulmo-nary disease (COPD). In chapter 2, the study design and rationale of the ImaLife study is described. The ImaLife study was designed to establish reference values of early Big-3 imaging biomarkers, namely, the CAC score for CAD, presence and size of lung nodules for lung cancer, and pulmonary density and bronchial wall thickness for COPD. In chapter 3, the feasibility has been investigated of using non-ECG-triggered chest computed tomography (CT) scanning for CAC scoring with a third-generation, dual-source CT scanner in high-pitch mode. Our results suggest that cardiovascular risk can be reliably assessed based on CAC scoring on non-ECG-triggered chest CT. However, compared toECG-triggered cardiac CT,
CAC scores obtained from non-ECG-triggered chest CT were underestimated in certain cases. Specifically, the risk categorization in individuals with a body mass index ≥30 was inaccurate.
Part 2: Cardiovascular risk factors and coronary artery calcium
The second part of this thesis consists of studies on the relationship between cardiovascular risk factors and CAC. In chapter 4, the distribution of CAC scores in a middle-aged Dutch population is described in relation to classical cardiovascular risk factors. Differences in cardiovascular risk classification based on CAC scoring and based on Systematic COronary Risk Evaluation (SCORE) were compared. Classical cardiovascular risk factors including current smoking, hypertension, hy-percholesterolemia, obesity, and diabetes were all associated with CAC. However, these risk factors could only explain 18.5% of CAC presence in men and 31.4% of CAC presence in women. Adding CAC score to classical risk factors based
195
Chapter 9SCORE assessment may reclassify 32.7% of men and 17.1% of women, who are estimated to be at low risk based on risk factors (SCORE <1%), to a higher risk level due to presence of CAC. Likewise, 26.9% of men who are estimated to be at high risk based on risk factors (SCORE ≥5%) may be reclassified to a lower risk level due to absence of CAC (women were not analyzed due to too few cases). There is a need for further investigation of novel risk factors that can improve cardiovascular risk assessment and can be potential preventive targets. Accumu-lations of advanced glycation end products (AGEs) in tissue measured by skin autofluorescence (SAF) may be one such factor. AGEs are involved in the vascu-lar atherosclerotic process and the AGE levels are increased in CAD patients. In
chapter 5, the relationship between SAF and CAC was investigated. The odds of
having CAC increased by 20% for every 1 arbitrary unit increase in SAF. However, this association was statistically insignificant after adjustment for cardiovascular risk factors. We then compared the difference in selecting subpopulations at elevat-ed cardiovascular risk baselevat-ed on high SAF versus high CAC score. We found that only 13% of all individuals with either high SAF or high CAC score, were selected by both. This suggests that SAF and CAC scores may have different and comple-mentary roles in cardiovascular risk assessment.
Part 3: Coronary artery calcium and cognitive function
Since the CAC score reflects the cumulative effects of long-term exposure to known and unknown cardiovascular risk factors, it may also have a role in pre-dicting non-cardiovascular disease that shares common risk factors with cardio-vascular disease, such as dementia. In the third part of this thesis the association between CAC and cognitive function is described. In chapter 6, we systematically reviewed the recent studies that investigated the relationship of CAC and clinical CAD with cognitive impairment and dementia. We found limited evidence suggest-ing that the subclinical CAC score is associated with the risk of dementia. However, the risk of mild cognitive impairment and dementia is increased by 50% in patients diagnosed with clinical CAD, as is supported by strong evidence. Our finding en-courages more study on the role of the CAC score in relation to cognitive function. In chapter 7, we assessed the association between CAC and cognitive function in a general Dutch population with a wide age range. In our cross-sectional analysis, an inverse association between CAC levels and cognitive performance of working memory was found. This association was independent of classical cardiovascular risk factors. These findings indicate that CAC scoring may have the potential to early identify individuals at risk of cognitive impairment and dementia in later life. Nonetheless, a further longitudinal study is needed to prove this hypothesis.
In chapter 8, the main findings of the studies described in this thesis are sum-marized. Methodological considerations, clinical implications of the findings and directions for future research are discussed. Our results suggest that CAC scor-ing-based cardiovascular risk categorization is feasible in non-obese individuals on low-dose chest CT scans made for lung cancer screening, with a third-generation, dual-source CT scanner in high-pitch mode. In the future, a combined low-dose chest CT may be possibly used to obtain early Big-3 imaging biomarkers in one scan. The CAC score may substantially impact CAD risk assessment. Besides, the CAC score per se can be a surrogate outcome of clinical CAD and, therefore, can be helpful in identifying new risk factors for CAD. In addition, the CAC score seems to be promising in predicting the risk of cognitive impairment and dementia. Future prospective longitudinal studies should evaluate the predictive value of CAC score for CAD and dementia, as well as the relationship between new risk factors and CAC.
197
Chapter 9Coronair Arterieel Calcium in de ImaLife populatiestudie: relatie
tussen cardiovasculaire risicofactoren en cognitieve functie
SAMENVATTING
Risicobepaling is de kern van het primair voorkomen van ziekten van de kranss-lagaderen (coronaire hartziekten). De Coronaire arteriële Calcium (CAC) score, een surrogaat maat voor coronaire atherosclerose (kransslagaderverkalking), is een veelbelovende imaging biomarker (een biomarker die met behulp van beel-dvorming bepaald kan worden), die een voorspelling van het risico op hart- en vaatziekten (cardiovasculaire predictie) kan verbeteren.
Het doel van dit proefschrift is om in een doorsnee Nederlandse populatie de ver-deling van de CAC-score in relatie tot cardiovasculaire risicofactoren en cognitieve functie (verwerking van informatie in de hersenen) te onderzoeken. De studies in dit proefschrift zijn uitgevoerd in het kader van de ImaLife (Imaging in Lifelines) studie, die onderdeel uitmaakt van het Lifelines cohort in de noordelijke provincies in Nederland.
Deel 1: Calcium score in een populatiestudie naar de ‘Grote 3’ ziekten
Het eerste deel van dit proefschrift is gericht op het scoren van CAC in een pop-ulatiestudie naar de ‘Grote 3’ ziekten: coronaire hartziekten, longkanker en chro-nische obstructieve longziekten (COPD). In hoofdstuk 2 wordt het studieontwerp en de rationale van de Imalife studie omschreven. De Imalife studie is opgezet om referentiewaarden van de imaging biomarkers van de grote 3 ziekten vast te stellen. Daarbij gaat het om CAC-score voor coronaire hartziekten, aanwezigheid en grootte van longnodules voor longkanker, en longdichtheid en bronchiale wand-dikte (wandwand-dikte van de luchtwegen) voor COPD. In hoofdstuk 3 is onderzocht of niet-ECG-getriggerde thorax Computed Tomography (CT) met een derde generatie dual-source CT scanner met hoge pitch gebruikt kan worden voor de bepaling van de CAC-score. Onze resultaten laten zien dat het risico op cardiovasculaire aandoeningen betrouwbaar kan worden bepaald aan de hand van de CAC-score op deze scans. Echter, bij vergelijking van wel-ECG-getriggerde met niet-ECG-get-riggerde thorax CT scans, werd de CAC-score in de niet-ECG-getniet-ECG-get-riggerde cardiale scans in sommige gevallen onderschat. Met name bij individuen met een body mass index (BMI) van dertig of hoger was de risicocategorisatie inaccuraat.
199
Chapter 9Deel 2: Cardiovasculaire risicofactoren en coronair arterieel calcium
Het tweede deel van dit proefschrift bestaat uit studies over de relatie tussen cardiovasculaire risicofactoren en CAC. In hoofdstuk 4 wordt de distributie van CAC-scores in een Nederlandse populatie met personen van middelbare leeftijd omschreven in relatie tot klassieke cardiovasculaire risicofactoren. De verschil-len in cardiovasculaire risicoclassificatie gebaseerd op de CAC-scores en op de Systematische Coronaire Risico Evaluatie (SCORE) werden vergeleken. Klassieke cardiovasculaire risicofactoren inclusief roken, hypertensie, hypercholesterolemie, obesitas en diabetes waren allen geassocieerd met CAC. Echter, deze risicofac-toren konden slechts 18.5% van de aanwezigheid van CAC in mannen en slechts 31.4% in vrouwen verklaren. Door de CAC-score toe te voegen aan de SCORE beoordeling (gebaseerd op klassieke risicofactoren) kan 32.7% van de mannen en 17.1% van de vrouwen die bij de SCORE methode tot een laag risicogroep (SCORE <1%) behoorden gereclassificeerd worden naar een hogere risicogroep vanwege de aanwezigheid van CAC. Op dezelfde manier kan 26.9% van de mannen, die volgens SCORE (≥5%) tot een hoog risicogroep behoort, worden gereclassificeerd naar een lagere risicogroep, omdat er geen CAC aanwezig is (bij vrouwen kon dit niet worden geanalyseerd vanwege te weinig beschikbare data). Verder onderzoek is nodig naar nieuwe factoren, die het risico op cardiovascu-laire aandoeningen kunnen verbeteren met als doel deze mogelijk te voorkomen. Een nieuwe risicofactor zou de opeenstapeling van geavanceerde versuikerde (glycatie) eindproducten in weefsel (AGE), die door huid-autofluorescentie (SAF) gemeten wordt, kunnen zijn. AGEs zijn betrokken bij het proces van atherosclerose en de AGE waarden zijn verhoogd in patiënten met coronaire hartziekte. In hoofd-stuk 5 werd de relatie tussen SAF en CAC onderzocht. Per eenheid toename aan SAF nam de kans op aanwezigheid van CAC met 20% toe. Echter, na correctie voor cardiovasculaire risicofactoren was deze associatie niet langer statistisch significant. Vervolgens werden subpopulaties vergeleken, die geselecteerd werden op basis van verhoogd cardiovasculair risico gebaseerd op hoge SAF of een hoge CAC-score. Van de individuen met een verhoogde waarde voor SAF en/of CAC had slechts 13% voor beide een verhoogde waarde. Dit suggereert dat SAF en CAC-scores mogelijk een verschillende en complementaire rol spelen in cardiovas-culair risicomanagement.
Deel 3: Coronair arterie calcium en cognitieve functie
De CAC-score weerspiegelt de opeenstapeling van lange termijn bloostelling aan bekende en onbekende cardiovasculaire risicofactoren. Het kan mogelijk ook een rol spelen in de voorspelling van niet-cardiovasculaire ziekten, die
gemeenschap-pelijke risicofactoren hebben, zoals dementie. In het derde deel van dit proefschrift wordt de relatie tussen CAC en cognitieve functie beschreven.
In hoofdstuk 6 hebben we de recente studies, die betrekking hebben op de relatie tussen CAC en klinische hart- en vaatziekten (CAD) aan de ene kant en cogni-tieve stoornis en dementie aan de andere kant, systematische bestudeerd. We vonden slechts beperkt bewijs dat de subklinische CAC-score geassocieerd is met het risico op dementie. Echter, sterk bewijs werd gevonden voor het feit dat het risico op milde cognitieve stoornis en dementie met 50% verhoogd is in pa-tiënten, die klinische CAD hebben. Deze bevindingen ondersteunen de noodzaak voor meer onderzoek naar de rol van CAC-score in relatie tot cognitieve functie. In hoofdstuk 7 onderzochten we de relatie tussen CAC en cognitieve functie in een doorsnee Nederlandse populatie met een brede leeftijdsverdeling. In onze dwarsdoorsnede-analyse (cross-sectionele analyse) werd een omgekeerde relatie gevonden tussen CAC niveau en cognitieve prestatie van het werkgeheugen. Deze associatie was onafhankelijk van de klassieke cardiovasculaire risicofactoren. Deze bevindingen tonen aan dat met het bepalen van de CAC-scores individuen, die risico lopen op cognitieve stoornissen en dementie, mogelijk vroeg geïdentifi-ceerd kunnen worden. Niettemin zal het nodig zijn een longitudinale studie uit te voeren om deze hypothese te bewijzen.
In hoofdstuk 8 zijn de belangrijkste bevindingen uit dit proefschrift samengevat. Methodologische overwegingen, klinische implicaties van de bevindingen en richtingen voor toekomstig onderzoek zijn bediscussieerd. Onze resultaten sug-gereren dat cardiovasculaire risicocategorisatie gebaseerd op CAC-score, ver-kregen met lage-dosis thorax CT scans, die voor longkanker screening gebruikt worden, mogelijk is in niet-obese individuen, met een derde generatie dual-source CT scanner met hoge pitch. In de toekomst kan mogelijk een gecombineerde lage dosis thorax CT scan worden ingezet om vroege imaging biomarkers voor de ‘Grote 3’ te verkrijgen. De CAC-score zou CAD risicobepaling substantieel kunnen beïnvloeden. Daarnaast kan de CAC-score dienen als een surrogaat uitkomst voor klinische CAD en kan daarom nuttig zijn voor het identificeren van nieuwe risico-factoren voor CAD. Bovendien lijkt de CAC-score een veelbelovende rol te spelen in het voorspellen van cognitieve stoornis en dementie. Toekomstige prospectieve longitudinale studies dienen zowel de voorspellende waarde van de CAC-score voor CAD en dementie te evalueren als ook de relatie tussen nieuwe risicofactoren en CAC.
