Radiologically Derived Psoas Muscle Measurements as Markers of Physiological Vulnerability in Cardiovascular Patients

Abstract

Sydän- ja verisuonisairaudet ovat maailman yleisimpiä kuolleisuuden aiheuttajia, ja näiden sairauksien vuoksi tehtävien kajoavien toimenpiteiden määrän odotetaan lisääntyvän edelleen länsimaisen väestön ikääntyessä. Tämän vuoksi tarkka riskinarviointi ja kohdennettu potilasvalinta ovat yhä tärkeämpiä tulevaisuudessa. Sarkopenia, jolle on ominaista luurankolihasmassan ja lihastoiminnan väheneminen on tunnistettu tärkeäksi heikentyneen fysiologisen reservin ja huonomman ennusteen merkiksi raskaita kajoavia hoitoja läpi käyvillä sydän- ja verisuonitauteja sairastavilla potilailla. Kuvantamistutkimuksista johdettuihin lihasmittareihin, erityisesti psoas-lihaksen mittauksiin, on viime vuosina kohdistunut kasvavaa kiinnostusta mahdollisina potilaan haurauden indikaattoreina.

Tämä väitöskirja koostuu kolmesta osajulkaisusta, joiden tavoitteena oli arvioida tietokonetomografia- ja magneettikuvista määritettyjen psoas-lihaksen mittausten ennusteellista merkitystä kajoavasti hoidetuilla sydän- ja verisuonipotilailla. Tavoitteena oli vertailla eri psoas-lihaksen mittausparametrien paremmuutta kuolleisuuden ennustajana (Osajulkaisu I), kuvata sopivimman mittausparametrin ja kuolleisuuden välisen yhteyden muotoa (Osajulkaisu II) sekä arvioida mittausparametrien yhteyttä eri kuolinsyihin ja niiden tuomaa lisäarvoa kliiniseen riskimalliin lisättäessä (Osajulkaisu III).

Tässä väitöskirjassa hyödynnetään neljästä potilaskohortista koostuvaa retrospektiivistä rekisteriaineistoa, joka käsittää yhteensä 3634 Tampereen yliopistollisessa sairaalassa ja Tampereen Sydänsairaalassa vuosina 1999–2020 hoidettua potilasta. Eri kohortit toimenpiteittäin koostuivat potilaista, joille tehtiin vatsa-aortan aneurysman suonensisäinen tai avokirurginen korjaus, katetriteitse tehtävä aorttaläpän vaihto (TAVI), nousevan aortan ja/tai aortankaaren patologian vuoksi tehtävä avokirurginen toimenpide tai alaraajojen ahtauttavan valtimotaudin vuoksi tehtävä revaskularisaatio. Mediaaniseuranta-aika kuolemaan tai seurannan päättymiseen vaihteli potilaskohorteittain 4,2 vuodesta 6,1 vuoteen.

Kuvantamisella määritetyt pienemmät psoas-mittausparametrit olivat miehillä yleisesti yhteydessä suurempaan toimenpiteen jälkeiseen kokonaiskuolleisuuteen, kun kohorttikohtaiset tulokset yhdistettiin meta-analyysissä. Naisilla yhteydet jäivät pääosin tilastollisesti merkityksettömiksi, vaikka havaittu vaikutus oli samansuuntainen. Eri psoas-mittausparametrien välillä ei havaittu selvää paremmuutta kuolleisuuden ennustamisessa, mikä puoltaa helposti saatavilla olevan ja toistettavan parametrin käyttöä. Psoas-lihaksen pinta-alan ja kuolleisuuden välinen yhteys oli likimain lineaarinen, mikä puolestaan tukee lihasmittareiden käyttöä jatkuvina muuttujina dikotomisten luokittelujen sijaan ennusteanalyyseissa.

Lisäksi pienempi psoas-lihaksen pinta-ala oli TAVI-potilailla yhteydessä sydän- ja verisuonitautien aiheuttamaan kuolleisuuteen, mutta ei muiden sairauksien aiheuttamiin kuolemiin. Myös samasta, toimenpidettä edeltäneestä tietokonetomografiakuvasta määritetty pleuraneste oli yhteydessä ainoastaan sydän- ja verisuoniperäiseen kuolleisuuteen. Näiden kuvantamispohjaisten mittareiden lisääminen kirurgiseen EuroSCORE II -malliin toi kuitenkin vain rajallista lisäarvoa riskin ennustamiseen ja luokitteluun.

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että kuvantamisesta johdetut psoas-lihasmittaukset ovat yhteydessä kuolleisuuteen kajoavasti hoidetuilla sydän- ja verisuonipotilailla. Niitä voidaan mahdollisesti hyödyntää potilaiden riskinarviossa ja potilasvalinnassa, mutta niiden kliininen käyttö edellyttää mittausmenetelmien standardointia sekä lisätutkimusta niiden hyödyntämisestä.

Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide, and the number of invasive procedures performed for these conditions is expected to continue increasing as the Western population ages. Consequently, accurate risk assessment and targeted patient selection are becoming increasingly important in the future.

Sarcopenia, characterized by the loss of skeletal muscle mass and function, has been recognized as an indicator of reduced physiological reserve and poorer prognosis in cardiovascular patients. Imaging-derived muscle measurements, particularly those based on the psoas muscle, have attracted growing interest in recent years as potential imaging markers of patient vulnerability.

This thesis consists of three original publications aiming to evaluate the prognostic significance of psoas muscle measurements derived from computed tomography or magnetic resonance imaging in invasively treated cardiovascular patients. The objectives were to compare the performance of different psoas muscle measurement parameters as predictors of mortality (Study I), to characterize the functional form of the association between the most informative measurement parameters and mortality (Study II), and to evaluate the association of these parameters with different causes of death as well as their incremental value when added to a clinical risk prediction model (Study III).

This thesis utilizes retrospective registry data derived from four patient cohorts, comprising a total of 3,634 patients treated at Tampere University Hospital and the Heart Hospital at Tampere University Hospital between 1999 and 2020. The cohorts included patients undergoing endovascular or open repair of abdominal aortic aneurysm, transcatheter aortic valve implantation (TAVI), open surgery of the ascending aorta and/or aortic arch, or lower-limb revascularization for peripheral arterial disease. Median follow-up from the procedure until death or the end of follow-up ranged from 4.2 to 6.1 years across the cohorts.

In men, smaller imaging-derived psoas muscle measurements were generally associated with higher postprocedural overall mortality when cohort-specific results were combined in a meta-analysis. In women, the associations were largely non-significant, although the direction of the effect was similar. No clear superiority was observed between different psoas measurements parameters in predicting mortality, supporting the use of easily obtainable and reproducible parameters. The association between psoas muscle area and mortality was approximately linear, supporting the use of muscle measurements as continuous variables rather than dichotomized classifications in prognostic analyses.

In TAVI patients, smaller psoas muscle area was associated specifically with cardiovascular mortality but not with non-cardiovascular disease death. Pleural effusion, assessed from the same preprocedural computed tomography imaging, was also associated only with cardiovascular mortality. However, the incremental value of these imaging-based markers in risk prediction and classification remained limited when added to the surgical risk model EuroSCORE II.

In conclusion, imaging-derived psoas muscle measurements are associated with mortality in invasively treated cardiovascular patients. These markers may potentially be utilized in patient risk assessment and selection, although their implementation requires standardized measurement methods and further research on their practical application.