Schlecht, Inga
(2017)
Reproducibility and validity of ultrasound-assessed visceral and subcutaneous body fat and associations with inflammatory parameters and metabolites.
PhD, Universität Regensburg.
Date of publication of this fulltext: 02 Jan 2017 06:38
Abstract (English)
Obesity is a complex multifactorial disease influencing several metabolic pathways. To better understand biological mechanisms that link obesity to obesity-associated diseases, it is indispensable to comprehensively characterize the obese phenotype by including the examination of adipose tissue compartments. In line with the exhaustive characterization of the obese phenotype, the thorough ...
Abstract (English)
Obesity is a complex multifactorial disease influencing several metabolic pathways. To better understand biological mechanisms that link obesity to obesity-associated diseases, it is indispensable to comprehensively characterize the obese phenotype by including the examination of adipose tissue compartments. In line with the exhaustive characterization of the obese phenotype, the thorough investigation of the metabolic phenotype may enhance our understanding of the metabolic consequences of unhealthy body fat distribution. Taken together, these approaches may further improve the prediction of obesity-related diseases in the future. Consequently, persons at high risk for the development of those diseases may be identified early before the actual disease onset. Thus, intervention strategies can be implemented to prevent obesity-related morbidity and mortality.
Ultrasound represents a low-cost and widely available field method for assessing visceral adipose tissue (VAT) and subcutaneous adipose tissue (SAT). Findings from the present study demonstrate that VAT and SAT thicknesses quantified by ultrasound provide highly reproducible estimates independent of observer, subject, or ultrasound device. For instance, the inter-rater reproducibility values for VAT and SAT were 0.998 and 0.990, respectively. Moreover, compared to gold standard methods (magnetic resonance imaging), the ultrasound measured VAT and SAT provides valid estimates with correlation coefficients of 0.898 (p<0.001) and 0.705 (p<0.001), respectively. Hence, the sonographic-based measurement of VAT and SAT can be considered a suitable method to assess abdominal fat in large-scale epidemiologic studies.
Adipose tissue is characterized as an endocrine organ and its dysfunction has been considered a central component of obesity-related inflammation and the main instigator of the pathological consequences of obesity. There is a need of describing biologically sound, multifaceted, and robust phenotypes to provide useful information about physiological and pathological states. In particular, to negotiate the limitations of the body mass index (BMI), relations of abdominal obesity and different adipose tissues to metabolic regulation are examined to unravel metabolic pathways perturbed by obesity and may consequently improve our understanding of the development of obesity-related diseases.
Results from the present thesis showed that different measures of body fat distribution differed in their relations to parameters of chronic inflammation. Specifically, VAT, SAT, BMI, and waist circumference (WC) were all associated with high sensitive C-reactive protein (hs-CRP). Additionally, BMI was inversely related to adiponectin and the ratio of visceral to subcutaneous body fat (VSR) was inversely related to resistin. In exploratory subgroup analyses, VAT was the strongest indicator for increased levels of interleukin-6 (IL 6). SAT was the most consistent indicator for increased levels of hs-CRP and BMI was the most consistent indicator for decreased levels of adiponectin. WC represented a weak indicator for increased levels of hs-CRP and decreased levels of adiponectin. In addition, by investigation of the urine and serum metabolom, a more comprehensive approach that does not only focus on single biomarkers was applied in the present thesis. Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) based metabolomics simultaneously examines all measurable low-weight molecular compounds present in biological samples and aims to unravel biological mechanisms to identify pathways through which behavioral factors and phenotypes are linked to metabolism.
VAT, BMI, and WC were inversely related to urinary metabolites including choline and also positively related to metabolites including dimethylamine, in multivariable regression models. In addition, inverse relations to the newly discovered urinary 4-hydrxyhippuric acid were solely found for VAT. By comparison, only BMI and WC showed inverse relations to urinary glutamine. VAT, but none of the other anthropometric parameters was related to serum metabolites including essential amino acids, such as valine and phenylalanine among men. Compared to SAT, VSR, BMI, and WC, VAT demonstrated the strongest and most often the most significant relations to urinary and serum metabolites. In addition, relations between VAT and serum metabolites occurred sex-specific. The distinct relations of VAT, SAT, VSR, BMI, and WC to inflammatory parameters and metabolites emphasize the importance of accurately differentiating between body fat compartments when evaluating the potential role of adiposity-associated metabolic regulation in the development of obesity-related diseases. The precise attribution of metabolic consequences to obesity measures is crucial when investigating the etiology of obesity-associated diseases.
Translation of the abstract (German)
Adipositas stellt eine komplexe, multifaktorielle Erkrankung dar, die verschiedene Stoffwechselwege beeinflusst. Um die biologischen Mechanismen, der Zusammenhänge von Adipositas mit Adipositas-assoziierten Erkrankungen besser zu verstehen, ist es unumgänglich, den adipösen Phänotypen durch die Bestimmung der viszeralen und subkutanen Körperfettschichten umfangreich zu charakterisieren. Zusammen ...
Translation of the abstract (German)
Adipositas stellt eine komplexe, multifaktorielle Erkrankung dar, die verschiedene Stoffwechselwege beeinflusst. Um die biologischen Mechanismen, der Zusammenhänge von Adipositas mit Adipositas-assoziierten Erkrankungen besser zu verstehen, ist es unumgänglich, den adipösen Phänotypen durch die Bestimmung der viszeralen und subkutanen Körperfettschichten umfangreich zu charakterisieren. Zusammen mit der umfassenden Charakterisierung des adipösen Phänotyps, sollen durch die systemische Untersuchung des metabolischen Phänotyps die Auswirkungen der Körperfettverteilung auf das metabolische Profil besser verstanden werden. Beide Ansätze in Kombination, können Adipositas-assoziierte Erkrankungen in der Zukunft möglicherweise besser vorhersagen als bisher. Daraus würde resultieren, dass Personen mit einem hohen Risiko für die Entwicklung Adipositas-assoziierter Erkrankungen früher erkannt werden könnten. Entsprechend könnte diesen Erkrankungen durch entsprechende Interventionen vorgebeugt werden.
Ultraschall ist eine kostengünstige und weitgehend verfügbare Feldmethode zur Quantifizierung der viszeralen (VAT) und subkutanen (SAT) Körperfettkompartimente. Ergebnisse aus der vorliegenden Arbeit haben gezeigt, dass unter Anwendung eines standardisierten Untersuchungsprotokolls die mit Ultraschall gemessenen VAT und SAT Dicken unabhängig von Untersucher, Studienteilnehmer und Ultraschallgerät reproduzierbar sind. Zum Beispiel waren die Intraklassenkorrelationskoeffizienten von VAT und SAT für die Inter-Untersucher Reproduzierbarkeit mit 0.998 und 0.990 besonders hoch. Des Weiteren liefert die sonographische Quantifizierung valide Messwerte für VAT (ρ=0.898; p<0.001) und SAT (ρ=0.705; p<0.001) im Vergleich zur Goldstandardmethode (Magnetresonanztomographie). Die ultraschallbasierte Erhebung von VAT und SAT kann somit als geeignete Methode zur Anwendung in epidemiologischen Studien bewertet werden.
Das Fettgewebe wird als endokrines Organ bezeichnet, dessen Anomalien zentraler Bestandteil Adipositas-assoziierter Inflammation darstellen und als wesentliche Auslöser der pathologischen Konsequenz von Adipositas gelten. Eine wichtige Voraussetzung bei der Ermittlung nützlicher Informationen zum physiologischen und pathologischen Status ist die biologisch gründliche, vielfältige und robuste Charakterisierung der Phänotypen. Bei der Untersuchung der durch Adipositas gestörten Stoffwechselvorgänge, müssen die Limitationen des Body Mass Index (BMI) beachtet werden und sollten mit der Erhebung der abdominellen Adipositas und den verschiedenen Körperfettkompartimenten erweitert werden. Somit werden genauere Informationen gesammelt und die Mechanismen bei der Entstehung von Adipositas-assoziierten Erkrankungen besser erklärt.
Die Ergebnisse aus der vorliegenden Arbeit haben gezeigt, dass verschiedene Messungen der Körperfettverteilung unterschiedlich mit chronischen Inflammationsmarkern assoziiert sind. So waren VAT, SAT, BMI und der Taillenumfang (WC) positiv mit dem hochsensitiven C-reaktiven Protein (hs-CRP) assoziiert. BMI zeigte zusätzlich einen inversen Zusammenhang mit Adiponektin. Das Verhältnis viszerales Fett zu subkutanem Fett (VSR) war invers mit Resistin assoziiert. In explorativen Subgruppenanalysen zeigte VAT die stärkste Assoziation mit erhöhten Interleukin-6 (IL-6) Konzentrationen. SAT war eine konsistente Messgröße für erhöhte hs-CRP Level und BMI war die konsistenteste Messgröße für niedrige Adiponektinspiegel. WC zeigte schwache Zusammenhänge mit erhöhten hs-CRP Spiegeln und niedrigen Adiponektinkonzentrationen. Zusätzlich zur Untersuchung von einzelnen Biomarkern wurde in der vorliegenden Arbeit die eingehende Analyse des Urin- und Serummetaboloms angewandt. Die Kernresonanzspektroskopische (NMR) Messung des Metaboloms ermöglicht die gleichzeitige Untersuchung aller messbaren niedermolekularen Stoffe in Bioproben mit dem Ziel, biologische Mechanismen und Stoffwechselwege zu identifizieren, welche durch Lebensstilfaktoren und Phänotypen beeinflusst werden.
VAT, BMI und WC waren in multivariablen Regressionsmodellen unter anderem invers mit Cholin und positiv mit Dimethylamin im Urin assoziiert. Darüber hinaus konnte die inverse Beziehung zu dem neu entdeckten Metaboliten 4-hydroxy-hippursäure im Urin einzig für VAT gezeigt werden. Im Vergleich dazu waren nur BMI und WC invers mit Glutamin im Urin assoziiert. VAT, jedoch keine der anderen anthropometrischen Parameter, war mit Serummetaboliten, wie beispielsweise den essentiellen Aminosäuren Valin und Phenylalanin, bei Männern assoziiert. Im Vergleich zu SAT, VSR, BMI und WC waren die Zusammenhänge zwischen VAT und Urinmetaboliten am stärksten und oftmals am signifikantesten. Des Weiteren konnten geschlechtsspezifische Zusammenhänge zwischen VAT und Serummetaboliten gezeigt werden. Die unterschiedlichen Assoziationen von VAT, SAT, VSR, BMI und WC mit Inflammationsmarkern sowie Urin- und Serummetaboliten unterstreichen die Notwendigkeit, bei der Untersuchung der von Adipositas beeinflussten Stoffwechselvorgänge im Zusammenhang mit der Entstehung Adipositas-assoziierter Erkrankungen die Körperfettzusammensetzung umfassend zu betrachten.
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